一种具有多模谐振的平面锥状波束天线制造技术

一种具有多模谐振的宽带平面锥状波束天线，该天线由一个单层圆形介质基板和一层圆形金属地板构成，圆形介质基板位于整个天线的顶层，基板下方为接地金属板。在该基板上表面的金属层中腐蚀出多个半径不同的同心环形缝隙，同时将介质基板下表面的金属层全部腐蚀掉。分别在介质基板与金属底板的圆心处打金属化过孔与金属通孔，介质基板与金属地板之间通过SMA同轴探针进行连接，且探针部分穿过介质基板上的金属化过孔并与基板上表面的金属层相焊接，SMA同轴探针的同轴部分与金属地板相连接。本发明专利技术利用在临近频点激励起多个模式的方法来展宽天线带宽，与此同时在介质基板上表面金属层的圆心附近引入同心环形缝隙，从而可以使天线的带宽得到进一步的展宽，同时该天线具备低剖面的结构特性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多模谐振的平面锥状波束天线
本专利技术涉及车载卫星通信
，为一种具有低剖面与宽频带覆盖特性的锥状波束平面天线。
技术介绍
在车载卫星通信中，当通信卫星处于地球同步轨道上时，南北半球上的终端设备与卫星的连线同地面形成一定的倾角，如图9(a)所示。同时汽车、火车等通信终端的载体在地面上行走时，由于道路和地形的变化，当汽车沿不同方向行驶或上下坡行驶时，天线的主瓣的指向会发生变化，如图9(b)所示。因此这些场合的通信系统应该具有卫星跟踪能力功能，随着外界环境的不同，实时改变天线的波束指向。目前主要有两种方法解决这个技术难题。采用具有较高增益的阵列天线进行自动跟踪。采用一个三维全向天线进行接收发射。阵列天线卫星跟踪系统的实现方法主要由两种：(1)机械跟踪法和电跟踪法。机械跟踪法是通过电动马达带动天线进行机械旋转，改变天线的方向，使天线始终对准卫星。由于机械扫描相控阵天线采用了机械马达等部件从而使整个系统的结构复杂、体积大、重量重，十分不利于载体在野外环境下的机动性；而电跟踪法是通过移相器、射频开关等器件调整天线单元之间的相位关系，来改变天线的波束指向，从而使天线始终对准卫星。但是电跟踪系统一般需要包括若干功分器、移相器、RF开关和放大器等额外的无源或有源器件，因此整个馈电网络很复杂且昂贵，尤其是对车载系统等要求便携化、小型化、低成本的场合；同时小体积的要求也限制了复杂电跟踪系统在这些场合的应用。(2)全向天线虽然可以实现所有角度的跟踪，但是由于其能量均匀的分布在整个三维空间中，增益会比较低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术不足，提出一种具有低剖面与宽频带覆盖特性的锥状波束平面天线，(1)通过采用多模式谐振技术，有效地拓展了锥状波束天线的阻抗带宽；(2)相对于机械扫描阵列天线，本天线省略了天线的机械马达系统，天线厚度仅为中心频点对应波长的十分之一，其剖面厚度十分有利于载体在野外的机动性；(3)相对于电扫描相控阵天线，本专利技术中所设计天线省略去了功分器、移相器、RF开关等射频器件，很大程度上降低了系统的复杂度以及成本；(4)相对于全向辐射的平面天线，本专利技术中所采用天线的辐射方向图为锥状波束，由于该方向图特有的辐射模式，有效地兼顾了波束的全向辐射以及在一定角度范围内具有定向指向的能力；(5)本专利技术兼顾前4条优势的基础上，同时还具有小体积、轻量化、低成本的优势，其十分有利于产品的工业批量化。本专利技术的技术解决方案是：一种具有多模谐振的平面锥状波束天线，包括：单层介质基板(1)和单层金属地板(2)、探针(3)；单层金属地板(2)为圆形，圆心处设有通孔；单层介质基板(1)与单层金属地板(2)通过同轴探针连接，探针穿过单层介质基板(1)，SMA接头与单层金属地板(2)接触；单层介质基板(1)与单层金属地板(2)之间设有介质填充；单层介质基板(1)的上、下表面层为金属，中间层为介质；单层介质基板(1)面向单层介质基板(1)的下表面层全部腐蚀；单层介质基板(1)的上表面腐蚀出的多个半径不同的同心环形缝隙，单层介质基板(1)的圆心位置为金属化过孔。多个半径不同的同心环形缝隙的圆心与单层介质基板(1)和单层金属地板(2)的圆心重合。当环形缝隙为三个时，通过最外侧的环形缝隙的内半径及次最外侧的环形缝隙的内半径和外半径，使天线分别能够在设定的多个频点分别产生不同的模式，从而使天线获得多个不同的谐振点。当环形缝隙为三个时，通过调整最内侧的环形缝隙的内半径和外半径的比例，天线获得天线中心频点50％以上的相对带宽。填充介质，包括：气体、固体、液体。探针(3)的直径误差在0.05mm以内。单层介质基板(1)厚度误差在0.1mm以内。单层金属地板(2)选用铝板、铁板、钢板、铜板、复合金属板材。在单层介质基板(1)的上表面层的有金属部分镀金。单层介质基板(1)圆度误差在0.1mm以内。本专利技术应用于以汽车为载体的车载动中通上，采用所述具有多模谐振的平面锥状波束天线进行卫星通信，包括战场通信、水灾雪灾应急通信、反恐应急通信本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术与现有技术相比，整个系统省去了机械扫描天线系统中的机械马达结构，同时由于本专利技术中所涉及天线采用了单层介质基板，单个SMA同轴馈电结构，从而实现了天线结构复杂度的大幅度降低。(2)本专利技术通过采用多模式谐振技术以及缝隙耦合中心馈电技术，有效地拓展了锥状波束天线的阻抗带宽，从而使整个系统能够接收更大频率范围内的卫星信号。(3)本专利技术在天线带宽大幅度拓展的前提下，天线的纵向剖面得到大幅度的降低，相对于传统锥状波束天线中心频率处四分之一波长的纵向剖面高度，本专利技术中所涉及天线的纵向剖面高度仅为其中心频点对应波长的十分之一。(4)相对于传统宽带锥状波束平面天线方向图以及增益值稳定性较差的特点，本专利技术中所涉及天线在宽频带内具有稳定的辐射方向图以及增益值。(5)由于本专利技术在天线表面金属层采用了镀金的工艺，使得该天线在各种环境下有着较强的抗氧化性，从而较大幅度的提高了天线的使用寿命，同时拓展了汽车载体的使用环境范围。附图说明图1为本专利技术一种具有多模谐振的平面锥状波束天线原理结构示意图；图2为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线回波损耗仿真与实测结果图；图3的(a)、(b)分别为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线在4.30GHz处的XOZ面与XOY面的实测与仿真归一化辐射方向图；图4的(a)、(b)分别为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线在4.80GHz处的XOZ面与XOY面的实测与仿真归一化辐射方向图；图5的(a)、(b)分别为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线在5.30GHz处的XOZ面与XOY面的实测与仿真归一化辐射方向图；图6的(a)、(b)分别为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线在5.80GHz处的XOZ面与XOY面的实测与仿真归一化辐射方向图；图7的(a)、(b)分别为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线在6.30GHz处的归一化XOZ面与XOY面的辐射方向图；图8为本专利技术实例多模谐振的平面锥状波束天线的增益随频率变化仿真与实曲线测图；图9为(a)、(b)分别为本专利技术实例的两种应用环境示意图；图10为本专利技术车载卫星通信/导航系统的应用场景图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种具有多模谐振的宽带平面锥状波束天线，该天线由一个单层圆形介质基板和一层圆形金属地板构成，圆形介质基板位于整个天线的顶层，基板下方为接地金属板。在该基板上表面的金属层中腐蚀出多个半径不同的同心环形缝隙，且各环形缝隙的圆心与介质基板的圆心相重合，同时将介质基板下表面的金属层全部腐蚀掉。分别在介质基板与金属底板的圆心处打金属化过孔与金属通孔。介质基板与金属地板之间采用设定介电常数的介质填充物(气态、固态、液态均可)。介质基板与金属地板之间通过SMA同轴探针进行连接，且探针部分穿过介质基板上的金属化过孔并与基板上表面的金属层相焊接，SMA同轴探针的同轴部分与金属地板相连接。本专利技术利用在临近频点激励起多个模式的方法来展宽天线带宽，与此同时在介质基板上表面金属层的圆心附近引入同心环形缝隙，从而可以使天线的带宽得到进一步的展宽，同时该天线具备低剖面的结构特性。以汽车为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多模谐振的平面锥状波束天线，其特征在于包括：单层介质基板(1)和单层金属地板(2)、探针(3)；单层金属地板(2)为圆形，圆心处设有通孔；单层介质基板(1)与单层金属地板(2)通过同轴探针连接，探针穿过单层介质基板(1)，SMA接头与单层金属地板(2)接触；单层介质基板(1)与单层金属地板(2)之间设有介质填充；单层介质基板(1)的上、下表面层为金属，中间层为介质；单层介质基板(1)面向单层介质基板(1)的下表面层全部腐蚀；单层介质基板(1)的上表面腐蚀出的多个半径不同的同心环形缝隙，单层介质基板(1)的圆心位置为金属化过孔。

【技术特征摘要】
1.一种具有多模谐振的平面锥状波束天线，其特征在于包括：单层介质基板(1)和单层金属地板(2)、探针(3)；单层金属地板(2)为圆形，圆心处设有通孔；单层介质基板(1)与单层金属地板(2)通过同轴探针连接，探针穿过单层介质基板(1)，SMA接头与单层金属地板(2)接触；单层介质基板(1)与单层金属地板(2)之间设有介质填充；单层介质基板(1)的上、下表面层为金属，中间层为介质；单层介质基板(1)面向单层介质基板(1)的下表面层全部腐蚀；单层介质基板(1)的上表面腐蚀出的多个半径不同的同心环形缝隙，单层介质基板(1)的圆心位置为金属化过孔。2.根据权利要求1所述的一种具有多模谐振的平面锥状波束天线，其特征在于：多个半径不同的同心环形缝隙的圆心与单层介质基板(1)和单层金属地板(2)的圆心重合。3.根据权利要求1所述的一种具有多模谐振的平面锥状波束天线，其特征在于：当环形缝隙为三个时，通过最外侧的环形缝隙的内半径及次最外侧的环形缝隙的内半径和外半径，使天线分别能够在设定的多个频点分别产生不同的模式，从而使天线获得多个不同的谐振点。4.根据权利要求1所述的一种具有多...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，董士伟，董亚洲，王颖，李小军，禹旭敏，朱舸，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61