本發明專利技術公開了一種用于克服姿態變化衰落的寬波束天線，在介質基板上分別設計結構相同、反對稱布置的頂層水平振子和底層水平振子、頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元、頂層匹配枝節與底層匹配枝節，再引入一個非全封閉諧振腔，通過控制V形輻射單元臂長與水平振子單元臂長的長度差，使天線產生垂直于天線平面的圓極化波束，通過控制諧振腔與水平振子單元的大小，使天線在xoy面的波束得到展寬，并且在極化失配的情況下，增益反而有所提高，這是以往貼片天線不能實現的特性。本發明專利技術具有結構簡單，體積小，制作成本低廉等優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于克服姿態變化衰落的寬波束天線，屬于微波
技術介紹
隨著衛星技術的發展，衛星導航已經在軍事和民用領域得到了廣泛應用。目前全球投入商業應用的導航系統有：美國的全球定位系統(Global Positioning System)、俄羅斯的全球導航衛星系統 (Global Navigation System)、歐洲的伽利略衛星導航系統和中國的北斗衛星導航系統。在衛星通信應用中，通常要求地面移動通信終端天線具有寬波束、圓極化性能特點，以滿足通信要求。目前衛星通信應用較多的是軸向模螺旋天線，該天線具有增益高、頻帶寬的特點，但是其波束寬度窄，半功率波束寬度通常在80°左右，當衛星所處位置低于地面接收天線的特定俯仰角時，到達天線的信號會因為多徑衰落等原因而變得極其微弱，從而導致地面系統停止接收信號，為了彌補低仰角增益通常設計為有源天線，大大提高了產品成本。微波應用系統中最常用的天線形式是微帶貼片天線。與其他形式的天線相比，微帶貼片天線具有尺寸小、重量輕、易于與載體共形、可與電路模塊集成設計以及適合大規模生產和低成本等優勢。但是，普通微帶貼片天線的輻射（接收)波束較窄，在天頂與水平方向的增益差為10dB以上，不能滿足衛星導航天線的寬波束要求。當用戶姿態（特別是天線穿戴在人體上的情況）發生變化時，不能確保天線波束指向能帶來足夠的鏈路增益。因此，必須設計一種波束較寬的天線，該天線能在較大的俯仰范圍內提供更為均勻的幅度響應，能夠在天頂方向具有與衛星導航/定位系統相匹配的圓極化特性，而在低仰角和水平方位上具有高于天頂方向增益，用于補償姿態變化帶來的極化失配。上述設計思路，可望克服用戶姿態變化引起的系統鏈路增益下降問題。
技術實現思路
根據上述思路，本專利技術所要解決的技術問題，提出一種用于克服姿態變化衰落的寬波束天線，該天線在整個俯仰角范圍內具有均勻的幅度響應特性，天頂方向具有圓極化特性，低仰角方向的增益比天頂方向高3-4dB，具有結構簡單、體積小、剖面尺寸低、易于穿戴且便于制作實現。本專利技術為解決上述技術問題而采用如下技術方案：本專利技術提供一種用于克服姿態變化衰落的寬波束天線，包括介質基板；介質基板的上表面設置有頂層水平振子單元、頂層對跖V形輻射單元、頂層匹配枝節，頂層對跖V形輻射單元的V形結點與頂層水平振子單元相連，頂層對跖V形輻射單元的一端與頂層匹配枝節相連；介質基板的下表面設置有底層水平振子單元、底層對跖V形輻射單元、底層匹配枝節，底層對跖V形輻射單元的V形結點與底層水平振子單元相連，底層對跖V形輻射單元的一端與底層匹配枝節相連；其中，頂層水平振子單元與底層水平振子單元具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板的中心橫軸反對稱排布；頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板的中心橫軸反對稱排布；頂層匹配枝節與底層匹配枝節具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板的中心橫軸反對稱排布；介質基板的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔，該諧振腔的非封閉面垂直于介質基板的表面，該諧振腔的非封閉面的上端和下端分別與頂層匹配枝節、底層匹配枝節相連；頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元構成開口環單元，且開口環在介質基板上的投影位置與諧振腔的位置不重疊。作為本專利技術的進一步優化方案，頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元的V形夾角為60°至140°。作為本專利技術的進一步優化方案，頂層對跖V形輻射單元和底層對跖V形輻射單元的臂長與頂層水平振子單元和底層水平振子單元的臂長之差為十六分之一至四分之一波長。作為本專利技術的進一步優化方案，諧振腔、頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元采用同軸線進行激發，其中，諧振腔的上表面與同軸線的內導體相連，諧振腔的下表面與同軸線的外導體相連。作為本專利技術的進一步優化方案，介質基板的介電常數為1至20。本專利技術采用上述技術方案，具有以下技術效果：本專利技術在垂直于天線平面方向有圓極化性能，在平行于天線平面方向有線極化性能且3dB波束張角可展寬至100°，在不同極化方向的增益差較小，適用于克服姿態變化引起的衰落，結構簡單、體積小、剖面尺寸低且便于制作實現。附圖說明圖1是天線的正面結構與參考坐標示意圖。圖2是天線的三維立體示意圖與參考坐標示意圖。其中，1是介質基板，2是諧振腔，3是頂層水平振子單元，4是底層水平振子單元，5是頂層對跖V形輻射單元，6是底層對跖V形輻射單元，7是頂層匹配枝節，8是底層匹配枝節，9是V形夾角，21是諧振腔上表面，22是諧振腔下表面，23是同軸線內導體，24是同軸線外導體。圖3是采用IE3D軟件計算的天線軸比示意圖，其中，（a）是+z軸的軸比示意圖，（b）是+x軸的軸比示意圖。圖4是采用IE3D軟件計算的天線反射系數特性。圖5是采用IE3D軟件計算的天線方向圖，其中，（a）是xoy-平面的方向圖，（b）是xoz-平面的方向圖。圖6是采用IE3D軟件計算的天線增益圖。具體實施方式下面詳細描述本專利技術的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本專利技術，而不能解釋為對本專利技術的限制。本
技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有與本專利技術所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。下面結合附圖對本專利技術的技術方案做進一步的詳細說明：對照附圖1、圖2，本專利技術用于克服姿態變化衰落的寬波束天線的結構是：包括介質基板1；介質基板1的上表面設置有頂層水平振子單元3、頂層對跖V形輻射單元5、頂層匹配枝節7，頂層對跖V形輻射單元5的V形結點與頂層水平振子單元3相連，頂層對跖V形輻射單元5的一端與頂層匹配枝節7相連；介質基板1的下表面設置有底層水平振子單元4、底層對跖V形輻射單元6、底層匹配枝節8，底層對跖V形輻射單元6的V形結點與底層水平振子單元4相連，底層對跖V形輻射單元6的一端與底層匹配枝節8相連。其中，頂層水平振子單元3與底層水平振子單元4具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板1的中心橫軸反對稱排布；頂層對跖V形輻射單元5與底層對跖V形輻射單元6具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板1的中心橫軸反對稱排布；頂層匹配枝節7與底層匹配枝節8具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板1的中心橫軸反對稱排布。介質基板1的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔2，該諧振腔2的非封閉面垂直于介質基板1的表面，該諧振腔的非封閉面的上端和下端分別與頂層匹配枝節7、底層匹配枝節8相連；頂層對跖V形輻射單元5與底層對跖V形輻射單元6構成開口環單元，且開口環在介質基板1上的投影位置與諧振腔2的位置不重疊。本專利技術中，頂層水平振子單元3與底層水平振子單元4的長度、寬度均可改變；頂層匹配枝節7與底層匹配枝節8的長度、寬度均可改變；頂層對跖V形輻射單元5與底層對跖V形輻射單元6的V形夾角可改變，夾角改變范圍為60°至140°；頂層對跖V形本文檔來自技高網...
【技術保護點】
用于克服姿態變化衰落的寬波束天線，其特征在于：包括介質基板（1）；介質基板（1）的上表面設置有頂層水平振子單元（3）、頂層對跖V形輻射單元（5）、頂層匹配枝節（7），頂層對跖V形輻射單元（5）的V形結點與頂層水平振子單元（3）相連，頂層對跖V形輻射單元（5）的一端與頂層匹配枝節（7）相連；介質基板（1）的下表面設置有底層水平振子單元（4）、底層對跖V形輻射單元（6）、底層匹配枝節（8），底層對跖V形輻射單元（6）的V形結點與底層水平振子單元（4）相連，底層對跖V形輻射單元（6）的一端與底層匹配枝節（8）相連；其中，頂層水平振子單元（3）與底層水平振子單元（4）具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板（1）的中心橫軸反對稱排布；頂層對跖V形輻射單元（5）與底層對跖V形輻射單元（6）具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板（1）的中心橫軸反對稱排布；頂層匹配枝節（7）與底層匹配枝節（8）具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板（1）的中心橫軸反對稱排布；介質基板的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔（2），該諧振腔（2）的非封閉面垂直于介質基板（1）的表面，該諧振腔（2）的非封閉面的上端和下端分別與頂層匹配枝節（7）、底層匹配枝節（8）相連；頂層對跖V形輻射單元（5）與底層對跖V形輻射單元（6）構成開口環單元，且開口環在介質基板（1）上的投影位置與諧振腔（2）的位置不重疊。...
【技術特征摘要】
1.用于克服姿態變化衰落的寬波束天線，其特征在于：包括介質基板（1）；介質基板（1）的上表面設置有頂層水平振子單元（3）、頂層對跖V形輻射單元（5）、頂層匹配枝節（7），頂層對跖V形輻射單元（5）的V形結點與頂層水平振子單元（3）相連，頂層對跖V形輻射單元（5）的一端與頂層匹配枝節（7）相連；介質基板（1）的下表面設置有底層水平振子單元（4）、底層對跖V形輻射單元（6）、底層匹配枝節（8），底層對跖V形輻射單元（6）的V形結點與底層水平振子單元（4）相連，底層對跖V形輻射單元（6）的一端與底層匹配枝節（8）相連；其中，頂層水平振子單元（3）與底層水平振子單元（4）具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板（1）的中心橫軸反對稱排布；頂層對跖V形輻射單元（5）與底層對跖V形輻射單元（6）具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板（1）的中心橫軸反對稱排布；頂層匹配枝節（7）與底層匹配枝節（8）具有相同的結構與尺寸，且相對于介質基板（1）的中心橫軸反對稱排布；介質基板的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔（2），該諧振腔（2）的非封閉面垂直于介質基板（1）...
【專利技術屬性】
技術研發人員：呂文俊，李玲，朱洪波，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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