一种面向卫星通信的宽波束抗金属天线的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明专利涉及卫星通信领域，尤其涉及一种面向卫星通信的宽波束抗金属天线。背景技术：2.宽频天线指的是具有一定宽度的阻抗带宽的天线，然而展宽天线阻抗带宽的方法有很多，如较小介质板的介电常数、增加介质板厚度、在天线周围添加短路销钉、采用多层结构以及给贴片开槽等。其中缝隙耦合天线可以满足较宽的工作频带、同时保证一定的增益，在卫星通信领域具有一定的应用价值。3.天线作为接收电磁信号的前端设备，在保证通信质量的前提下、小型化、宽频带特性也日益成为天线设备所必备的特征。在现实情况下这些面向卫星的天线往往可能会安装在潜艇、飞机、汽车等具有金属表面特性的环境之中，因此，考虑到实际应用的场景，天线需要具备一定的抗金属特性，否则在实际的应用中，不可避免的会产生天线在地仰角处产生增益的波动甚至产生负增益，同时也会使得天线的轴比产生恶化，导致通信的中断，因此天线的抗金属特性也受到越来越多的关注。技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种面向卫星通信的宽波束抗金属天线，具有抗金属特性，低仰角轴比增益良好的叠层缝隙耦合馈电的卫星通信天线，在车载、机载、船载、舰载等领域具有更大的使用价值。5.为解决现有技术问题，本发明公开了一种面向卫星通信的宽波束抗金属天线，包括：辐射贴片、fr4介质板、h型槽、功分器、f4b高频板、上层支撑尼龙柱、下层支撑尼龙柱、sma同轴电缆线、金属圈和异形反射板；所述异形反射板通过下层支撑尼龙柱连接f4b高频板，所述f4b高频板通过上层支撑尼龙柱连接fr4介质板，所述辐射贴片设于fr4介质板的顶部，所述f4b高频板一面设有一对以所述f4b高频板的中心旋转对称的h型槽，所述f4b高频板另一面设有功分器，所述sma同轴电缆线(8)设于异形反射板，所述sma同轴电缆线连接功分器，所述金属圈设于f4b高频板和异形反射板之间，所述金属圈套住f4b高频板。6.进一步地，所述功分器为威尔金森功分器。7.进一步地，所述f4b高频板形状为圆形，介电常数2.65。8.进一步地，所述异形反射板采用铝介质。9.进一步地，所述金属圈采用为铝介质。10.进一步地，fr4介质板形状为圆形，介电常数4.4。11.进一步地，所述功分器构成馈电网络，使用sma同轴电缆线馈电，输入输出阻抗均为50ω，1/4波长变换线阻抗70.7ω，隔离电阻为100ω，后分出两个相位差为90度的馈电线给旋转对称的h型槽馈电，由此构成左旋圆极化波。12.进一步地，所述上层支撑尼龙柱与下层支撑尼龙柱高度不同。13.进一步地，所述异形反射板的边缘设有固定圆弧和固定孔。14.进一步地，所述异形反射板设有sma同轴电缆馈线穿孔。15.本发明具有的有益效果：采用叠层缝隙耦合馈电的设计，通过金属反射板和正向辐射板提高天线背向和正向辐射进而提高增益，通过威尔金森功分器产生90度的自相移，并对旋转对称的“h”型缝隙馈电，同时引入金属铝圈预补偿金属环境，减小周围金属地板对天线的影响，金属反射板和导电金属铝圈两者共同形成磁偶极子，与作为电极子的馈电板方向图互补从而展宽波瓣，提高低仰角处增益；进而本发明同时具有宽波束、低仰角圆极化性能好、抗金属性的优点，更适用于实际场景下的卫星通信。附图说明16.图1为本发明的天线的结构示意图;图2为本发明实施例中天线f4b高频板的结构示意图;图3为本发明实施例中天线金属反射铝板的结构示意图;图4为本发明实施例中天线在半径600mm金属地板上回波损耗测试结果图；图5为本发明实施例中天线在半径600mm金属地板上通信频点yoz面归一化增益方向图；图6为本发明实施例中天线在半径600mm金属地板上通信频点xoz面归一化增益方向图；图7为本发明实施例中天线在半径600mm金属地板上1.98ghz频点的轴比；图8为本发明实施例中天线在1.98ghz频点的轴比；图9为本发明实施例中天线在半径600mm金属地板上2.2ghz频点的轴比；图10为本发明实施例中天线在2.2ghz频点的轴比；图11为本发明实施例中天线在1.98ghz频点的仰角增益图；图12为本发明实施例中天线在2.2ghz频点的仰角增益图。17.附图标记：1：辐射贴片，2：fr4介质板，3： h型槽，4：功分器，5：f4b高频板，6：上层尼龙柱，7：下层尼龙柱，8：sma同轴电缆，9：金属圈，10：异形反射板，a: 固定圆弧，b: 固定孔c: sma同轴电缆馈线穿孔。具体实施方式18.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。19.如图1所示，本发明的一种面向卫星通信的宽波束抗金属天线，其特征在于，包括：辐射贴片1、fr4介质板2、h型槽3、功分器4、f4b高频板5、上层支撑尼龙柱6、下层支撑尼龙柱7、sma同轴电缆线8、金属圈9和异形反射板10；所述异形反射板10通过下层支撑尼龙柱7连接f4b高频板5，所述f4b高频板5通过上层支撑尼龙柱6连接fr4介质板2，所述辐射贴片1设于fr4介质板2的顶部，所述f4b高频板5一面设有一对以所述f4b高频板5的中心旋转对称的h型槽3，所述f4b高频板5另一面设有功分器4，所述sma同轴电缆线8设于异形反射板10，所述sma同轴电缆线8连接功分器4，所述金属圈9设于f4b高频板5和异形反射板10之间，所述金属圈9套住f4b高频板5。20.所述的fr4介质板2相对介电常数4.4，厚度为1mm，半径为40mm，介质板单面蚀刻，在基板顶层正中心腐蚀边长为41.6mm的微带辐射贴片1，提高天线的正向辐射。21.所述的f4b高频板5相对介电常数2.65，厚度为1mm，半径为40mm，此高频板双面蚀刻，顶层蚀刻一对旋转对称的h型槽3，两个h型槽3完全相同，其中o点为f4b高频板5的中心原点，也是h型槽3的旋转对称中心，h型槽3的l1长度为18.3mm，长度l2为16.7mm，宽度w1为3.3mm，宽度w2为6.7mm，由此构成一对地板缝隙。底面蚀刻“一分二”的威尔金森功分器4，其采用缝隙耦合的馈电方式给顶层微带贴片馈电。两条馈线之间的相位差为90度，从而实现左旋圆极化，并且改善天线的交叉极化。22.金属圈9采用铝介质材料，作为此天线的金属预补偿部分，作用相当于一个磁偶极子，使得天线的波束更宽，同时也能预先补偿周围的金属环境，当天线处于大金属地板时，减小周围环境的金属地板对天线性能的干扰，其内径为40mm，外径为41.5mm，即厚度为1.5mm，高度为24.2mm，固定于异形反射板10之上，将f4b高频板5夹紧，由此增加天线的全向辐射，可以提高增益，但是对天线轴比会产生一定影响。23.图3给出异形反射板10，采用铝介质材料，半径为44mm的圆形，在一侧进行横切，横切距离d为2.3mm，并且在其边缘处切了4个固定圆弧a，固定圆弧a所在圆的半径为7.5mm，固定圆弧a角度为90度，异形反射板10边缘处还设有4个半径1mm的固定孔b，这些切形都是为了起到固定安装作用，在实际实施时可以不进行切割，异形反射板10还设有sma同轴电缆馈线穿孔c，半径为1.7mm。24.下面结合仿真对本发明天线的应用效果作详尽的阐述。25.图4给出了本发明仿真与实测回波损耗s11结果图。分别为：在600mm金属地板上天线的s11参数仿真结果曲线；没有金属地板也就是在没有金属环境干扰下的s11参数仿真结果曲线；没有金属地板s11参数通过矢量网络分析仪后的s11参数。可以看出在上行频段1.98ghz~2.01ghz和下行频段2,17ghz~2.2ghz的s11参数都在-25db左右，且天线的-10db相对带宽为48%，阻抗带宽较宽。26.图5给出了本发明天线在yoz面的1.98ghz和2.2ghz的归一化增益方向图，可以看出天线的上下行通信频段内的左旋圆极化增益都大于6dbi，且在正负30度仰角仍然有3dbi左右的增益，既保证了高纬度地区通信的速率也保证了低纬度地区通信质量。27.图6给出了本发明天线在xoz面的1.98ghz和2.2ghz的归一化增益方向图，和yoz面的方向图基本一致，可以认为是一个性能良好的全向天线，且不论是yoz面还是xoz面，天线的交叉极化都小于-20db，满足天通天线交叉极化的基本要求。28.图7给出了本发明天线在1.98ghz处于600mm大金属地板上的轴比，方位角为0度时，天线的3db轴比波束宽度为正负30度，6db轴比波束宽度为正负71度；方位角为90度时，天线的3db轴比波束宽度为正负45度，6db轴比波束宽度为正负56度，具有良好低仰角轴比特性。29.图8给出了本发明天线在1.98ghz周围没有金属地板干扰时的轴比，方位角为0度时，天线的3db波束宽度为正负73度，6db波束宽度为正负102度；方位角为90度时，天线的3db波束宽度为正负40度，6db波束宽度为正负66度，可以看出，天线在没有金属环境干扰时，仍然可以保证一定的通信质量。30.图9给出了本发明天线在2.2ghz处于600mm大金属地板上轴比，方位角为0度时，天线的3db轴比波束宽度为正负30度，6db轴比波束宽度为正负55度；方位角为90度时，天线的3db轴比波束宽度为正负48度，6db轴比波束宽度为正负52度，具有良好低仰角轴比特性。31.图10给出了本发明天线在2.2ghz周围没有金属地板干扰时的轴比，方位角为0度时，天线的3db波束宽度为正负50度，6db波束宽度为正负73度；方位角为90度时，天线的3db波束宽度为正负35度，6db波束宽度为正负65度，可以看出，天线在下行频段没有金属干扰也能正常工作。32.图11给出了本发明天线在1.98ghz的增益方向图，因为天线在各个方向角天线增益基本一致，所以仅给出了方向角0度时的增益方向图，可以看到在没有金属干扰时天顶最大增益为7.19dbi，在正负60度仰角处增益为1.8dbi;金属干扰时，天线的天顶最大增益为6.25dbi，在正负60度仰角处增益为3.1dbi，满足了“天通”天线的基本通信要求。33.图12给出了本发明天线在2.2ghz的增益方向图，同样仅给出了方向角0度时的增益方向图，可以看到在没有金属干扰时天顶最大增益为7.5dbi，在正负60度仰角处增益为1.2dbi；有金属干扰时，天线的天顶最大增益为6.3dbi，在正负60度仰角处增益为3.6dbi，所以，对于下行频段也可满足通信需求。34.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。且在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。35.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。









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