锥形波束的圆极化天线制造技术

本发明专利技术提供了一种锥形波束的圆极化天线，应用于通信技术领域，比如车载卫星通信等。天线整体为圆台形，外导体壁上开互相垂直的矩形缝隙，上下2列组成为天线辐射段。通过类同轴线结构给天线馈电，类同轴线结构外导体厚度随天线外辐射体倾斜角度渐变，从而实现较好的匹配。类同轴线外导体与天线辐射体之间填充介质。锥形波束的指向与圆台母线(辐射外导体表面)垂直，锥形波束圆极化性能良好，且通过改变母线倾角可以方便的实现任意角度的锥形波束。

【技术实现步骤摘要】
锥形波束的圆极化天线
本专利技术涉及一种天线，具体地，涉及一种锥形波束的圆极化天线。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，与移动卫星通信作为一种常用的通信情况变得越来越普遍。通常同步卫星和与之通信的车、船等的直线路径与地面有一个较为稳定的角度，为了实现稳定的通信，就要求在这个角度附近天线增益较高。锥形波束天线可以较好的实现这个功能。此外，圆极化天线可以接收任意极化波的特性对于移动卫星通信这种位置变动较为频繁的通信场合也至关重要。经文献检索，K.L.Lau，K.M.Luk等人2006年在IEEETrans.AntennasPropag.期刊上发表的文章“AWidebandCircularlyPolarizedConical-BeamPatchAntenna”提出了一种宽带圆极化锥形波束天线，但是其混合馈电结构较为复杂。D.Zhou等人2008年在MicrowaveAndOpticalTechonlogyLetters期刊发表的文章“NewCircularly-polarizedConical-beamMicrostripPatchAntennaArrayForShort-rangeCommunicationSystems”提出用4个切角矩形圆极化贴片天线构成阵列实现圆极化锥形波束，该天线馈电结构较为简单，但是波束最大增益在方向360度内变化起伏较大，会对实际的通信质量造成影响。Jeen等人2010年在IEEETrans.AntennasPropag.期刊上发表的文章“ReconfigurableCircularly-polarizedPatchAntennaWithConicalBeam”以两种线极化天线组合的方式实现了锥形波束圆极化天线，但是使用了较复杂的微扰技术。类似的，XudongBai，XianlingLiang等人2015年在IEEEAntennaAndWirelessPropagation期刊上发表的文章“Dual-CircularlyPolarizedConical-BeamMicrostripAntenna”使用了较为复杂的耦合馈电结构。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种锥形波束的圆极化天线。该天线阻抗带宽大，圆极化轴比带宽大，在垂直辐射结构外导体方向的增益高。根据本专利技术提供的一种锥形波束的圆极化天线，其特征在于，包括辐射结构、馈电结构；辐射结构包括中空的圆台形壳体；辐射结构上设置有上层辐射单元、下层辐射单元；辐射结构与馈电结构之间填充有填充介质结构；馈电结构包括馈电结构外导体、馈电结构内导体；馈电结构外导体与馈电结构内导体之间填充有馈电结构介质；馈电结构内导体的上端与辐射结构的顶部连接。优选地，上层辐射单元、下层辐射单元均为开设在圆台形壳体壁上的具有夹角的矩形缝隙对。优选地，馈电结构外导体的厚度随圆台形壳体侧面的倾斜角度线性渐变；馈电结构下端连接SMA接头。优选地，馈电结构外导体为圆台形，馈电结构外导体的外表面与圆台形壳体内壁面之间的距离基本不变，即馈电结构外导体的外表面与圆台形壳体内壁面之间的距离变化很小；馈电结构外导体沿中心轴线设置有通孔，馈电结构内导体和馈电结构介质设置在通孔内。优选地，辐射结构的锥形波束的指向与辐射结构的圆台形壳体表面垂直；缝隙对的两个缝隙之间互相垂直；下层辐射单元的数量为上层辐射单元的数量的整数倍。优选地，上层辐射单元、下层辐射单元之间缝隙的最短距离基本为一个介质波长，即上层辐射单元、下层辐射单元之间缝隙的距离为一个介质波长左右。优选地，馈电结构内导体的上端与辐射结构的顶部平滑过渡连接。上层辐射单元、下层辐射单元组成为天线辐射段；上层辐射单元有6个，即6对缝隙对；下层辐射单元有12个，即12对缝隙对。通过类同轴线结构的馈电结构给天线馈电，因此馈电结构可认为是类同轴线。类同轴线结构外导体厚度随天线外辐射体倾斜角度渐变，从而实现较好的匹配。类同轴线下方可以直接连接SMA头进行馈电。馈电结构外导体与天线辐射结构之间填充介质。锥形波束的指向与圆台母线(辐射结构的圆台形壳体表面)垂直，锥形波束圆极化性能良好，且通过改变母线倾角可以方便的实现任意角度的锥形波束。所述天线辐射结构为圆台侧面，由金属构成。辐射结构外壁开互成一定角度的矩形缝隙，从而能激励出圆极化波。为了提高天线的增益，在圆台外表面开两圈缝隙。由于两圈缝隙的高度不同，所在圆平面的半径不同，故上下两圈开的缝隙对个数不同。上圈开6个缝隙对，下圈开12个缝隙对，上下倍数关系使结构更加对称。所述辐射结构上下两圈缝隙之间距离为一个介质波长左右，从而在激励时保持同向叠加，使系统增益达到最大化。上辐射缝隙距离圆台上表面的距离以及下辐射缝隙距离圆台下表面的距离在天线制作过程中可以适当调整，以期实现较好的阻抗带宽。此外，由于上下两圈辐射缝隙对的个数不同以及馈电位置的不同，在天线制作过程中适当得调整缝隙宽度可以实现等功率辐射，也可以提高系统的增益。馈电结构为类同轴结构。馈电类同轴结构内导体、介质与同轴线完全相同，外导体随圆台侧面倾斜角度渐变。这样外导体与辐射结构构成渐变同轴线结构，便于实现阻抗匹配。此外，馈电内导体与天线顶部连接做平滑过渡，仿真结果表明，平滑过渡可以有效展宽阻抗带宽。调节圆台侧面倾斜角度，可以改变锥形波束最大辐射方向的角度。此外，在天线制作过程中适当调整两圈缝隙之间的距离，增加缝隙的圈数等都可以进一步提高天线的性能。下文中的一个实施例中将会以45度指向的锥形波束圆极化天线为例进行说明。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术锥形波束的圆极化天线效率较高，具有较高的增益。2、本专利技术最大波束方向增益平坦度较好。3、本专利技术的馈电方式较为简单。4、本专利技术可以根据需要的最大波束指向调整圆台侧面的倾角，实现任意方向的最大波束指向。5、天线馈电结构较为简单，最大辐射角度增益在圆周方向起伏小，圆极化性能良好。且通过改变圆台侧面(天线辐射面)的倾角，可以方便地改变最大辐射方向在俯仰方向的指向，具有较好的通用性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1、图2为本专利技术锥形波束的圆极化天线的结构示意图；图3为本专利技术锥形波束的圆极化天线的主视图；图4为馈电部分细节图及局部A-A剖视图；图5为本专利技术锥形波束的圆极化天线的俯视图；图6为沿B-B向反向的剖视图；图7为本专利技术实施例的锥形波束的圆极化天线的回波损耗图；图8为本专利技术实施例的5.3GHz～5.85GHz频点的θ为45度的增益图；图9为本专利技术实施例的5.3GHz～5.85GHz频点的θ为45度的轴比图。图10、图11、图12为本专利技术实施例的5.3GHz、5.6GHz、5.85GHz频点的方向图。图中：1为辐射结构，2为上层辐射单元，3为下层辐射单元，4为填充介质结构，5为馈电结构外导体，6为馈电结构介质，7为馈电结构内导体，8为馈电点，9为馈电结构内导体与辐射结构顶部连接做平滑过渡的结构。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥形波束的圆极化天线，其特征在于，包括辐射结构(1)、馈电结构；辐射结构(1)包括中空的圆台形壳体；辐射结构(1)上设置有上层辐射单元(2)、下层辐射单元(3)；辐射结构(1)与馈电结构之间填充有填充介质结构(4)；馈电结构包括馈电结构外导体(5)、馈电结构内导体(7)；馈电结构外导体(5)与馈电结构内导体(7)之间填充有馈电结构介质(6)；馈电结构内导体(7)的上端与辐射结构(1)的顶部连接。

【技术特征摘要】
1.一种锥形波束的圆极化天线，其特征在于，包括辐射结构(1)、馈电结构；辐射结构(1)包括中空的圆台形壳体；辐射结构(1)上设置有上层辐射单元(2)、下层辐射单元(3)；辐射结构(1)与馈电结构之间填充有填充介质结构(4)；馈电结构包括馈电结构外导体(5)、馈电结构内导体(7)；馈电结构外导体(5)与馈电结构内导体(7)之间填充有馈电结构介质(6)；馈电结构内导体(7)的上端与辐射结构(1)的顶部连接。2.根据权利要求1所述的锥形波束的圆极化天线，其特征在于，上层辐射单元(2)、下层辐射单元(3)均为开设在圆台形壳体壁上的具有夹角的矩形缝隙对。3.根据权利要求1所述的锥形波束的圆极化天线，其特征在于，馈电结构外导体(5)的厚度随圆台形壳体侧面的倾斜角度线性渐变；馈电结构下端连接SMA接头。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胡冠申，耿军平，梁仙灵，朱卫仁，金荣洪，刘珏林，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31