CN106129630B - 一种收发一体双圆极化螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收发一体双圆极化螺旋天线。使用本发明能够实现异旋、双频、收发一体且宽波束。本发明的收发一体双圆极化螺旋天线，发射端位于天线顶端，通过顶端的馈电头同轴馈电，接收端位于天线底端，通过网络印制板上的功分移相网络底端馈电，发射端天线和接收端天线可任意就其所需的旋向、频段、方向图进行单独设计，进而可以得到所需的宽波束功能，实现异旋(或同旋)、双频、宽波束的收发一体天线，且受安装环境影响小，适用于UHF频段至X频段。

Description

一种收发一体双圆极化螺旋天线

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，具体涉及一种收发一体双圆极化螺旋天线。

背景技术

目前的星载宽波束螺旋天线无法同时实现双频异旋圆极化，收发天线为分开工作模式。为达到在实际应用中减少天线数量，同时满足测控通信需求的目的，需要对天线进行收发一体设计，使其能够在收发两个频段工作，且收发频段还应分别工作在两个不同旋向的圆极化下，通过单个收发一体天线实现以往两个天线的功能，减少安装位置，节省卫星制造成本。

常规螺旋天线可实现宽波束功能，且受安装环境影响小，但无法做到异旋双频收发一体；交叉偶极子天线可利用电桥实现收发一体，但波束范围较窄，无法满足长时间通信的需求；有文献(用于移动卫星系统的宽波束双频微带天线现代雷达2008年12月第30卷第12期67-69)描述了通过微带介质天线可实现宽波束收发一体天线，但是此类天线实际安装后受安装环境影响大，若应用于星载等领域，波束势必变窄。因此，需设计一种新的双频双圆极化螺旋天线，以满足星上的收发一体化应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种收发一体双圆极化螺旋天线，能够实现异旋、双频、收发一体且宽波束。

本发明的收发一体双圆极化螺旋天线，包括同轴馈电管、圆极化天线I、圆极化天线II、底板、馈电探针、网络印制板和连接法兰，其中，同轴馈电管由内导体和外导体组成；同轴馈电管一端悬空，另一端通过连接法兰与底板固连；同轴馈电管悬空端的外导体和内导体焊接在一起；

圆极化天线I的一端通过馈电头与同轴馈电管的悬空端相连，形成同轴馈电；另一端接在外导体上；

网络印制板固定在底板的底面，网络印制板上刻画有功分移相网络；圆极化天线II的一端通过馈电探针与网络印制板上的功分移相网络连接，形成底端馈电；另一端接在外导体上；

圆极化天线I与圆极化天线II旋向相同或相异。

进一步地，所述圆极化天线I由四条左旋螺线组成，四条螺旋线均焊接在同轴馈电管的外导体上，通过自相移结构正交馈电形成圆极化；

所述圆极化天线II由4条右旋螺旋线组成，通过功分移相网络能使4条螺旋臂馈电端电流相等，相邻两条螺旋臂间相位依次两两相差90°以形成圆极化。

进一步地，所述圆极化天线I每根螺旋臂长为发射频段波长的一半；所述圆极化天线II的每根螺旋臂长为接收频段波长的一半。

有益效果：

本发明提供了一种收发一体双圆极化螺旋天线，发射端位于天线顶端，通过顶端的馈电头同轴馈电，接收端位于天线底端，通过网络印制板上的功分移相网络底端馈电，发射端天线和接收端天线可任意就其所需的旋向、频段、方向图进行单独设计，进而可以得到所需的宽波束功能，实现异旋(或同旋)、双频、宽波束的收发一体天线，且受安装环境影响小，适用于UHF频段至X频段。

附图说明

图1为本发明收发一体双圆极化螺旋天线结构示意图。

图2(a)为天线顶端自移相结构示意图；图2(b)为天线顶端连接局部放大图。

图3为网络印制板结构示意图。

其中，1-内导体，2-连接法兰，3-外导体，4-网络印制板，5-左旋螺旋线，6-馈电头，7-馈电探针，8-底板，9-右旋螺旋线。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种收发一体双圆极化螺旋天线，通过对上下两个螺旋分别通过底馈和顶馈同时馈电，实现异旋、双频的宽波束收发一体天线。

如图1所示，本发明的收发一体双圆极化螺旋天线包括同轴馈电管、圆极化天线I、圆极化天线II、底板8、馈电探针7、网络印制板4和连接法兰2；其中，所述同轴馈电管由内导体1和外导体3组成，同轴馈电管顶端的外导体和内导体焊接在一起；同轴馈电管底端的外导体通过连接法兰2与底板8固连，同轴馈电管底端的内导体与SMA连接器内导体相连，SMA连接器属于元器件，采购后安装到天线上即可。

圆极化天线I安装在同轴馈电管的顶端，形成收发一体双圆极化螺旋天线的发射端，其中，圆极化天线I的顶端通过馈电头6与同轴馈电管顶端相连，末端直接连在外导体3上。圆极化天线I每根螺旋臂长约为发射频段波长的一半。

圆极化天线II安装在同轴馈电管的底端，形成收发一体双圆极化螺旋天线的接收端。网络印制板4固定在底板8的底端，网络印制板4上刻画有功分移相网络；圆极化天线II的一端通过馈电探针7与网络印制板4连接，形成底端馈电，圆极化天线II的另一端直接连在外导体3上。通过网络印制板4上的功分移相网络使圆极化天线II馈电端电流相等，相位均匀分布。圆极化天线II的每根螺旋臂长为接收频段波长的一半。

发射端和接收端的圆极化天线(即发射、接收天线)可任意就其所需的旋向、频段、方向图进行单独设计，一体实现，既可得到所需的宽波束功能，又可同时设计成异旋、双频的收发一体天线，且受安装环境影响小，适用于UHF频段至X频段。也可以将收发端天线设计为同旋双频。

本发明以S频段为例进行说明，设计了一种发射右旋圆极化、接收左旋圆极化的双频宽波束收发一体天线。

天线的结构由螺旋线、内外导体、底板、网络印制板上的功分移相馈电网络以及用于与天线连接的接插件等部件组成。该星载宽波束收发一体天线工作于S频段的两个不同频率中，收、发波长分别约为140mm和130mm，示意图见图1、图2：顶部发射部分采用同轴顶端馈电方式馈电，发射部分天线极化旋向右旋，则螺旋线结构旋向为左旋，则四条顺时针(自上向下看)螺旋线5分别与同轴馈电外导体3、内导体1在顶端通过馈电头6相连，螺旋线5的末端直接连在外导体上3，外导体3上有用于平衡馈电的长度为四分之一发射波长的开槽，其中相对的两条螺旋线单元长于谐振长度以产生一个+45°的相角，另外两条相对的螺旋线则短于谐振长度以产生-45°的相角，形成自移相结构(如图2(a)所示)，通过自相移结构正交馈电实现圆极化，四条螺旋线5其中一对相对的两条要调短，螺旋直径为17.5mm，螺距106mm，圈数0.5圈，螺旋线线径1.2mm，另外一对相对的两条螺旋线则调长，螺旋直径为20.3mm，螺距106mm，圈数0.5圈，螺旋线线径1.2mm。收发一体天线底部有功分移相网络印制板4，四条相同的逆时针螺旋线9通过馈电探针7与功分移相网络印制板4在底端焊接，功分移相网络能使四条螺旋臂馈电端电流相等，相邻两条螺旋臂间相位依次两两相差90°以形成圆极化，螺旋线9螺旋直径为24.1mm，螺距108mm，圈数0.5圈，螺旋线线径1.2mm，螺旋线9的末端直接连在外导体上3。

网络印制板4的示意图见图3，所用板材为Rogers5880，板厚0.508mm。线g经第一级功分器进行等功率分配后，延长其中一条输出线a使其比线b长54mm，此时两输出线a、线b相位相差180°；同样的，在进行第二级等功率分配后，分别延长其中两条输出线c、线e，使其比线d、线f分别长27mm，产生90°相移，最终使四个输出端口输出功率幅度相等，相位两两间依次相差90°。图3中，线a～线g的线宽均为1.51mm，线长保证上述相对尺寸即可，其余未标注编号的细线线宽均为0.83mm，线长均为27mm，阴影部位为三只焊在相应线上的贴片电阻，其阻值均为100欧姆。图中较大圆孔为外导体3过孔，四个较小圆孔为网络印制板4与四条螺旋线9的焊点位置。

天线中，接插件为SMA射频接插件，印制板为Rogers5880材质，其余零件均为铜或其他导电率良好的金属材质。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种收发一体双圆极化螺旋天线，其特征在于，包括同轴馈电管、圆极化天线I、圆极化天线II、底板(8)、馈电探针(7)、网络印制板(4)和连接法兰(2)，其中，同轴馈电管由内导体(1)和外导体(3)组成；同轴馈电管一端悬空，另一端的外导体通过连接法兰(2)与底板(8)固连、内导体与SMA连接器内导体相连；同轴馈电管悬空端的外导体和内导体焊接在一起；

圆极化天线I的一端通过馈电头(6)与同轴馈电管的悬空端相连，形成同轴馈电；另一端接在外导体(3)上；

网络印制板(4)固定在底板(8)的底面，网络印制板(4)上刻画有功分移相网络；圆极化天线II的一端通过馈电探针(7)与网络印制板(4)上的功分移相网络连接，形成底端馈电；另一端接在外导体(3)上；

圆极化天线I与圆极化天线II旋向相同或相异；圆极化天线I与圆极化天线II分别通过底端馈电和同轴馈电的方式同时馈电；

其中，所述圆极化天线I由四条左旋螺线组成，四条螺旋线均焊接在同轴馈电管的外导体(3)上，通过自相移结构正交馈电形成圆极化；

所述圆极化天线II由4条右旋螺旋线组成，通过功分移相网络能使4条螺旋臂馈电端电流相等，相邻两条螺旋臂间相位依次两两相差90°以形成圆极化。

2.如权利要求1所述的收发一体双圆极化螺旋天线，其特征在于，所述圆极化天线I每根螺旋臂长为发射频段波长的一半；所述圆极化天线II的每根螺旋臂长为接收频段波长的一半。