专利名称：一种宽频带双极化天线的制作方法
技术领域：
本发明涉 及一种小型化宽频带双极化天线，特别是涉及一种基于寄生单元、特 殊的贴片辐射单元结构来改善天线驻波比的宽频带双极化天线，属于天线技术领域。
背景技术：
电子侦察卫星是用于侦收敌方电磁辐射信号以获取敌方情报的人造地球卫星。 同步轨道的侦察卫星有它自己的特点，它可以全天候、大范围侦收天线服务区的电磁波 信号，信号稳定、频谱范围宽。充分利用外层空间资源为战场侦察监视服务，正成为信 息时代局部战争的特点。因此，研究星载的电子侦察技术，跟踪、监视敌方区域的通 信、雷达以及导弹遥测遥控等各种信号，在未来的战略或战术行动中具有非常重要的作 用，它不仅能了解敌方的军事动态，也对敌方具有极大的威慑作用。而由于侦察信号为 非合作信号，所以要求天线有极宽的工作带宽，且具有双极化能力，宽频带双极化的天 线成为电子侦察卫星应用的迫切需要。为了提高侦收效果，要求天线全球覆盖，这就需要大量的天线馈源，鉴于应用 的卫星平台对天线的特殊要求，天线不仅要满足电性能指标要求，由于馈源阵规模很 大，为适应平台的布局要求，对天线的包络尺寸、结构特性也有很大的要求。现有公开 的或已知的宽频带双极化天线很难同时满足电性能与结构性能的应用需求。目前现有的该类天线的贴片辐射单元多采用菱形、方形或雨滴形的贴片辐射单 元的设计方案，但方形、菱形贴片存在阻抗带宽相对较窄，雨滴形贴片存在方向图主瓣 在频率高端的分瓣现象。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种通过使用寄生单元 和十字花瓣形金属贴片实现宽频带双极化的天线，实现了天线在L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)工作。本发明的技术解决方案是一种宽频带双极化天线，包括反射腔、寄生单元、 贴片辐射单元和同轴馈电电缆，贴片辐射单元由四个结构、尺寸相同的花瓣形金属贴片 十字交叉而成，寄生单元通过介质支杆支撑固定在反射腔的上方，贴片辐射单元固定安 装在反射腔的顶部，使用两根同轴馈电电缆，每根同轴馈电电缆与一对对称的金属贴片 连接，即一根同轴馈电电缆的外导体焊接在一个金属贴片上，同轴馈电电缆的内导体通 过跨接片焊接在与其对称的金属贴片上。所述的寄生单元为顶部开口、底部封口的金属空腔，截面可以是圆形、方形、 三角形或异形。所述的贴片辐射单元采用印刷电路板工艺，在镀铜介质板上刻蚀四片花瓣形的 金属贴片。所述的反射腔为顶部开口、底部封口的金属空腔。
本发明的设计原理偶极子天线是一种可以实现小型化的宽带天线，在其背后加反射腔可以实现单 向辐射。本发明对传统的十字交叉偶极子进行改造，改变贴片辐射单元的形状，并增加 寄生单元结构，对L/S频段内天线的驻波和方向图主瓣进行优化。本发明通过为十字交 叉偶极子天线增加寄生单元并使用花瓣形贴片辐射单元的设计方案，经过合理的结构组 合与优化，实现了在L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)有良好的驻波比与方向图主瓣性能， 达到了设计目标。为了实现宽带的设计要求，采用一个十字交叉偶极子装入反射腔并在其上方放 置寄生单元的天线形式。具体设计思路如下为了使天线能够在L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)内工作，在该天线中进行了使用寄生单元的设计；为了实现方向图主瓣特性与 驻波比的优化配置，应用花瓣形贴片辐射单元形式的设计技术，通过改变贴片单元的弧 度，获得了在L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)良好的方向图主瓣特性，而该天线的宽频带 设计关键为通过寄生单元的使用及贴片辐射单元形状的设计来实现的。此前的该类天线设计多采用在贴片辐射单元下面放置一调谐板来展宽天线阻抗 带宽的，本发明通过使用寄生单元来改善天线驻波比性能的，使天线能得到比采用调谐 板更宽的阻抗带宽。此前的该类天线的贴片辐射单元多采用菱形、方形或雨滴形的贴片辐射单元的 设计方案，没有使用花瓣形贴片辐射单元结构的。本发明使用了花瓣形贴片辐射单元， 通过贴片弧度的改变，一定程度上弥补了菱形贴片阻抗带宽相对较窄和雨滴形贴片方向 图主瓣在频率高端的分瓣现象，可以优化配置驻波比与方向图主瓣间的性能。本发明与现有技术相比有益效果为(1)本发明通过对原有的十字交叉偶极子结构的精巧改造，使用了寄生单元及花 瓣形贴片辐射单元，展宽了工作带宽，获得了在要求的频带内优良的驻波比特性与方向 图主瓣特性，完成了宽频带设计；(2)本发明综合应用了十字交叉偶极子结构、寄生单元结构以及反射腔，进行天 线整体设计，使天线能够工作在L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)，在整个频带内有良好的驻 波比性能和良好的方向图主瓣特性；(3)本发明采用寄生单元，能够优化整个天线的驻波比特性，获得了宽带性能， 覆盖了所要求的L/S (0.8GHz 2.7GHz)接收频段，实践了寄生单元展宽天线阻抗带宽的 设计思路；(4)本发明改造了菱形贴片辐射单元与雨滴形贴片辐射单元，通过在常用的 菱形贴片辐射单元增加一圆弧段得到花瓣形金属贴片，可以在一定程度上展宽阻抗带 宽；同时，通过调节圆弧段的弧度，可以优化天线高端的方向图主瓣性能，合理的配置 阻抗带宽和方向图带宽的关系，实现了天线双极化的使用要求，并实现了在要求的L/ S (0.8GHz 2.7GHz)频段内，天线有良好的驻波比特性和方向图主瓣特性；(5)本发明使用了花瓣形贴片辐射单元，通过贴片弧 度的改变，一定程度上弥补 了菱形贴片阻抗带宽相对较窄和雨滴形贴片方向图主瓣在频率高端的分瓣现象，可以优 化配置驻波比与方向图主瓣间的性能；(6)本发明实现了双极化，结构简单，易于加工，同时由于覆盖L/S (0.8GHz 2.7GHz)频段，为宽带特性，具有潜在的频率应用能力，包括对此频段内信号的接收 等；(7)本发明原理简单，设计容易，具有成本低、应用方便、性能优良、便于大量 应用等优点，而这种通过使用寄生单元来展宽阻抗带宽的设计方法与天线结构具有很强 的实用性；(8)本发明的设计 思路不仅可以用于作为L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)天线的设 计，也可以用于UHF、C/X等频段的宽带天线设计。
图1为本发明结构示意图；图2为本发明贴片辐射单元结构示意图；图3为采用本发明得到的天线驻波比仿真曲线图；图4为采用本发明得到0.8GHZ天线方向图仿真曲线图；图5为采用本发明得到2.7GHZ天线方向图仿真曲线图。
具体实施例方式本发明如图1所示，是以一个十字交叉偶极子装入反射腔小型化宽频带天线。 由反射腔1、寄生单元2、贴片辐射单元3和馈电电缆4等组成，贴片辐射单元3是十字 交叉的偶极子贴片单元，实现了天线的双极化，反射腔1是一金属腔体，可以保证天线 单向辐射，寄生单元2为一金属腔体，放置在贴片辐射单元3的上方。本发明由十字交叉 偶极子贴片辐射单元与特殊设计的寄生单元来实现L/S频段的宽带性能，覆盖0.8GHZ 2.7GHZ的工作频段。由于贴片辐射单元与寄生单元的创新性设计，使该天线成为一种新 型小型化宽频带双极化天线。该结构的天线所要实现的性能是在0.8GHz 2.7GHz 3个多倍频程的带宽内有良 好的驻波比特性和方向图特性。如图2 4仿真曲线，本发明具有阻抗带宽很宽，方向 图主瓣特性良好等特点，该天线原理简单，加工工艺简单，易于加工实现，实用性强， 而且结构强度较好，整体性能优良。本发明的反射腔1和寄生单元2均为顶部开口、底部封口的金属空腔，寄生单元 2通过3个介质支杆支撑在反射腔1上固定。贴片辐射单元3如图2所示，采用印刷电路 板技术，在介质板上刻蚀四片花瓣形的金属贴片，介质板固定在反射腔1顶部；使用两 根同轴电缆馈电4，同轴馈电电缆4外导体焊接在金属贴片上，电缆内导体通过跨接片焊 接在与其相对的金属贴片上，有短金属柱做馈电平衡。寄生单元2也可采用实体结构，为了减轻重量，在本发明中将其掏空，加工成 空腔，寄生单元2的横截面可以是圆形、方形、三角形或梯形、椭圆形等异形结构，其 具体形状并不影响其作用。本发明在L/S频段(0.8GHz 2.7GHz)具有良好的驻波比新能(如图3所示)、 良好的方向图主瓣特性及双线极化接收等特性。如图4、5所示为采用本发明得到0.8GHZ 和2.7GHZ的天线方向图仿真曲线图，图4、5的横坐标为天线辐射方向与Z轴的夹角、 纵坐标为辐射功率幅度。该天线原理简单，结构紧凑，加工工艺简单，易于加工实现，实用性强，而且结构强度和刚度较好，整体性能优良。本发明一种小型化宽频带双极化天线，通过在天线中使用寄生单元的创新设 计，改变了原有的贴片辐射单元形状，创造性的使用了花瓣形贴片辐射单元，完成了 L/ S频段(0.8GHz 2.7GHz)小型化宽频带双极化天线设计。使用寄生单元来改善天线的驻 波比特性及通过改变贴片的弧度来优化配置阻抗带宽和方向图带宽间关系(弧度越大， 阻抗带宽越大，方向图带宽越窄)的设计思想也具有新颖性。本发明可以应用到多种系统中，特别是推动和开拓了相关应用。本发明不仅可 以用于大天线的馈源使用，同时本发明本身也是一副性能优良的宽频带、小型化并可以 实现双极化的天线，可以应用在电子侦察领域。且由于其体积小、重量轻、便于在星上 安装，在宽带多波束天线中，需要使用大规模的馈源阵时有很大的优势，具有很强的竞争力。本发明小型化宽频带双极 化天线基于自身方案特点，具有原理简单、成本低、 应用方便、性能优良、便于大量应用等特点，具有很强的竞争力。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种宽频带双极化天线，其特征在于包括反射腔(1)、寄生单元(2)、贴片辐射 单元(3)和同轴馈电电缆(4)，贴片辐射单元(3)由四个结构、尺寸相同的花瓣形金属贴 片十字交叉而成，寄生单元(2)通过介质支杆(5)支撑固定在反射腔(1)的上方，贴片辐 射单元(3)固定安装在反射腔⑴的顶部，使用两根同轴馈电电缆⑷，每根同轴馈电电 缆(4)与一对对称的金属贴片连接，即一根同轴馈电电缆(4)的外导体焊接在一个金属贴 片上，同轴馈电电缆(4)的内导体通过跨接片焊接在与其对称的金属贴片上。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带双极化天线，其特征在于所述的寄生单元(2) 为顶部开口、底部封口的金属空腔，截面可以是圆形、方形、三角形或异形。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带双极化天线，其特征在于所述的贴片辐射单 元(3)采用印刷电路板工艺，在镀铜介质板上刻蚀四片花瓣形的金属贴片。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带双极化天线，其特征在于所述的反射腔(1)为 顶部开口、底部封口的金属空腔。
全文摘要
一种宽频带双极化天线，包括反射腔、寄生单元、贴片辐射单元和同轴馈电电缆，贴片辐射单元由四个结构、尺寸相同的花瓣形金属贴片十字交叉而成，寄生单元通过介质支杆支撑固定在反射腔的上方，贴片辐射单元固定安装在反射腔的顶部，使用两根同轴馈电电缆，每根同轴馈电电缆与一对对称的金属贴片连接，即一根同轴馈电电缆的外导体焊接在一个金属贴片上，同轴馈电电缆的内导体通过跨接片焊接在与其对称的金属贴片上。本发明使用了寄生单元及花瓣形贴片辐射单元，展宽了工作带宽，获得了优良的驻波比特性与方向图主瓣特性，完成了宽频带设计；本发明使用了花瓣形贴片辐射单元，通过贴片弧度的改变，一定程度上弥补了菱形贴片阻抗带宽相对较窄和雨滴形贴片方向图主瓣在频率高端的分瓣现象，可以优化配置驻波比与方向图主瓣间的性能。
文档编号H01Q1/38GK102013562SQ20101029805
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者马凤军 申请人:西安空间无线电技术研究所