[发明专利]一种天顶通信盲区填充和地面噪声抑制的定向天线

说明书

本发明公开一种天顶通信盲区填充和地面噪声抑制的定向天线，该天线通过馈电片的两次折弯后再接入天线，使其在接入天线之前便形成了一次弱辐射而等效为一个方向性弱的寄生天线；通过寄生天线与主辐射天线之间的辐射合成而形成合成方向图在天顶方向零点的填充和地面方向零点的加深，从而达到天顶通信盲区填充和地面噪声抑制的效果；本发明专利在天顶方向通信盲区的填充效果还取决于其两元天线的辐射合成情况，通过在两元天线中间增加不超过辐射片的隔离片来调整两元天线在天顶方向的辐射空间合成，变反相为同相而形成叠加，从而进一步提升辐射填充的效果；本发明专利在地面方向的噪声抑制效果还取决于在天线的底部配置高损耗正切角参数的介质板的方法，进一步加深在该方向的零点深度，从而抑制地面噪声对通信效果的影响。

技术领域

本发明涉及一种定向天线，尤其涉及一种改善天顶盲区的无线通信收发效果和抑制地面噪声的定向天线的设计方法。

背景技术

定向天线在各种通信系统中有着广泛的应用，其优点在于其良好的定向性保证了天线的增益足够高，能够把能量集中在一定的波束角度内，从而实现较远距离的通信。移动通信中常用定向天线作为其基站天线来实现较远距离的通信覆盖；导航系统中常采用高增益的定向天线作为其地面接收站天线，通过其对准卫星来接收卫星信号从而实现卫星信号对地面的覆盖；雷达系统采用高增益定向天线来实现雷达对目标的远距离探测。

定向天线的使用在作用距离增加的同时也带来了其他的负面影响，主要表现在定向覆盖区域以外的区域其天线增益通常较低，特别在与定向性辐射方向垂直的区域，其通常表现为一个凹陷，即天线方向图的零点。在零点位置，天线接收和发射的能力都很弱，表现在系统里面就是该零点对应的角度无法有效接收信号和发射信号。特别在很多地-空通信系统中，收发天线通常垂直架设，其定向辐射的方向指向前方，天顶方向就为通信盲区，地面设备与过顶的飞机无法通信，这就使得飞行器在空中有一段时间的盲区而失联，如果解决过顶通信问题是地-空通信的一项极为关键的技术。为此，本专利提出一种提升前向辐射定向天线的上半空间零点的方法，通过上半空间的零点填充增强对空中通信目标运动过天顶时的通信效能，通过对地点的深零限来抑制地面噪声的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种天顶通信盲区填充和地面噪声抑制的定向天线，在宽频带范围内实现主辐射方向高增益的基础上，对天线的天顶位置零点进行填充，从而实现对天顶位置通信盲区的补偿；对地面位置进行零深的加强，抑制地面噪声的影响。

为达到这样的目的，本发明采用以下技术方案：

一种天顶通信盲区填充和地面噪声抑制的定向天线，包括：微带天线1、微带天线2、合路器3、天线底板4。

通过具有宽带特性的微带天线实现1425～1525MHz的通信工作频率，并实现8dBi以上的增益，90°的方位面波束宽度；

对宽带微带天线的天顶方向零点进行填充设计，通过对馈电片进行二次折弯的方式使得馈电片在接入之前变可以形成在天顶方向的辐射，作为天线的副辐射体，通过副辐射体与主辐射体的辐射合成而在天顶方向对零点进行填充；同时，地面方向的零点需要保留；

通过微带天线1和微带天线2在垂直方向的2元天线组阵，实现增益的提高，并保持方位面的波束宽度不变；微带天线1和微带天线2通过等幅同相的合路器合路后输出，形成的增益可＞10dBi；

2元天线在垂直方向的组阵可保持方位面方向图覆盖的不变和天线定向增益的提高，但由于2元天线间距在0.5λ左右，其辐射方向图在天顶方向会由于辐射场的相位接近180°，矢量叠加后会形成零点；为了不让零点出现，通过带天线底板上增加金属隔板的方式，使得两元天线在天顶方向的辐射场相位接近同相，矢量叠加后会形成加强的作用，从而对天顶方向的零点形成更好的填充；

通过在天线底板的底部增加大损耗正切角的介质板，使得2元天线在向地面方向的传播的辐射场由于介质板的作用而形成一定程度的衰减，从而使得地面方向的零点深度进一步的提升。