[发明专利]圆极化角度分集天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术的天线设计技术领域，涉及一种圆极化角度分集天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，卫星通信与导航系统得到了广泛的研究和应用。天线作为发送、接收电磁波的装置，其性能直接决定了整个无线通信系统的性能。卫星通信用的天线通常需要满足两个要求。第一是极化为圆极化。这是由于电磁波在通过电离层时极化方向会发生旋转，需要用圆极化来克服这种法拉第旋转效应。第二是低仰角覆盖。这是由于卫星相对于地球通常是运动的，在一定观察时间内，卫星与观测点会经历不可见到可见、再到不可见的过程。低仰角覆盖可以使观测点无需追踪卫星的运行状态，在可见区域内均可以接收和发射电磁信号。

相对于陆地用天线，机载天线的要求更严格。由于飞机的运行速度非常快，风阻非常大，而且飞机的飞行姿势会不断调整，这些限制要求机载天线在满足上述两个要求的同时，还需要满足小尺寸、轻重量、低剖面、高机械强度的要求。

设计一款满足上述要求的机载天线目前仍是一个挑战。当前的研究通常采用四臂螺旋天线。这种天线能够提供低仰角覆盖的圆极化电磁波。但是低仰角覆盖是以天线高度的增加为代价的，而且天线的重量较重，不适合用做机载天线。

模式分集技术是解决空间覆盖的有效技术之一。它的基本思想是利用互补的方向图实现信号的覆盖。假设天线1可提供天顶方向的圆极化覆盖，天线2可提供水平方向的圆极化覆盖。当观测点在天顶方向时，天线1可为其提供圆极化信号；当观测点在水平方向时，天线2可为其提供圆极化信号；当观测点从天顶往水平方向运动时，天线1和天线2作为MIMO天线，可为其提供两个独立的圆极化信道，而且随着观测点往水平点移动，天线1的贡献减少、天线2的贡献增大。实验表明，将天线1和天线2联合起来，保证两天线的高隔离度，可提供上半球面的圆极化覆盖。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可覆盖上半球面的圆极化角度分集天线。通过将两种天线组合起来，本发明实现了小型化、低剖面、宽带的特点，满足了机载天线的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

圆极化角度分集天线，其特征在于，包含上层介质板1、下层介质板2、第一折叠金属线3、第二折叠金属线4、金属柱5、金属平板地6、第二馈电端口7和第二馈电端口8，其中：

上层介质板1与下层介质板2之间有一层空气层；

第一折叠金属线3印刷在上层介质板1的上表面和下层介质板2的下表面，通过四根金属柱5a、5b、5c、5d连接；

第一折叠金属线3通过中心短路柱5e与第二馈电端口7连接；

第二折叠金属线4印刷在下层介质板2的上表面；

第二折叠金属线4与第二馈电端口8连接；

金属平板地6印刷在下层介质板2的下表面。

所述第一折叠金属线3的4个分支3a、3b、3c、3d和连接金属柱5的4个分支5a、5b、5c、5d均关于中心旋转对称。

所述第二折叠金属线4的馈电网络4a是一个串行馈电的网络；

第二折叠金属线4的4a分支和4b分支、4c分支、4d分支、4e分支相连，且4个分支4b、4c、4d、4e关于中心旋转对称；

4a分支的每一段微带线长度均为1/16中心波长的整数倍；

4e分支、4d分支和4c分支到第二馈电端口（8）的折叠微带线长度依次比4b分支到第二馈电端口（8）的折叠微带线长度要长1/4中心波长、1/2中心波长和3/4中心波长。通过所述馈电网络（4a）的阻抗变换，第二馈电端口（8）的输入信号到4b分支、4e分支、4d分支、4c变成4路幅度相等、相位依次相差0°、90°、180°和270°的信号。

所述第一折叠金属线3的4个分支3a、3b、3c、3d的线宽均相等；第二折叠金属线4的馈电网络4a和4个分支4b、4c、4d、4e的线宽均相等，金属柱5的5个分支5a、5b、5c、5d、5e的半径均相等。

所述第二折叠金属线4的馈电网络4a的特征阻抗为50欧姆。

所述第二馈电端口7和第二馈电端口8均为同轴端口。

当所述第二馈电端口7激励时，提供水平全向的圆极化覆盖；当所述第二馈电端口8激励时，提供天顶的圆极化覆盖；结合这两种覆盖，所述天线可提供上半球面的圆极化覆盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）第一次将两种互补的方向图联合起来实现上半球面的圆极化覆盖，而且实现了高隔离度；