專利名稱：波瓣仰角可調水平極化全向天線設計技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種波瓣仰角可調水平極化全向天線設計技術，具體是雙金屬板加載、介質支撐、俯仰波束指向可調的單層微帶偶極子圓形陣列天線。本發明既可用作廣電通信領域的收發天線，又可在電子對抗中用作誘餌天線。
背景技術：
水平極化全向天線的輻射方向圖在方位面內是一個無方向性的圓，它廣泛應用于通訊廣播、雷達信標和敵我識別等領域。由于磁偶極子并不存在，所以水平極化全向天線需要靠方向圖疊加形成全向輻射。微帶全向天線因其易加工、輕重量、低成本等特點而得到廣泛研究，比較典型的方法有1.非水平共面組合天線，主要有圓柱共形微帶天線(Immanual Jayakumar, Ramesh Garg, Sarap B K, Bhagwan Lai. A conformal cylindrical microstrip array forproducing omnidirectional radiation pattern[J]. IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 1986, 34 (10) :1258-1261)、四單元微帶貼片方形陣(李碩，水平極化全向(高增益)通訊天線的設計和研究，電子科技大學2007年碩士論文)。這種類型將天線單元環繞載體分布，能夠形成全向輻射。但存在制作精度要求高和重量大的缺點。2.水平共面組合天線，主要有Alford環天線、印刷偶極子方形陣(錢嵩松，李興國· 一種由漸變縫隙天線構成的等效全向天線.微波學報，2006年，22 (2) 41-44)和印刷偶極子圓形陣(馮祖建，張立新，孫紹國.水平極化全向天線的設計.微波學報，2008年， 24(6) :60-64)。這種類型的天線單元全部蝕刻在微帶板上，制作精度高且質量輕。但是現有的設計存在著阻抗匹配困難，下方安裝金屬支撐結構使天線波束上翹且俯仰面波束指向不可調等缺點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種波瓣仰角可調水平極化全向天線設計技術，克服天線阻抗匹配困難，天線俯仰波束指向不可調等缺點。天線具有結構簡單，增益高，方位面內波瓣起伏低和抗干擾能力強等特點。實現上述目的的具體技術方案如下利用多個微帶偶極子模擬電流環，四個微帶偶極子均勻分布在微帶板的圓周上。 在微帶板上、下兩側加載兩塊金屬板。利用四根介質柱的法蘭支撐微帶板并用螺釘固定，介質柱的另一端固定在金屬板的安裝孔中。微帶偶極子的終端為弧形，且在各偶極子對之間留有間隔。利用兩級功分網絡饋電。每兩個微帶偶極子的平行雙線饋電網絡并聯后，再經平行雙線至微帶線過渡，最后兩條微帶線并聯與同軸接頭匹配。采用了對稱饋電結構。
在下方金屬板中間打孔，供饋電電纜穿過。本發明微帶天線的有益技術效果體現在下述幾個方面1、微帶偶極子上、下兩側各加載一塊金屬板，金屬板的鏡像效應提高了天線的增益；同時提高了天線上、下端的抗干擾能力。2、調整金屬板直徑尺寸，可改變俯仰面波束指向。3、每兩個微帶偶極子的平行雙線饋電網絡并聯后再變換至微帶線，降低了平行雙線與微帶線匹配難度。4、饋電電纜從下方金屬板的中心孔穿過，不影響天線全向輻射特性。最終設計結果表明，本發明天線在10%的相對頻帶內駐波小于1.5，方位面內增益高于2. 3dB，增益起伏小于ldB，交叉極化電平低于-30dB。天線俯仰面內波束指向調節簡


下面結合說明書附圖，通過實施例對本發明作進一步地描述。圖1為本發明天線的結構透視圖；圖2為本發明天線的微帶板俯視圖；圖3為本發明天線的微帶偶極子單元；圖4為本發明天線的饋電網絡；圖5為實施例1的高頻結構仿真(HFSS)軟件仿真的端口駐波曲線；圖6 8為實施例1的高頻結構仿真(HFSS)軟件仿真的天線低、中、高頻點的方位面輻射方向圖；圖9 11為實施例1的高頻結構仿真(HFSS)軟件仿真的天線低、中、高頻點的俯仰面輻射方向圖；圖12為實施例2的高頻結構仿真(HFSS)軟件仿真的中頻俯仰面輻射方向圖；圖13為實施例3兩單元線陣的結構透視圖。
具體實施例方式實施例1 參見圖1，一種波瓣仰角可調水平極化全向天線。整個天線包括頂端金屬反射板 1，全向微帶天線2，聚四氟乙烯介質柱3，底端金屬反射板4。每根介質柱中間由介質法蘭5 連接。全向微帶天線夾在上下介質法蘭之間固定，介質柱插入金屬板安裝孔中固定。上下金屬板直徑均為90mm，厚度為2mm。下方金屬板上開有直徑12mm的穿孔10，供饋電的同軸電纜穿過。如圖2所示，全向微帶天線2由介質板6，四個微帶偶極子7及饋電網絡8組成。 四個微帶偶極子均勻蝕刻在介質板圓周上，微帶板直徑是87mm。如圖3所示，微帶偶極子7的兩臂分別位于介質板的上下層，偶極子終端采用弧形結構。微帶偶極子通過平行雙線8饋電。如圖4所示，采用平行雙線8作為微帶偶極子的饋電巴倫。每兩個平行雙線并聯后，變換至微帶形式；兩根微帶線并聯，經同軸微帶垂直過渡與射頻連接器9相連。
本發明天線工作原理如下單個微帶偶極子的E面波瓣為“8”字形，通過在圓周上均勻環布四個偶極子使方向圖疊加形成全向輻射。底端支撐金屬板4的鏡像作用使天線主波束上翹，在頂端加一個同尺寸的金屬板1，兩塊金屬板共同作用使主波束位于水平方向，并提高天線增益。采用平行雙線8作為微帶偶極子的饋電巴倫，天線帶內性能穩定；連接平行雙線的兩臂反相饋電，提高天線交叉極化性能。為避免四個偶極子并聯的阻抗差異大，饋電網絡采用兩級一分二功分器組成。將平行雙線阻抗設計為100 Ω，兩個偶極子的饋電網絡并聯得到50Ω阻抗，再通過漸變線將其變換至100Ω與同阻抗的微帶線相連。兩根微帶線并聯后，經同軸微帶垂直過渡與射頻連接器9相連。本發明性能如下圖5為本發明S波段天線高頻結構仿真軟件(HFSS)仿真駐波曲線，可見在10%的相對頻帶內駐波小于1.5。圖6 8為天線低、中、高三個頻點仿真的方位面(Ε面)內波瓣圖。三個頻點的增益均高于2. 3dB，增益起伏小于ldB，。交叉極化電平低于_30dB。圖9 11為天線低、中、高三個頻點仿真的俯仰面(H面)內波瓣圖。俯仰面內波束對稱性好，三個頻點的波瓣最大值均位于水平方向。實施例2:本發明的一個優選實施例是俯仰面指向60度的S波段水平極化全向天線，此天線是將實施例1中天線下方金屬板直徑尺寸增加到200mm所得。中心頻點2. 85GHz的俯仰面輻射方向圖如圖12，由圖可見俯仰面天線波束指向60度。實施例3 本發明的一個優選實施例如圖13，是一個應用于S波段全向天線的二元線陣。此天線由兩個實施例1中的天線單元沿軸向疊加而成，兩個單元可以通過等幅同相饋電，在俯仰面提高增益。以上內容是結合具體的優選方式對本發明所做的詳細說明，不能認定本發明具體實施僅限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做成若干簡單推演或替換，如采用不同形狀的偶極子和不同的支撐形式、改變上方金屬板尺寸來調整俯仰波束指向，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的發明保護范圍。
權利要求
1.一種波瓣仰角可調水平極化全向天線，包括全向微帶天線，頂端和底端兩塊金屬反射板，支撐介質柱。其特征在于A、利用多個半波微帶偶極子均勻分布在圓形介質板周圍模擬電流環，偶極子終端采用弧形結構；采用多級功分器饋電。B、微帶偶極子上、下兩側加載兩塊金屬板，波瓣仰角可調。C、用四根聚四氟乙烯介質柱支撐全向微帶天線，介質柱固定在上下端金屬板上。全向微帶天線夾在介質柱中間的兩塊法蘭之間，用螺釘使微帶板固定。D、在下方金屬板中間打孔，供饋電電纜穿過。
2.根據權利要求1所述的波瓣仰角可調水平極化全向天線，其特征在于全向微帶天線由四個微帶偶極子及饋電網絡組成。四個微帶偶極子均勻蝕刻在介質板圓周上。每個偶極子的兩臂分別位于介質板的上下層，偶極子終端采用弧形結構。采用平行雙線作為微帶偶極子的饋電巴倫。每兩個平行雙線并聯后，變換至微帶形式；兩根微帶線并聯后，經同軸微帶垂直過渡與射頻連接器相連。
3.根據權利要求1所述的波瓣仰角可調水平極化全向天線，其特征在于微帶天線上、下兩側加載兩塊金屬板。通過調整金屬板直徑尺寸，可改變俯仰面波束指向。
4.根據權利要求1所述的波瓣仰角可調水平極化全向天線，其特征在于每根介質柱由兩截組成；兩截介質柱與微帶天線接觸的部分各有一個介質法蘭，全向微帶天線夾在兩塊法蘭之間用螺釘固定。介質柱另一端安裝在上下金屬板的安裝孔中使天線成為一體。
5.根據權利要求1所述的波瓣仰角可調水平極化全向天線，其特征在于 電纜從下方孔中穿過，避免從天線外圍布線。
全文摘要
本發明涉及一種波瓣仰角可調水平極化全向天線設計技術，解決了現有水平極化全向天線俯仰面波束指向固定、天線增益低、阻抗匹配困難的問題。該天線包括頂端反射板、微帶天線、底端反射板和支撐介質柱。微帶天線由四個弧形微帶偶極子沿圓周排列組成；頂端和底端金屬板置于微帶天線上、下兩側，調整上、下金屬板大小可改變俯仰面波束指向；微帶天線夾在兩側介質柱的法蘭間并用螺釘固定；下方金屬板中間打孔供饋電電纜穿過。本發明天線在10％的相對頻帶內駐波小于1.5，方位面內增益高于2.3dB、增益起伏小于1dB，交叉極化電平低于-30dB；波束指向可調。本發明提高了天線的增益、阻抗匹配、交叉極化性能、天線頂端和底端的抗干擾性能，適用于廣電通信、電子對抗等領域。
文檔編號H01Q21/24GK102570014SQ20111036714
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者簡玲, 袁洪, 陳文俊, 高國明 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所