一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，包括若干天線單元，天線單元呈塔式層疊，天線單元包括依次安裝在一起的輻射體、饋電結構和移相功分器，其輻射體采用多臂結構，輻射體上設有輻射單元，輻射單元長臂端接饋電口，短臂端為短路端，饋電結構內置移相功分器，其采用中心開孔結構，各頻段的天線分別有一根獨立的饋線，該饋線依次穿過下方的所有輻射體、移相功分器，最終多個頻段的饋線經過天線底部的多路射頻同軸連接器輸出。本發明可應用的領域包含所有使用多頻段、小型化、圓極化天線的設備，也可在立體陣列天線、立體抗干擾技術領域廣泛應用。同時也開辟了新型立體陣列天線工程實現的途徑，由此可開發出一系列新型的陣列天線。
【專利說明】
一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線
技術領域
[0001] 本發明涉及通訊技術領域，具體涉及一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線。
【背景技術】
[0002] 隨著通訊技術的不斷進步，終端設備均向多功能集成方向發展，例如:某終端集成 北斗一代導航、二代導航、GPS導航、海事衛星通信、超短波數據通信等功能;但是目前制約 終端設備發展的主要因素之一就是天線小型化問題，上述天線在使用中均需要上半空間半 球均勻覆蓋或水平全向覆蓋。
[0003] 傳統方案是各天線獨立設計，導航頻段采用多層微帶天線結構，海事衛星天線用 四臂螺旋結構，超短波天線采用加載線天線結構，之后將各天線布局在終端頂端。這種方案 帶來的問題是終端設備尺寸較大，厚度很厚(可達40mm左右），給設備的便攜使用帶來很大 的困難;另一方面，天線獨立布局時由于相互之間的信號反射，使各天線均會有信號盲區， 無法實現上半空間全向均勻覆蓋。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種多頻段、共口徑、小型化、可半 球均勻覆蓋的天線，定義其為"云塔天線"，它具有小型化、多頻段、多極化、高效率的特點。
[0005] 為實現上述目的，本發明公開了如下技術方案：
[0006] -種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，包括若干天線單元，天線單元從1到η 依次呈塔式層疊，η為不小于1的任意常數，天線單元包括依次安裝在一起的輻射體、饋電結 構、移相功分器和低噪聲放大器，其福射體米用多臂結構，福射體的材質為非導電介質材料 制成，輻射體上設有輻射單元，輻射單元為含有"h"形或者" d "形的任意曲線形狀的金屬 導體，h形的長臂端接饋電口，短臂端為短路端，饋電結構內置移相功分器，該移相功分器的 輸出端口的相位差依次為90°，其采用中心開孔結構，各頻段的天線分別有一根獨立的饋 線，該饋線依次穿過下方的所有輻射體、移相功分器和低噪聲放大器，最終多個頻段的饋線 經過天線底部的多路射頻同軸連接器輸出。
[0007] 進一步的，同一層的輻射單元為一個頻率的4臂結構或者多個頻率的4*n臂結構。
[0008] 進一步的，所述輻射體為多邊形或者圓形;所述輻射體為實心開孔或者空心開孔， 開孔為圓形或者多邊形。
[0009] 進一步的，所述開孔為一個開孔或者規則排列的多個開孔。
[0010]進一步的，所述輻射單元的金屬導體為一條或者分叉的多條曲線。
[0011] 進一步的，所述輻射單元直接制作在輻射體表面或者加工好后繞制在輻射體表 面。
[0012] 進一步的，所述輻射單元在輻射體表面或者輻射體內部。
[0013] 進一步的，所述移相功分器直接焊接在輻射體上或者通過轉接電路板與輻射體連 接在一起。
[0014] 進一步的，所述移相功分器總端口連接低噪聲放大器或者功率放大器，或者直接 經饋線輸出;移相功分器為集成芯片結構，或者多層微帶電路結構。
[0015] 進一步的，所述移相功分器外形為多邊形結構或者圓形結構，移相功分器中心開 孔為圓形孔或者多邊形孔，開孔為一個孔或者多個孔。
[0016]本發明公開的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，具有以下有益效果：
[0017] 該結構理論上可以實現無限多圓極化天線和有限多線極化天線的共口徑、小型化 設計，導航圓極化天線的尺寸可以做到l〇mm X l〇mm X 15mm，甚至更小，同時可實現各頻段上 半空間的半球均勻覆蓋。
[0018] 本發明可應用的領域包含所有使用多頻段、小型化、圓極化天線的設備，也可在立 體陣列天線、立體抗干擾技術領域廣泛應用。同時也開辟了新型立體陣列天線工程實現的 途徑，由此可開發出一系列新型的陣列天線。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明的結構示意圖，
[0020] 圖2是中心支架結構示意圖，
[0021 ]圖3是內部饋線結構示意圖，
[0022]圖4a是輻射體截面圖（1)，
[0023]圖4b是輻射體截面圖（2)，
[0024]圖4c是輻射體截面圖（3)，
[0025]圖4d是對應圖4a的輻射體側視圖，
[0026]圖4e是對應圖4b的輻射體側視圖，
[0027]圖4f是對應圖4c的輻射體側視圖，
[0028]圖5a是多臂輻射單元結構示意圖（1)，
[0029]圖5b是多臂輻射單元結構示意圖（2)，
[0030]圖5c是多臂輻射單元結構示意圖（3)，
[0031]圖6a是輻射體開孔圖（1)，
[0032]圖6b是輻射體開孔圖（2)，
[0033]圖6c是輻射體開孔圖（3)，
[0034]圖6d是輻射體開孔圖（4)，
[0035]圖6e是輻射體開孔圖（5)，
[0036]圖6f是輻射體開孔圖（6)，
[0037]圖6g是輻射體開孔圖（7)，
[0038]圖6h是福射體開孔圖（8)，
[0039] 圖7a是輻射單元的結構圖（1)，
[0040] 圖7b是輻射單元的結構圖（2)，
[0041] 圖8a是移相功分器與輻射體之間的安裝示意圖（1)，
[0042]圖8b是移相功分器與輻射體之間的安裝示意圖（2)，
[0043]圖9a是無低噪聲放大器天線結構圖，
[0044]圖9b是有低噪聲放大器天線結構圖，
[0045] 圖10a是移相功分器外形結構圖（1)，
[0046] 圖10b是移相功分器外形結構圖（2)，
[0047]圖10c是移相功分器外形結構圖（3)，
[0048]圖1 la是移相功分器開孔圖（1)，
[0049] 圖1 lb是移相功分器開孔圖（2)，
[0050] 圖11c是移相功分器開孔圖（3)，
[0051] 圖lid是移相功分器開孔圖（4)，
[0052]圖lie是移相功分器開孔圖（5)，
[0053]圖Ilf是移相功分器開孔圖（6)，
[0054]圖1 lg是移相功分器開孔圖（7)，
[0055] 圖llh是移相功分器開孔圖（8)，
[0056] 圖lli是移相功分器開孔圖（9)，
[0057] 圖12是1268MHz天線結構圖，
[0058] 圖13是1268MHz增益方向圖，
[0059] 圖14是1561MHz天線結構圖，
[0060] 圖15是1561MHz增益方向圖，
[0061 ] 圖16是1616MHz天線結構圖，
[0062] 圖17是1616MHz增益方向圖，
[0063] 圖18是2000MHz天線結構圖，
[0064] 圖19是2000MHz增益方向圖，
[0065] 圖20是2492MHz天線結構圖，
[0066] 圖21是2492MHz增益方向圖，
[0067] 附圖標記說明：
[0068] 1.中心支架，2 .輻射體，3 .輻射單元，4.饋電結構，5.移相功分器，6 .低噪聲放大 器，7.多路射頻同軸連接器。
【具體實施方式】
[0069] 下面結合實施例并參照附圖對本發明作進一步描述。
[0070] 請參見圖1-圖3。
[0071] -種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，包括若干天線單元，天線單元從1到η 依次呈塔式層疊，天線的工作頻率F0到Fn為任意頻率，η為不小于1的任意常數，天線單元包 括依次安裝在一起的輻射體、饋電結構和移相功分器，其輻射體采用多臂結構，輻射體的材 質為非導電介質材料制成，輻射體上設有輻射單元，輻射單元為含有"h"形或者" d "形的 任意曲線形狀的金屬導體，h形的長臂端接饋電口，短臂端為短路端，饋電結構內置移相功 分器，該移相功分器的輸出端口的相位差依次為90°，其采用中心開孔結構，各頻段的天線 分別有一根獨立的饋線，該饋線依次穿過下方的所有輻射體、移相功分器，最終多個頻段的 饋線經過天線底部的多路射頻同軸連接器輸出。
[0072]見圖5&、513、5〇，作為具體實施例，同一層的輻射單元為一個頻率的4臂結構或者多 個頻率的4*n臂結構。
[0073] 見圖4&、仙、4〇，作為具體實施例，所述輻射體為多邊形或者圓形;見圖6&-611，所述 輻射體為實心開孔或者空心開孔，開孔為圓形或者多邊形，所述開孔為一個開孔或者規則 排列的多個開孔。
[0074] 見圖7a、7b，作為具體實施例，所述輻射單元的金屬導體為一條或者分叉的多條曲 線。
[0075] 作為具體實施例，所述輻射單元直接制作在輻射體表面或者加工好后繞制在輻射 體表面。
[0076] 作為具體實施例，所述輻射單元在輻射體表面或者輻射體內部。
[0077]見圖8a、8b，作為具體實施例，所述移相功分器直接焊接在輻射體上或者通過轉接 電路板與輻射體連接在一起。
[0078] 見圖9a、9b，作為具體實施例，所述移相功分器總端口連接低噪聲放大器或者功率 放大器，或者直接經饋線輸出;移相功分器為集成芯片結構，或者多層微帶電路結構。
[0079] 見圖10a-l〇C，作為具體實施例，所述移相功分器外形為多邊形結構或者圓形結 構，見圖lla-llf，移相功分器中心開孔為圓形孔或者多邊形孔，見圖llg-lli，開孔為一個 孔或者多個孔。
[0080] 不同天線單元的工作頻率可以是相同頻率，也可以是不同頻率。
[0081] 本發明結構理論上可以實現無限多圓極化天線和有限多線極化天線的共口徑、小 型化設計，天線的尺寸可以做到10_xi0_x 15mm，甚至更小，同時可實現各頻段上半空間 的半球均勻覆蓋。
[0082]見圖12-圖13<a268MHZ為北斗二代導航的一個工作頻率，根據本發明所設計的右 旋圓極化天線在該體積下效率高，可使目前的便攜、手持類裝備的體積更小。
[0083]見圖14-圖15<a561MHZ為北斗二代導航的一個工作頻率，根據本發明所設計的右 旋圓極化天線在該體積下效率高，同時該天線還兼容了GPS天線的功能。可使目前的便攜、 手持類裝備的體積更小。附圖為該天線關鍵指標一一增益方向圖的計算結果。
[0084]見圖16-圖17<a616MHZ為北斗一代導航地面設備的發射頻率，根據本發明所設計 的左旋圓極化天線在該體積下效率高。可使目前的便攜、手持類裝備的體積更小。附圖為該 天線關鍵指標一一增益方向圖和軸比的計算結果。
[0085] 見圖18-圖H2000MHZ左右為未來新一代衛星通信地面設備的工作頻率，根據本 發明所設計的右旋旋圓極化天線在該體積下效率高。可使目前的便攜、手持類裝備的體積 更小。附圖為該天線關鍵指標一一增益方向圖的計算結果。
[0086]見圖20-圖21。2492MHz為北斗一代導航地面設備的接收頻率，根據本發明所設計 的右旋旋圓極化天線在該體積下效率高。可使目前的便攜、手持類裝備的體積更小。附圖為 該天線關鍵指標一一增益方向圖的計算結果。
[0087] 仿真計算結果表明，"云塔天線"的技術指標較高，均可實現上半空間半球均勻覆 蓋，并且隨著天線多形邊長的增加，天線增益也會增加，可根據系統的設計需要改進天線結 構達到指標要求。
[0088] 本發明可應用的領域包含所有使用多頻段圓極化天線的設備，也可在立體陣列天 線、立體抗干擾技術領域廣泛應用。同時也開辟了新型立體陣列天線工程實現的途徑。
[0089] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，而非對其限制;應當指出，盡管參照上述各 實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，其依然可以對上述各 實施例所記載的技術方案進行修改，或對其中部分或者全部技術特征進行等同替換;而這 些修改和替換，并不使相應的技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1. 一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，包括若干天線單元，天線單 元從1到η依次呈塔式層疊，η為不小于1的任意常數，天線單元包括依次安裝在一起的輻射 體、饋電結構和移相功分器，其輻射體采用多臂結構，輻射體的材質為非導電介質材料制 成，輻射體上設有輻射單元，輻射單元為含有"h"形或者"rl "形的任意曲線形狀的金屬導 體，h形的長臂端接饋電口，短臂端為短路端，饋電結構內置移相功分器，該移相功分器的輸 出端口的相位差依次為90°，其采用中心開孔結構，各頻段的天線分別有一根獨立的饋線， 該饋線依次穿過下方的所有輻射體、移相功分器，最終多個頻段的饋線經過天線底部的多 路射頻同軸連接器輸出。2. 根據權利要求1所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，同一 層的輻射單元為一個頻率的4臂結構或者多個頻率的4*n臂結構。3. 根據權利要求1所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 輻射體為多邊形或者圓形;所述輻射體為實心開孔或者空心開孔，開孔為圓形或者多邊形。4. 根據權利要求3所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 開孔為一個開孔或者規則排列的多個開孔。5. 根據權利要求1所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 輻射單元的金屬導體為一條或者分叉的多條曲線。6. 根據權利要求5所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 輻射單元直接制作在輻射體表面或者加工好后繞制在輻射體表面。7. 根據權利要求6所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 輻射單元在輻射體表面或者輻射體內部。8. 根據權利要求1所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 移相功分器直接焊接在輻射體上或者通過轉接電路板與輻射體連接在一起。9. 根據權利要求8所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所述 移相功分器總端口連接低噪聲放大器或者功率放大器，或者直接經饋線輸出；移相功分器 為集成芯片結構，或者多層微帶電路結構。10. 根據權利要求9所述的一種多頻段共口徑復合的小型化云塔天線，其特征在于，所 述移相功分器外形為多邊形結構或者圓形結構，移相功分器中心開孔為圓形孔或者多邊形 孔，開孔為一個孔或者多個孔。
【文檔編號】H01Q1/50GK106025516SQ201610428801
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】王博
【申請人】王博