圆极化天线的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]圆极化天线在全球定位系统(GPS)、卫星以及雷达应用中被广泛地使用。在特定应用的地面站中，圆极化天线在从顶点(直接地在头上)至水平线附近的非常低的仰角的在水平线以上的任何位置处要求良好的轴比(AR)。如在本领域中已知的，轴比是辐射的垂直电场(EVCTt)分量和水平电场(Eh?)分量的比。诸如微带贴片或螺旋天线之类的某些传统设计由于其在低仰角下的差的AR而不可用作圆极化天线。
[0002]为了改善低仰角下(例如，在水平线的25度内的仰角下)的极化天线的轴比，要求三维(3D)空间结构。某些现有技术圆极化天线包括相对于水平面以45度取向角布置的四个偶极子，并且其中，每个相对的偶极子对是相互垂直的。在相对的偶极子对之间保持此精确的垂直取向是困难的。要求显著的机械工程(ME)来设计组装固定装置、特殊ME支撑、特殊ME组装方法并执行分析以确保长期质量。
[0003]由于上述原因且由于在阅读和理解本说明书时对于本领域技术人员而言将变得显而易见的下面所述的其它原因，在本领域中存在对改进的系统和方法的需要。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供了用于圆极化天线的方法和系统，并且将通过阅读和研究以下说明书而被理解。
[0005]本申请涉及一种宽带圆极化天线，其包括至少四个单极天线元件，其具有带有相应的至少四个法线的相应的至少四个辐射表面，所述至少四个单极天线元件被围绕着垂直轴布置，使得所述至少四个相应的辐射表面的所述至少四个法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向；至少一个馈电网络，其被通信耦合到所述至少四个单极天线元件的至少四个相应的边缘部分。用从用来驱动第二单极天线元件的第二驱动相位偏移90度的第一驱动相位驱动第一单极天线元件。第二单极天线元件的第二辐射表面被关于第一单极天线元件的第一辐射表面正交地布置。第二驱动相位从被用来驱动第三单极天线元件的第三驱动相位偏移90度。第三单极天线元件的第三辐射表面被关于第二单极天线元件的第二辐射表面正交地布置。第三单极天线元件的第三辐射表面与第一单极天线元件的第一辐射表面方向相反。第三驱动相位从被用来驱动第四单极天线元件的第四驱动相位偏移90度。第四单极天线元件的第四辐射表面被关于第三单极天线元件的第三辐射表面和第一单极天线元件的第一辐射表面两者正交地布置。第四单极天线元件的第四辐射表面与第二单极天线元件的第二辐射表面方向相反。
【附图说明】
[0006]当鉴于优选实施例的描述和以下附图来考虑时，可以更容易地理解本发明的实施例且其另外的优点和使用更加显而易见，在所述附图中:
图1是根据本发明的宽带圆极化天线的实施例的斜视图；
图2是图1的宽带圆极化天线的正Z方向上的视图； 图3是作为频率的函数的用于图1的宽带圆极化天线的回波损耗的图。
[0007]图4是根据本发明的形成宽带圆极化天线的单极天线元件的部分天线阵列的实施例的斜视图；
图5是作为仰角的函数的处于右旋和左旋极化两者的图4的宽带圆极化天线的轴比性能的图；
图6是图4的宽带圆极化天线可操作用于辐射右旋圆极化场时的作为仰角的函数的用于右旋和左旋极化的天线增益图案的图；
图7是根据本发明的共享同一垂直轴并形成宽带圆极化天线的图1的多个宽带圆极化天线的实施例的斜视图；
图8是根据本发明的共享同一垂直轴并形成宽带圆极化天线的图4的多个宽带圆极化天线的实施例的斜视图；以及
图9是根据本发明的使用宽带圆极化天线来生成宽带圆极化辐射的方法。
[0008]根据一般惯例，各种所述特征并未按比例绘制，而是为了强调与本发明有关的特征而绘制。遍及各图和正文，参考字符表示相似的元件。
【具体实施方式】
[0009]在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过其中可实施本发明的特定说明性实施例的方式示出。足够详细地描述了这些实施例以使得本领域的技术人员能够实施本发明，并且应理解的是可利用其它实施例且在不脱离本发明的范围的情况下可进行逻辑、机械以及电气改变。因此，不应在限制性意义上理解以下详细描述。
[0010]在本文中，描述了一种圆极化天线，其克服了上述问题并且其实现比当前可用圆极化天线更宽的操作频带。本申请的实施例包括至少四个单极天线元件。每个单极天线元件具有辐射表面。单极天线元件被围绕着垂直轴布置，使得相应辐射表面的法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向。将驱动每个单极天线元件的馈电网络在四个单极天线元件的四个相应的边缘部分处被通信耦合到四个单极天线元件。当相位分别地以0°、-90°、-180°和-270°相角驱动第一、第二、第三以及第四单极天线元件时，从圆极化天线辐射的电场针对在水平线以上的仰角是右旋圆极化(RHCP)，并且针对明显在水平线以下的某些仰角是左旋圆极化(LHCP)。通过针对相应的第一、第二、第三以及第四单极天线元件使驱动相角反向成0°、+90°、+180°、+270°，辐射场针对在水平线以上的仰角是LHCP，并且针对明显在水平线以下的某些仰角是RHCP。
[0011]每个单极天线元件被相对于中心结构垂直地组装。该中心结构作为机械支撑和射频(RF)接地连接。至少四个单极天线元件被连接到同一信号接地参考。每个天线元件是单极辐射器。基本辐射单元的辐射电场(E场)覆盖360°方位角范围内的从垂直(0° )至水平(90° )的所有仰角。基于单极天线元件被驱动所处的相角，相对的天线对的辐射E场是垂直的。总天线阵列在非常低的仰角下创建圆极化。最简单拓扑是位于水平线以上的四个单极宽带辐射器(天线元件)。在本实施例的一个实施方式中，将四个被成像未馈电单极宽带辐射器对称地布置在水平线以下。该四个被成像未馈电单极宽带辐射器被连接到适当的负载阻抗以优化轴比。
[0012]图1是根据本发明的宽带圆极化天线10的实施例的斜视图。图2是图1的宽带圆极化天线10的正Z方向上的视图。在图2中，看到在沿着Z轴的正Z方向上看的宽带圆极化天线10。宽带圆极化天线10包括具有四个相应的辐射表面121 —124的四个单极天线元件111一114。当宽带圆极化天线10在操作中时，从福射表面121—124发射电磁场，使得宽带圆极化天线10在360°的方位角的范围内以从垂直(0° )到水平(90° )的所有仰角发射圆极化辐射(或接近圆极化辐射)。将用于每个辐射表面121 —124的法线表示为相应的箭头131 —134。
[0013]将四个单极天线元件111一 114布置在垂直轴20 (在z方向上示出)周围，使得所述至少四个相应的辐射表面121 — 124的四个法线131 —134垂直于垂直轴20 (S卩，在y_z平面上)并远离垂直轴20指向。馈电网络150被通信耦合到四个单极天线元件111 一 114的相应的边缘部分。
[0014]第一单极天线元件111具有带有第一法线131的第一辐射表面121。第一单极天线元件111的第一边缘部分146经由馈电网络150的第一接触区域141被连接到馈电网络150。
[0015]第二单极天线元件112具有带有第二法线132的第二辐射表面122。第二单极天线元件112的第二边缘部分147经由馈电网络150的第二接触区域142连接到馈电网络150。第二单极天线元件112的第二辐射表面122被关于第一单极天线元件111的第一辐射表面121正交地布置。
[0016]第三单极天线元件113具有带有第三法线133的第三辐射表面123。第三单极天线元件113的第三边缘部分(不可见)经由馈电网络150的第三接触区域143被连接到馈电网络150。第三单极天线元件113的第三辐射表面123被关于第二单极天线元件112的第二辐射表面122正交地布置。第三单极天线元件113的第三辐射表面123与第一单极天线元件111的第一辐射表面121方向相反(S卩，法线131与法线133方向相反)。
[0017]第四单极天线元件114具有带有第四法线134的第四辐射表面124。第四单极天线元件114的第四边缘部分(不可见)经由馈电网络150的第四接触区域144被连接到馈电网络150。第四单极天线元件114的第四辐射表面124被关于第三单极天线元件113的第三辐射表面123和第一单极天线元件111的第一辐射表面121两者正交地布置。第四单极天线元件114的第四辐射表面124与第二单