適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻接收機天線領(lǐng)域，具體涉及一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]人們獲取氣象信息的途徑有很多，電視、報紙、互聯(lián)網(wǎng)都會及時更新，對于某些對天氣有特殊需求的客戶，一些網(wǎng)絡(luò)運營商還會提供信息推送服務(wù)，及時向用戶客戶端(如手機)發(fā)送氣象信息，十分方便。然而，以上這些途徑還是有一定的局限性，在一些網(wǎng)絡(luò)、媒體條件比較苛刻的地方，比如山區(qū)、沙漠、海洋等地方，人們只能通過一些特殊途徑獲取氣象信息以指導(dǎo)生產(chǎn)活動。其中，氣象信息衛(wèi)星廣播系統(tǒng)就是一種適應(yīng)性強、穩(wěn)定性高、及時性好的信息傳播方式。在該系統(tǒng)中，由地面氣象站負責(zé)將氣象信息發(fā)送至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面，用戶可以通過終端設(shè)備直接接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信息。由于衛(wèi)星信號覆蓋區(qū)域廣泛，接收終端表現(xiàn)出極強的適應(yīng)性，幾乎可以在信號范圍內(nèi)實現(xiàn)無死角接收，而且接收終端不依賴于地面網(wǎng)絡(luò)，不受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航海、軍事以及部分民用領(lǐng)域。
[0003]目前，我國已經(jīng)具備了較強的氣象衛(wèi)星自主研發(fā)能力。根據(jù)《“十一五”和2020年前我國氣象衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃》的要求，我國已經(jīng)啟動了下一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號的研制，風(fēng)云四號靜止氣象衛(wèi)星目標達到國際先進水平。本發(fā)明立足于風(fēng)云二號，針對廣播系統(tǒng)中接收終端的天線技術(shù)進行發(fā)明與設(shè)計。
[0004]傳統(tǒng)的衛(wèi)星接收終端一般是小型地面站，使用這種接收系統(tǒng)可直接接收衛(wèi)星信號，地域約束較小，并且可以獲取高質(zhì)量的氣象信息，但是這類設(shè)備存在著體積大、成本高、維護復(fù)雜移動性差等問題，不利于設(shè)備的推廣。因此，需要設(shè)計一種成本低、體積小、性能好的便攜式氣象信息接收機，本發(fā)明即為此氣象信息接收機的配套天線。觀察已有的氣象信息接收機可以發(fā)現(xiàn)，天線一直是接收系統(tǒng)中最大的部件。非洲、南美洲等地的C波段天線直徑最大可達3.7m，即使是歐洲的Ku波段天線直徑也達到了 1.2m，安裝時顯得比較笨重也不便于移動。之所以使用大天線是因為較大的接收面積可以提供較高的信號功率，提升接收機輸入端的信噪比，較高的輸入信噪比可以降低接收機噪聲系數(shù)要求，減小接收機設(shè)計難度。較小的天線可以帶來很大的便攜性，必要時用戶可以方便地移動接收裝置的位置，而不像傳統(tǒng)的接收系統(tǒng)都是“一次性安裝”，安裝完畢后便不再移動直至報廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了減小天線體積，同時獲得較大的增益、較低的副瓣和一定的帶寬，達到結(jié)構(gòu)簡單和方便攜帶的目標，本發(fā)明提供了一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，該天線在所需頻帶內(nèi)有較高的增益、較低的副瓣和較低的回波損耗。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，包括介質(zhì)基板、設(shè)于介質(zhì)基板上表面的第一金屬層、設(shè)于介質(zhì)基板下表面的第二金屬層以及設(shè)于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口 ；所述第一金屬層上設(shè)有若干個微帶輻射單元，微帶輻射單元采用切比雪夫綜合法組陣排列并通過饋電網(wǎng)絡(luò)連接至所述同軸背饋端口。采用上述結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸下，能夠適用于便攜式氣象衛(wèi)星接收機，工作在L頻段，在帶寬內(nèi)(1667MHz?1697MHz)回波損耗低，最大增益大于16dB，第一副瓣低于-20dB。
[0007]進一步完善上述技術(shù)方案，所述微帶輻射單元為12個，采用切比雪夫綜合法組陣除去四角的位置排列，即最上排和最下排為2個微帶輻射單元，中間兩排為4個微帶輻射單元，最上排和最下排的2個微帶輻射單元與中間兩排每排中間兩個輻射單元對齊。
[0008]進一步地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)微帶輻射單元的排列，采用不等分T型功分網(wǎng)絡(luò)和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)連接至位于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口，具有降低副瓣的作用。
[0009]進一步地，所述微帶輻射單元4上開有13道縫隙，具有擴展帶寬的作用?？p隙豎直設(shè)置、從中間向兩邊縫隙的高度依次降低，每個輻射單元在對應(yīng)最中間縫隙處與饋電網(wǎng)絡(luò)連接。
[0010]進一步地，所述介質(zhì)基板為Rogers4350B板材、板材厚度60mil，介電常數(shù)為3.48±0.05，損耗正切角 δ = 0.0037ο
[0011]進一步地，所述第一金屬層采用銅制成，厚度為1Z ;所述第二金屬層采用銅制成，厚度為10Ζ。
[0012]進一步地，所述同軸背饋端口為50歐姆SMA射頻接口。
[0013]進一步的，所述天線的直徑為560mm。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點:
[0015]1.本發(fā)明采用了切比雪夫綜合法并削去四個角的方式對微帶輻射單元進行排列組陣，這樣的整體結(jié)構(gòu)使得天線面積進一步減小，使用等分和不等分T型接功分網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)低副瓣的特性，實測第一副瓣低于_20dB。
[0016]2.本發(fā)明的微帶輻射單元采用切比雪夫綜合法組陣排列，提高了天線增益，實測最大增益約為16dB。
[0017]3.本發(fā)明實現(xiàn)了工作在L頻段，采用四分之一阻抗變換枝節(jié)進行匹配，在帶寬內(nèi)(1667MHz?1697MHz)回波損耗低。
[0018]4.本發(fā)明對微帶輻射單元采用開縫的方式擴展了帶寬，使得帶寬比普通矩形輻射單元增加，實測達到30MHz。
[0019]5.本發(fā)明的直徑560mm，較現(xiàn)有的氣象信息接收機天線，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單和便于攜帶的特點。
[0020]綜上所述，本發(fā)明公開的適用于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線在體積小和便于攜帶的同時，具有較高的增益和較低的副瓣，在帶寬內(nèi)具有較好的帶寬和輻射特性。此外還具有結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的特點。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是天線的回波損耗實測圖。
[0023]圖3是天線的增益實測圖。
[0024]圖4是天線的E面方向圖(實測)和交叉極化圖(實測)。
[0025]圖5是天線的H面方向圖(實測)和交叉極化圖(實測)。
【具體實施方式】
[0026]下面通過附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明。
[0027]實施例1:如圖1所示的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，包括介質(zhì)基板1、設(shè)于介質(zhì)基板I上表面的第一金屬層2、設(shè)于介質(zhì)基板I下表面的第二層6以及設(shè)于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口 3。第一金屬層2包括12個微帶輻射單元4以及用于連接微帶輻射單元4的饋電網(wǎng)絡(luò)5 ;微帶輻射單元4為矩形貼片單元，表面刻有13道縫隙，由一邊中心接入饋電網(wǎng)絡(luò)5 ;饋電網(wǎng)絡(luò)5由幾種不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，最后接到同軸背饋端口 3，同軸背饋端口 3為50歐姆SMA射頻接口。
[0028]介質(zhì)基板I為Rogers4350B板材，介電常數(shù)為3.48±0.05，損耗正切角δ =0.0037，板材厚度為60mil (1.524mm)。上表面的第一金屬層2和下表面的第二金屬層6使用銅為材料，厚度為1Z (0.035mm)。
[0029]12個微帶輻射單元4采用切比雪夫綜合法組陣，并削去四個角的輻射單元進一步減小天線面積，具體排布為上下兩排設(shè)置2個微帶輻射單元、中部兩排設(shè)置4個微帶輻射單元，饋電網(wǎng)絡(luò)5由幾種不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，將最上排、中部上排和最下排、中部下排連接至位于中心的同軸背饋端口 3。每個微帶輻射單元4上開有13道縫隙，具有擴展帶寬的作用；饋電網(wǎng)絡(luò)5具有降低副瓣的作用。
[0030]圖2為天線的回波損耗實測圖。由圖可知，-1Odb帶寬為1667MHz?1697MHz，寬度30MHz，相對帶寬約1.8%，在寬度內(nèi)回波損耗低，實現(xiàn)了較好的共軛匹配。
[0031]圖3為天線的增益實測圖。從圖中可以看出天線的最大增益大于16dB。
[0032]圖4是天線的E面方向圖實測和交叉極化圖實測。從圖中可以看出天線的副瓣低于-20dB，交叉極化度低。
[0033]圖5是天線的H面方向圖實測和交叉極化圖實測。從圖中可以看出天線的副瓣低于-25dB，交叉極化度低。
[0034]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。
【主權(quán)項】
1.一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:包括介質(zhì)基板(I)、設(shè)于介質(zhì)基板(I)上表面的第一金屬層(2)、設(shè)于介質(zhì)基板(I)下表面的第二金屬層(6)以及設(shè)于介質(zhì)基板(I)中心的同軸背饋端口(3);所述第一金屬層上設(shè)有若干個微帶輻射單元(4)、微帶輻射單元(4)采用切比雪夫綜合法組陣排列并通過饋電網(wǎng)絡(luò)(5)連接至所述同軸背饋端口(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶輻射單元(4)為12個，采用切比雪夫綜合法組陣除去四角的位置排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電網(wǎng)絡(luò)(5)包括不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶輻射單元(4)上開有13道縫隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板(I)為Rogers4350B板材、板材厚度為60mil，電常數(shù)為3.48±0.05，損耗正切角 δ = 0.0037ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述第一金屬層(2)采用銅制成，厚度為10Ζ。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述第二金屬層(6)采用銅制成，厚度為10Ζ。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述同軸背饋端口(3)為50歐姆SMA射頻接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述天線的直徑為560mm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機的高增益低副瓣微帶陣列天線，包括介質(zhì)基板、設(shè)于介質(zhì)基板上表面的第一金屬層、設(shè)于介質(zhì)基板下表面的第二金屬層以及設(shè)于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口；所述第一金屬層上設(shè)有若干個微帶輻射單元，微帶輻射單元通過饋電網(wǎng)絡(luò)連接至所述同軸背饋端口；所述微帶輻射單元為12個，采用切比雪夫綜合法組陣除去四角的位置排列；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)。本實用新型在體積小和便于攜帶的同時，具有較高的增益和較低的副瓣，在帶寬內(nèi)具有較好的帶寬和輻射特性；此外還具有結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的特點。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q13-08, H01Q1-36, H01Q21-00
【公開號】CN204596954
【申請?zhí)枴緾N201520288247
【發(fā)明人】姜浩
【申請人】江蘇拓元科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月6日