CN103199337A - 圆极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆极化微带天线，主要解决现有卫星高速通信天线频带较窄、增益较低、尺寸较大的问题。该圆极化微带天线包括辐射单元（1）、介质透镜（2）、支撑柱（3）、寄生贴片层（4）、贴片层（5）、地板层（6）和馈电网络层（7）。辐射单元（1）由寄生贴片层（4）和贴片层（5）组成，地板层（6）与馈电网络层（7）依次粘接在贴片层（5）下部，馈电网络层（7）的背面设有正交双馈馈电单元，该馈电单元经馈线延伸至馈电网络层（7）的右侧边缘，与SMA同轴接口焊接进行馈电；介质透镜（2）通过支撑柱（3）固定在寄生贴片层（4）的上方。本发明具有增益高、频带宽、结构小的优点，可用于各类移动通信基站。

Description

圆极化微带天线

技术领域

本发明属于微波天线领域，涉及一种圆极化微带天线，能够广泛应用与卫星高速通信和雷达领域。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，天线技术所涉及的领域越来越广泛，在许多特殊应用中，对于天线性能的要求也越来越高。作为未来全球信息高速公路的重要组成部分，卫星通信以其覆盖范围大、不受地理环境限制、可靠性高、开通电路迅速等特点越来越受到人们的关注。在现代卫星高速通信中，要求使用的天线具有高频率、高增益、宽频带、圆极化、小型化等特点。为了满足实际需要，通常使用微带天线、环形天线、喇叭天线、平面单极子天线等结构作为主要实现形式。但这些天线均存在不同的缺陷。

常见的微带天线和环形天线，虽然容易实现圆极化特性，但通常带宽较窄且增益不高；

常见的喇叭天线，虽然容易满足增益高、宽频带等特性，但一般均为线极化天线，不满足圆极化要求；

常见的平面单极子天线，虽然容易满足宽频带、小型化等特性，但一般为线极化天线且增益不高；

常见的其他圆极化天线，通常还具有结构复杂，馈电形式复杂，不利于大批量生产，难于保证一致性等不良特性。

综上，现有的不同结构天线均不能同时满足卫星高速通信对频率、增益、频带、极化形式、天线尺寸的多方面要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种频率增益高、频带宽、尺寸小的圆极化微带天线，以满足卫星高速通信的要求。

为实现上述目的，本发明包括贴片层5、地板层6和馈电网络层7，地板层6和馈电网络层7依次粘接在贴片层5的下部，其特征在于：

贴片层5的上部粘接有寄生贴片层4，用于展宽天线带宽，该寄生贴片层4与贴片层5构成辐射单元1；

辐射单元1上增设有介质透镜2，该介质透镜2通过四个支撑柱3固定在辐射单元1的正上方，用于增加天线增益。

作为优选，所述寄生贴片层4的正面设有4×4的金属贴片阵列，寄生贴片层4的四角设有上通孔8。

作为优选，所述的贴片层5的正面设有4×4的金属贴片阵列，该阵列的每个单元的下方分别开有两个半径为0.2mm的小孔9；贴片层5的四角开有下通孔10，下通孔10的半径和位置均与寄生贴片层4的上通孔8相同。

作为优选，所述的地板层6采用铜板，其上设有32个半径为0.8mm的隔离孔11，每个隔离孔11的位置与贴片层5的小孔9位置相同。

作为优选，所述的馈电网络层7的背面设有4×4的正交双馈馈电单元，该馈电单元通过馈线延伸至馈电网络层7的右侧边缘，并与SMA同轴接口焊接进行馈电；每个馈电单元的上方开有2个半径为0.2mm的馈电孔12，馈电孔12的位置与贴片层5的小孔9位置相同。

作为优选，所述的介质透镜2由圆形双曲透镜嵌入方形平板构成，介质透镜2的四角开有过孔13。

本发明具有如下优点：

1）由于在原有天线上增设了寄生贴片层，改善了天线的谐振特性，从而展宽了天线带宽；

2）由于在辐射单元的上方增设了介质透镜，利用透镜的光学特性压窄了波束宽度，提高了天线增益；

3）由于通过使用4×4的金属贴片阵列作为辐射单元，进一步提高了天线增益；

4）由于采用正交双馈馈电网络，实现了天线的圆极化，同时由于将馈电网络置于天线背面，减小了其对天线方向图的干扰，改善了天线的辐射特性。

附图说明

图1是本发明圆极化微带天线的总体结构示意图；

图2是本发明圆极化微带天线的寄生贴片层结构示意图；

图3是本发明圆极化微带天线的贴片层结构示意图；

图4是本发明圆极化微带天线的地板层结构示意图；

图5是本发明圆极化微带天线的馈电网络层结构示意图；

图6是本发明圆极化微带天线的介质透镜结构示意图。

具体实施方式

以下参照图1对本发明进行具体描述。

本发明的圆极化微带天线，由辐射单元1、介质透镜2和支撑柱3组成。其中：辐射单元1由寄生贴片层4与贴片层5组成，地板层6与馈电网络层7依次粘接在贴片层5下部；介质透镜2通过四个支撑柱3与辐射单元1固定在一起。

参照图2，所述的寄生贴片层4，其正面设有4×4的金属贴片阵列，四角设有上通孔8，该上通孔8的半径约为辐射单元1边长的2%～5%，本实例中取2.5mm。

参照图3，所述的贴片层5，其正面设有4×4的金属贴片阵列，该阵列的每个单元下方分别开有两个小孔9，该小孔9的半径约为阵列单元边长的4%～6%，本实例中取0.2mm，贴片层5的四角开有下通孔10，该下通孔10的半径与寄生贴片层4中的上通孔8相同；该贴片层5粘接在寄生贴片层4的下部，且下通孔10与寄生贴片层4中的上通孔8的圆心对齐。

参照图4，所述的地板层6，采用铜板，其上开有32个隔离孔11，该隔离孔11的半径约为贴片层5中的小孔9半径的3～5倍，本实例中取0.8mm。

参照图5，所述的馈电网络层7，背面设有4×4的正交双馈馈电单元，每四个馈电单元为一组，将四组馈电单元用一分四功分器连接起来，组成馈电网络，再由馈线延伸至馈电网络层7的右侧边缘，最后与SMA同轴接口焊接进行馈电；每个馈电单元的上方开有两个馈电孔12，该馈电孔12的半径与贴片层5中的小孔9相同；该馈电孔12与地板层6上的隔离孔11、贴片层5上的小孔9的圆心对齐。

参照图6，所述的介质透镜2，为圆形双曲透镜嵌入方形平板结构，介质透镜2的四角开有过孔13，该过孔13的半径约为介质透镜2的边长的1%～2%，本实例中取1.5mm。

所述的寄生贴片层4、贴片层5、馈电网络层7及介质透镜2使用的介质材料均为F4B-2，但不限于这种材料。

所述的支撑柱3，为阶梯形圆柱体，其上端半径与介质透镜2的过孔13相同，下端半径与寄生贴片层4的上通孔8相同。

本发明的圆极化微带天线在电磁仿真软件HFSS里进行仿真，其仿真结果表明：在17.4GHz-18.2GHz频段，其端口电压驻波比小于1.5，增益大于20dB，比现有的同频段圆极化微带天线提高了6dB，波束宽度小于14°，第一副瓣电平小于-20dB，轴比为1.3dB～4.3dB；可见，本发明的圆极化微带天线在宽度为0.8GHz的频带内具有良好的辐射特性和较高的增益。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创新构思的前提下所做出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种圆极化微带天线，包括贴片层（5）、地板层（6）和馈电网络层（7），地板层（6）和馈电网络层（7）依次粘接在贴片层（5）的下部，其特征在于：

贴片层（5）的上部粘接有寄生贴片层（4），用于展宽天线带宽，该寄生贴片层（4）与贴片层（5）构成辐射单元（1）；

辐射单元（1）上增设有介质透镜（2），该介质透镜（2）通过四个支撑柱（3）固定在辐射单元（1）的正上方，用于增加天线增益。

2.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：寄生贴片层（4）的正面设有4×4的金属贴片阵列，寄生贴片层（4）的四角设有上通孔（8）。

3.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：贴片层（5）的正面设有4×4的金属贴片阵列，该阵列的每个单元的下方分别开有两个半径为0.2mm的小孔（9）；贴片层（5）的四角开有下通孔（10），下通孔（10）的半径和位置均与寄生贴片层（4）的上通孔（8）相同。

4.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：地板层（6）采用铜板，其上设有32个半径为0.8mm的隔离孔（11），每个隔离孔（11）的位置与贴片层（5）的小孔（9）位置相同。

5.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：馈电网络层（7）的背面设有4×4的正交双馈馈电单元，该馈电单元通过馈线延伸至馈电网络层（7）的右侧边缘，并与SMA同轴接口焊接进行馈电；每个馈电单元的上方开有2个半径为0.2mm的馈电孔（12），馈电孔（12）的位置与贴片层（5）的小孔（9）位置相同。

6.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：介质透镜（2）由圆形双曲透镜嵌入方形平板构成，介质透镜（2）的四角开有过孔（13）。

7.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：寄生贴片层（4）、贴片层（5）、馈电网络层（7）和介质透镜（2）的介质材料均为F4B-2。

8.根据权利要求1所述的圆极化微带天线，其特征在于：支撑柱（3）采用台阶形圆柱体，其上端半径与介质透镜（2）的过孔（13）相同，下端半径与寄生贴片层（4）的上通孔（8）、贴片层（5）的下通孔（10）相同。

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