一种同时覆盖L波段和S波段的四频四臂螺旋圆极化套筒天线

技术领域

本发明涉及双频段卫星通信圆极化天线技术领域,具体地说是一种同时覆盖L波段和S波段的四频四臂螺旋圆极化套筒天线。

背景技术

卫星通信因其覆盖范围广、波束宽、通信容量大、安全系数高且不受地理环境的影响的优势得到了迅速的发展。天线作为发射和接收电磁信号的装置,在终端上发挥着重要作用。随着手持终端多功能的集成,多频点与小型化成为手持天线的发展趋势与进一步的需求。这就要求天线在有限的尺寸内实现辐射高效率和多频点覆盖的设计要求。

现有技术中,圆极化天线因其电磁干扰小、电磁隔离度高广泛应用于卫星通信中。且为了满足工作需求,常用螺旋状天线实现。而四臂螺旋天线相较于普通的螺旋天线具有良好的圆极化和广角特性,但是现有技术中的多频四臂螺旋天线具有加工难度大,体积大,刨面高的缺点。

基于以上原因,本发明设计了一种同时覆盖L波段和S波段的四频四臂螺旋圆极化套筒天线,具有多功能化、结构紧凑的优点,其中天线辐射体可印刷在柔性介质材料上进行加工,馈电结构采用PCB工艺来加工。且天线分为内外两层分别实现不同的波段,有效提高了天线的口径利用效率,从而大幅减小了天线的尺寸。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种同时覆盖L波段和S波段的四频四臂螺旋圆极化套筒天线,具有多功能化、结构紧凑的优点,其中天线辐射体可印刷在柔性介质材料上进行加工,馈电结构采用PCB工艺来加工。且天线分为内外两层分别实现不同的波段,有效提高了天线的口径利用效率,从而大幅减小了天线的尺寸。

为了达到上述目的,本发明提供一种同时覆盖L波段和S波段的四频四臂螺旋圆极化套筒天线, 天线包括内外层设置的柔性介质材料、金属辐射臂和馈电层，金属辐射臂包括第一组四臂螺旋辐射臂和第二组四臂螺旋辐射臂，柔性介质材料的外层为第一柔性介质板以及印刷在上的第一组四臂螺旋辐射臂用于激励L波段，柔性介质材料的内层为第二柔性介质板以及印刷在上的第二组四臂螺旋辐射臂用于激励S波段，第一组四臂螺旋辐射臂和第二组四臂螺旋辐射臂按照90度等间距排布，第一柔性介质板及其紧贴设置的第三介质板作为一个整体结构，与第二柔性介质板及其紧贴设置的第四介质板作为一个整体结构，两者用同一轴心且在垂直方向上相差一定高度用以降低耦合。

第一组四臂螺旋辐射臂中包括底部相连的第一螺旋天线和第二螺旋天线以及分别对应连接的第一匹配枝节和第二匹配枝节；第二组四臂螺旋辐射臂中包括底部相连的第三螺旋天线和第四螺旋天线以及分别对应连接的第三匹配枝节及第四匹配枝节。

第一匹配枝节与馈电层上第三介质板的第一馈电点连接，第二匹配枝节与馈电层上第三介质板的第一接电容点连接改善L波段天线的感性；第三匹配枝节与馈电层上第四介质板的第二馈电点连接，第四匹配枝节与馈电层上第四介质板的第二接电容点连接改善S波段天线的感性。

第三介质板上包括移相器一、第一电容、第一ipex接头、第二ipex接头、开关、比较器；第四介质板上包括移相器二、第二电容、第三ipex接头。

第一组四臂螺旋辐射臂中的第一螺旋天线、第二螺旋天线、第一匹配枝节、第二匹配枝节都是旋转对称的，第一螺旋天线和第二螺旋天线的宽度相同、等宽螺旋螺旋上升以及螺距相同。

第二组四臂螺旋辐射臂中的第三螺旋天线、第四螺旋天线、第三匹配枝节及第四匹配枝节都是旋转对称的，第三螺旋天线和第四螺旋天线的宽度相同、等宽螺旋螺旋上升以及螺距相同。

第一螺旋天线和第二螺旋天线根据其频率设定相应的工作频率模式，底部相连，顶端均设置为开路谐振，分别实现L波段的发射和接收频段。

第三螺旋天线、第四螺旋天线根据其频率设定相应的工作频率模式，底部相连，顶端均设置为开路谐振，分别实现S波段的发射和接收频段。

同现有技术相比,本发明具备以下有益效果:

内外两层套筒天线分别工作在不同的波段,且每层天线上都有两个辐射臂分别能实现L波段和S波段发射和接收共四个工作频段。

天线采用套筒结构且内外两层天线处于同一轴心形成共口径天线,使得结构更为紧凑,使得天线实现小型化,更有利于集成在手持终端上。

天线具有独立L波段馈电端口和S波段馈电端口,能够通过开关切换进行独立的工作。

内外两层天线处于同一轴心,馈电层所处的高度不一致以及馈电的相对位置有所差别能够降低内外两层天线的耦合。

天线采用顺序旋转馈电来改善轴比和圆极化性能,每条辐射臂接匹配电容来改善匹配性能,具有更高的阻抗带宽。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图;

图2为本发明的正视图和俯视图;

图3为本发明的装配图;

图4为本发明的辐射体展开图;

图5为本发明的馈电板设计图;

附图标记说明:

1为柔性介质材料;2为金属辐射臂;3为馈电板;

11为第一柔性介质板;12为第二柔性介质板;21为第一组四臂螺旋辐射臂;22为第二组四臂螺旋辐射臂;

211为第一螺旋天线;212为第二螺旋天线;213为第一匹配枝节;214为第二匹配枝节;221为第三螺旋天线;222为第四螺旋天线;223为第三匹配枝节;224为第四匹配枝节;

31为第三介质板;311为第一馈电点;312为第一接电容点;313为移相器一;314为第一电容;315为开关;316为比较器;317为第一ipex接头;318为第二ipex接头;

32为第四介质板;321为第二馈电点; 322为第二接电容点;323为移相器二;324为第二电容;325为第三ipex接头。

实施方式

现结合附图对本发明做进一步描述。

参见图1-5,本发明提供了一种同时覆盖L波段和S波段的四频四臂螺旋圆极化套筒天线:

天线包括内外层设置的柔性介质材料1、金属辐射臂2和馈电层3，金属辐射臂2包括第一组四臂螺旋辐射臂21和第二组四臂螺旋辐射臂22，柔性介质材料1的外层为第一柔性介质板11以及印刷在上的第一组四臂螺旋辐射臂21用于激励L波段，柔性介质材料1的内层为第二柔性介质板12以及印刷在上的第二组四臂螺旋辐射臂22用于激励S波段，第一组四臂螺旋辐射臂21和第二组四臂螺旋辐射臂22按照90度等间距排布，第一柔性介质板11及其紧贴设置的第三介质板31作为一个整体结构，与第二柔性介质板12及其紧贴设置的第四介质板32作为一个整体结构，两者用同一轴心且在垂直方向上相差一定高度用以降低耦合。

第一组四臂螺旋辐射臂21中包括底部相连的第一螺旋天线211和第二螺旋天线212以及分别对应连接的第一匹配枝节213和第二匹配枝节214；第二组四臂螺旋辐射臂22中包括底部相连的第三螺旋天线221和第四螺旋天线222以及分别对应连接的第三匹配枝节223及第四匹配枝节224。

第一匹配枝节213与馈电层3上第三介质板31的第一馈电点311连接，第二匹配枝节214与馈电层3上第三介质板31的第一接电容点312连接改善L波段天线的感性；第三匹配枝节223与馈电层3上第四介质板32的第二馈电点321连接，第四匹配枝节224与馈电层3上第四介质板32的第二接电容点322连接改善S波段天线的感性。

第三介质板31上包括移相器一313、第一电容314、第一ipex接头317、第二ipex接头318、开关315、比较器316；第四介质板32上包括移相器二323、第二电容324、第三ipex接头325。

第一组四臂螺旋辐射臂21中的第一螺旋天线211、第二螺旋天线212、第一匹配枝节213、第二匹配枝节214都是旋转对称的，第一螺旋天线211和第二螺旋天线212的宽度相同、等宽螺旋螺旋上升以及螺距相同。

第二组四臂螺旋辐射臂22中的第三螺旋天线221、第四螺旋天线222、第三匹配枝节223及第四匹配枝节224都是旋转对称的，第三螺旋天线221和第四螺旋天线222的宽度相同、等宽螺旋螺旋上升以及螺距相同。

第一螺旋天线211和第二螺旋天线212根据其频率设定相应的工作频率模式，底部相连，顶端均设置为开路谐振，分别实现L波段的发射和接收频段。

第三螺旋天线221、第四螺旋天线222根据其频率设定相应的工作频率模式，底部相连，顶端均设置为开路谐振，分别实现S波段的发射和接收频段。

以上仅是本发明的优选实施方式,只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明从整体上解决了现有技术中传统天线加工难度大,体积大,刨面高的缺点从而有影响到手持终端多功能的集成、多频点、小型化的发展需求。通过将天线辐射体印刷在柔性介质材料上进行加工,进而馈电结构采用PCB工艺来加工,而且天线分为内外两层分别实现不同的波段,有效提高了天线的口径利用效率,从而大幅减小了天线的尺寸,具有多功能化、结构紧凑的优点。