[发明专利]一种用于卫星通信的低剖面低仰角高增益圆极化电磁偶极子天线

说明书

本发明提供一种用于卫星通信的低剖面低仰角高增益圆极化电磁偶极子天线，属于卫星移动通信领域。本发明天线通过对电偶极子辐射臂设计成特定的扇形形状，有效拓宽天线阻抗带宽；并且通过寄生磁偶极子拓宽了天线的波束宽度，增大了低仰角处增益；同时采用了一种新型AMC结构(人工磁导体反射面)，适用于电磁偶极子天线，该AMC结构紧凑，设计简单，可以有效地降低天线的剖面高度；在介质基板和AMC之间引入空气层，拓宽天线的阻抗带宽，增大天线的增益。因此，本发明天线的总体尺寸为0.48λ₀×0.48λ₀×0.054λ₀(λ₀为天线中心频点处工作波长)，具有小型化、低剖面特点。

技术领域

本发明属于卫星移动通信技术领域，具体涉及一种用于卫星通信的低剖面低仰角高增益圆极化电磁偶极子天线。

背景技术

与线极化波相比，圆极化波抗干扰能力强，极化失配损失低，因此常用于各种卫星移动通信中。同时，现代通信场景非常复杂，卫星移动通信系统要在不同场景下正常工作，需要在其内部安装多个天线，单个天线的安装空间较小，因此系统对天线的剖面提出了更高的要求。另外，为保证卫星通信系统有足够的通信链路，要求天线具有足够宽的波束宽度，并且在低仰角有较高的增益。目前，卫星移动通信中常用到的圆极化卫星天线类型主要有螺旋天线、微带天线、交叉偶极子天线和单极子天线阵列等。

W.Yang等人(W.Yang,Y.Pan and S.Zheng.A Compact Broadband CircularlyPolar ized Crossed-Dipole Antenna With a Very Low Profile[J].IEEE Antennasand Wireless Prop agation Letters,2019,18(10):2130-2134)中提出了一种带有八个寄生元件的低剖面宽带圆极化交叉偶极子天线。八个寄生单元位于印刷交叉偶极子的同一基板的上表面和下表面，并且每个单元皆与短路柱连接，有效的将天线的剖面降低至0.067λ₀，并且提高天线的工作带宽。由仿真和实测结果可知天线的最终尺寸为0.43λ₀×0.43λ₀×0.067λ₀，半功率波束宽度和3dB轴比波束都约为110°；但是此天线的缺点是剖面仍较高，且3dB轴比波束宽度较窄。

文献(王雪.车载S波段圆极化天线研究与设计[D].四川:电子科技大学,2020：28-37)设计了一款2×2顺序旋转微带阵列天线，用4个线极化单元通过顺序旋转馈电组成阵列。天线采用的是一分四串联型馈电网络，为了减小馈电网络与贴片之间的耦合，在金属地板与辐射体之间加载一定厚度的空气层，从而展宽天线的工作带宽。由仿真和实测结果可知，天线的整体剖面仅有0.068λ₀，半功率波束宽度为114°，3dB轴比波束宽度大于160°，但是天线的剖面仍然较高，而且馈电网络复杂，幅度一致性较差，恶化了天线性能。

T.H.Jang等人(T.H.Jang,Y.H.Han,J.Kim，et al.60GHz Wideband Low-Profi leCircularly Polarized Patch Antenna With an Asymmetric Inset[J].IEEE Antennasand Wi reless Propagation Letters,2020,19(1):44-48)提出了一种单层介质的低剖面圆极化贴片天线，通过将两个不对称的平行缝隙嵌入到天线中，产生90°的相位差，进一步使天线辐射圆极化波。由仿真和测试结果可知，天线的剖面高度为0.05λ₀，半功率波束宽度为75°；该天线具有三个较宽的频带，剖面也较低，但是波束宽度较窄，不能适用于卫星移动通信。

现有技术中还有其它圆极化卫星移动天线，但是都存在剖面过高或者波束宽度较窄的问问题。基于此，一种用于卫星通信的低剖面低仰角高增益圆极化电磁偶极子天线具有实际意义和应用价值。

发明内容