一种多频段共口径复合的小型化云塔天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，包括若干天线单元，天线单元呈塔式层叠，天线单元包括依次安装在一起的辐射体、馈电结构和移相功分器，其辐射体采用多臂结构，辐射体上设有辐射单元，辐射单元长臂端接馈电口，短臂端为短路端，馈电结构内置移相功分器，其采用中心开孔结构，各频段的天线分别有一根独立的馈线，该馈线依次穿过下方的所有辐射体、移相功分器，最终多个频段的馈线经过天线底部的多路射频同轴连接器输出。本发明可应用的领域包含所有使用多频段、小型化、圆极化天线的设备，也可在立体阵列天线、立体抗干扰技术领域广泛应用。同时也开辟了新型立体阵列天线工程实现的途径，由此可开发出一系列新型的阵列天线。
【专利说明】
一种多频段共口径复合的小型化云塔天线
技术领域
[0001] 本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种多频段共口径复合的小型化云塔天线。
【背景技术】
[0002] 随着通讯技术的不断进步，终端设备均向多功能集成方向发展，例如:某终端集成 北斗一代导航、二代导航、GPS导航、海事卫星通信、超短波数据通信等功能;但是目前制约 终端设备发展的主要因素之一就是天线小型化问题，上述天线在使用中均需要上半空间半 球均匀覆盖或水平全向覆盖。
[0003] 传统方案是各天线独立设计，导航频段采用多层微带天线结构，海事卫星天线用 四臂螺旋结构，超短波天线采用加载线天线结构，之后将各天线布局在终端顶端。这种方案 带来的问题是终端设备尺寸较大，厚度很厚(可达40mm左右），给设备的便携使用带来很大 的困难;另一方面，天线独立布局时由于相互之间的信号反射，使各天线均会有信号盲区， 无法实现上半空间全向均匀覆盖。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种多频段、共口径、小型化、可半 球均匀覆盖的天线，定义其为"云塔天线"，它具有小型化、多频段、多极化、高效率的特点。
[0005] 为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
[0006] -种多频段共口径复合的小型化云塔天线，包括若干天线单元，天线单元从1到η 依次呈塔式层叠，η为不小于1的任意常数，天线单元包括依次安装在一起的辐射体、馈电结 构、移相功分器和低噪声放大器，其福射体米用多臂结构，福射体的材质为非导电介质材料 制成，辐射体上设有辐射单元，辐射单元为含有"h"形或者" d "形的任意曲线形状的金属 导体，h形的长臂端接馈电口，短臂端为短路端，馈电结构内置移相功分器，该移相功分器的 输出端口的相位差依次为90°，其采用中心开孔结构，各频段的天线分别有一根独立的馈 线，该馈线依次穿过下方的所有辐射体、移相功分器和低噪声放大器，最终多个频段的馈线 经过天线底部的多路射频同轴连接器输出。
[0007] 进一步的，同一层的辐射单元为一个频率的4臂结构或者多个频率的4*n臂结构。
[0008] 进一步的，所述辐射体为多边形或者圆形;所述辐射体为实心开孔或者空心开孔， 开孔为圆形或者多边形。
[0009] 进一步的，所述开孔为一个开孔或者规则排列的多个开孔。
[0010]进一步的，所述辐射单元的金属导体为一条或者分叉的多条曲线。
[0011] 进一步的，所述辐射单元直接制作在辐射体表面或者加工好后绕制在辐射体表 面。
[0012] 进一步的，所述辐射单元在辐射体表面或者辐射体内部。
[0013] 进一步的，所述移相功分器直接焊接在辐射体上或者通过转接电路板与辐射体连 接在一起。
[0014] 进一步的，所述移相功分器总端口连接低噪声放大器或者功率放大器，或者直接 经馈线输出;移相功分器为集成芯片结构，或者多层微带电路结构。
[0015] 进一步的，所述移相功分器外形为多边形结构或者圆形结构，移相功分器中心开 孔为圆形孔或者多边形孔，开孔为一个孔或者多个孔。
[0016]本发明公开的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，具有以下有益效果：
[0017] 该结构理论上可以实现无限多圆极化天线和有限多线极化天线的共口径、小型化 设计，导航圆极化天线的尺寸可以做到l〇mm X l〇mm X 15mm，甚至更小，同时可实现各频段上 半空间的半球均匀覆盖。
[0018] 本发明可应用的领域包含所有使用多频段、小型化、圆极化天线的设备，也可在立 体阵列天线、立体抗干扰技术领域广泛应用。同时也开辟了新型立体阵列天线工程实现的 途径，由此可开发出一系列新型的阵列天线。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的结构示意图，
[0020] 图2是中心支架结构示意图，
[0021 ]图3是内部馈线结构示意图，
[0022]图4a是辐射体截面图（1)，
[0023]图4b是辐射体截面图（2)，
[0024]图4c是辐射体截面图（3)，
[0025]图4d是对应图4a的辐射体侧视图，
[0026]图4e是对应图4b的辐射体侧视图，
[0027]图4f是对应图4c的辐射体侧视图，
[0028]图5a是多臂辐射单元结构示意图（1)，
[0029]图5b是多臂辐射单元结构示意图（2)，
[0030]图5c是多臂辐射单元结构示意图（3)，
[0031]图6a是辐射体开孔图（1)，
[0032]图6b是辐射体开孔图（2)，
[0033]图6c是辐射体开孔图（3)，
[0034]图6d是辐射体开孔图（4)，
[0035]图6e是辐射体开孔图（5)，
[0036]图6f是辐射体开孔图（6)，
[0037]图6g是辐射体开孔图（7)，
[0038]图6h是福射体开孔图（8)，
[0039] 图7a是辐射单元的结构图（1)，
[0040] 图7b是辐射单元的结构图（2)，
[0041] 图8a是移相功分器与辐射体之间的安装示意图（1)，
[0042]图8b是移相功分器与辐射体之间的安装示意图（2)，
[0043]图9a是无低噪声放大器天线结构图，
[0044]图9b是有低噪声放大器天线结构图，
[0045] 图10a是移相功分器外形结构图（1)，
[0046] 图10b是移相功分器外形结构图（2)，
[0047]图10c是移相功分器外形结构图（3)，
[0048]图1 la是移相功分器开孔图（1)，
[0049] 图1 lb是移相功分器开孔图（2)，
[0050] 图11c是移相功分器开孔图（3)，
[0051] 图lid是移相功分器开孔图（4)，
[0052]图lie是移相功分器开孔图（5)，
[0053]图Ilf是移相功分器开孔图（6)，
[0054]图1 lg是移相功分器开孔图（7)，
[0055] 图llh是移相功分器开孔图（8)，
[0056] 图lli是移相功分器开孔图（9)，
[0057] 图12是1268MHz天线结构图，
[0058] 图13是1268MHz增益方向图，
[0059] 图14是1561MHz天线结构图，
[0060] 图15是1561MHz增益方向图，
[0061 ] 图16是1616MHz天线结构图，
[0062] 图17是1616MHz增益方向图，
[0063] 图18是2000MHz天线结构图，
[0064] 图19是2000MHz增益方向图，
[0065] 图20是2492MHz天线结构图，
[0066] 图21是2492MHz增益方向图，
[0067] 附图标记说明：
[0068] 1.中心支架，2 .辐射体，3 .辐射单元，4.馈电结构，5.移相功分器，6 .低噪声放大 器，7.多路射频同轴连接器。
【具体实施方式】
[0069] 下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
[0070] 请参见图1-图3。
[0071] -种多频段共口径复合的小型化云塔天线，包括若干天线单元，天线单元从1到η 依次呈塔式层叠，天线的工作频率F0到Fn为任意频率，η为不小于1的任意常数，天线单元包 括依次安装在一起的辐射体、馈电结构和移相功分器，其辐射体采用多臂结构，辐射体的材 质为非导电介质材料制成，辐射体上设有辐射单元，辐射单元为含有"h"形或者" d "形的 任意曲线形状的金属导体，h形的长臂端接馈电口，短臂端为短路端，馈电结构内置移相功 分器，该移相功分器的输出端口的相位差依次为90°，其采用中心开孔结构，各频段的天线 分别有一根独立的馈线，该馈线依次穿过下方的所有辐射体、移相功分器，最终多个频段的 馈线经过天线底部的多路射频同轴连接器输出。
[0072]见图5&、513、5〇，作为具体实施例，同一层的辐射单元为一个频率的4臂结构或者多 个频率的4*n臂结构。
[0073] 见图4&、仙、4〇，作为具体实施例，所述辐射体为多边形或者圆形;见图6&-611，所述 辐射体为实心开孔或者空心开孔，开孔为圆形或者多边形，所述开孔为一个开孔或者规则 排列的多个开孔。
[0074] 见图7a、7b，作为具体实施例，所述辐射单元的金属导体为一条或者分叉的多条曲 线。
[0075] 作为具体实施例，所述辐射单元直接制作在辐射体表面或者加工好后绕制在辐射 体表面。
[0076] 作为具体实施例，所述辐射单元在辐射体表面或者辐射体内部。
[0077]见图8a、8b，作为具体实施例，所述移相功分器直接焊接在辐射体上或者通过转接 电路板与辐射体连接在一起。
[0078] 见图9a、9b，作为具体实施例，所述移相功分器总端口连接低噪声放大器或者功率 放大器，或者直接经馈线输出;移相功分器为集成芯片结构，或者多层微带电路结构。
[0079] 见图10a-l〇C，作为具体实施例，所述移相功分器外形为多边形结构或者圆形结 构，见图lla-llf，移相功分器中心开孔为圆形孔或者多边形孔，见图llg-lli，开孔为一个 孔或者多个孔。
[0080] 不同天线单元的工作频率可以是相同频率，也可以是不同频率。
[0081] 本发明结构理论上可以实现无限多圆极化天线和有限多线极化天线的共口径、小 型化设计，天线的尺寸可以做到10_xi0_x 15mm，甚至更小，同时可实现各频段上半空间 的半球均匀覆盖。
[0082]见图12-图13<a268MHZ为北斗二代导航的一个工作频率，根据本发明所设计的右 旋圆极化天线在该体积下效率高，可使目前的便携、手持类装备的体积更小。
[0083]见图14-图15<a561MHZ为北斗二代导航的一个工作频率，根据本发明所设计的右 旋圆极化天线在该体积下效率高，同时该天线还兼容了GPS天线的功能。可使目前的便携、 手持类装备的体积更小。附图为该天线关键指标一一增益方向图的计算结果。
[0084]见图16-图17<a616MHZ为北斗一代导航地面设备的发射频率，根据本发明所设计 的左旋圆极化天线在该体积下效率高。可使目前的便携、手持类装备的体积更小。附图为该 天线关键指标一一增益方向图和轴比的计算结果。
[0085] 见图18-图H2000MHZ左右为未来新一代卫星通信地面设备的工作频率，根据本 发明所设计的右旋旋圆极化天线在该体积下效率高。可使目前的便携、手持类装备的体积 更小。附图为该天线关键指标一一增益方向图的计算结果。
[0086]见图20-图21。2492MHz为北斗一代导航地面设备的接收频率，根据本发明所设计 的右旋旋圆极化天线在该体积下效率高。可使目前的便携、手持类装备的体积更小。附图为 该天线关键指标一一增益方向图的计算结果。
[0087] 仿真计算结果表明，"云塔天线"的技术指标较高，均可实现上半空间半球均匀覆 盖，并且随着天线多形边长的增加，天线增益也会增加，可根据系统的设计需要改进天线结 构达到指标要求。
[0088] 本发明可应用的领域包含所有使用多频段圆极化天线的设备，也可在立体阵列天 线、立体抗干扰技术领域广泛应用。同时也开辟了新型立体阵列天线工程实现的途径。
[0089] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各 实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各 实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这 些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1. 一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，包括若干天线单元，天线单 元从1到η依次呈塔式层叠，η为不小于1的任意常数，天线单元包括依次安装在一起的辐射 体、馈电结构和移相功分器，其辐射体采用多臂结构，辐射体的材质为非导电介质材料制 成，辐射体上设有辐射单元，辐射单元为含有"h"形或者"rl "形的任意曲线形状的金属导 体，h形的长臂端接馈电口，短臂端为短路端，馈电结构内置移相功分器，该移相功分器的输 出端口的相位差依次为90°，其采用中心开孔结构，各频段的天线分别有一根独立的馈线， 该馈线依次穿过下方的所有辐射体、移相功分器，最终多个频段的馈线经过天线底部的多 路射频同轴连接器输出。2. 根据权利要求1所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，同一 层的辐射单元为一个频率的4臂结构或者多个频率的4*n臂结构。3. 根据权利要求1所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 辐射体为多边形或者圆形;所述辐射体为实心开孔或者空心开孔，开孔为圆形或者多边形。4. 根据权利要求3所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 开孔为一个开孔或者规则排列的多个开孔。5. 根据权利要求1所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 辐射单元的金属导体为一条或者分叉的多条曲线。6. 根据权利要求5所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 辐射单元直接制作在辐射体表面或者加工好后绕制在辐射体表面。7. 根据权利要求6所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 辐射单元在辐射体表面或者辐射体内部。8. 根据权利要求1所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 移相功分器直接焊接在辐射体上或者通过转接电路板与辐射体连接在一起。9. 根据权利要求8所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所述 移相功分器总端口连接低噪声放大器或者功率放大器，或者直接经馈线输出；移相功分器 为集成芯片结构，或者多层微带电路结构。10. 根据权利要求9所述的一种多频段共口径复合的小型化云塔天线，其特征在于，所 述移相功分器外形为多边形结构或者圆形结构，移相功分器中心开孔为圆形孔或者多边形 孔，开孔为一个孔或者多个孔。
【文档编号】H01Q1/50GK106025516SQ201610428801
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】王博
【申请人】王博