CN104868239A - 一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线 - Google Patents

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Abstract

一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线，它涉及一种天线，具体涉及一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线。本发明为了解决现有单馈天线带宽较小，无法满足现实需要的问题。本发明包括上层介质基板、下层介质基板、金属地板、短路探针、馈电探针、馈电小贴片、短路小贴片和辐射贴片，上层介质基板、下层介质基板由上至下依次并排平行设置，金属地板印刷在下层介质基板的上表面上，辐射贴片覆盖在上层介质基板的上表面上，短路探针和馈电探针竖直并排设置在上层介质基板与下层介质基板之间。本发明用于无线通信领域。

Description

一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线
技术领域
本发明涉及一种天线，具体涉及一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线，属于无线通信领域。
背景技术
在通信系统中，用作发射或接收电磁波的设备称为天线(antenna)，天线可以有效地将电流或导波的能量转换为相同频率的电磁波的能量，或者有效地将电磁波的能量转换为相同频率的电流或导波的能量。
微带天线的概念由微带线的辐射问题衍生而来，使用了微带线的结构形式发展了天线的理论，原型在1953年首次提出，可是在当时并没有得到工程上的普遍应用。在接下来的20年间，微带天线技术并没有十分重大的突破。直到20世纪70年代，伴随着介质材料研究上的突破以及微波电路的进步，微带天线的制作有了稳定的质量保证。冷战时期的太空设备竞赛促进了空间技术的研究，使剖面低的微带天线很受青睐。在1972年由Howell和Munson研发成功的微带天线意味着微带天线从此开始进入实用阶段，此后运用新的结构形式和新的介质材料的微带天线不断出现。条件的成熟促进了微带天线的发展。在80年代中期，微带天线已经快速地从学术上的前端研究转化为商业应用中的实际产品，无论是学术理论研究还是工程实际应用，微带天线都有了十足的发展。从此，微带天线逐渐成为微波天线中的一种独立的天线形式，并得到了更加广泛的应用与研究。
伴随着航空航天技术的发展，雷达使用范围的扩大，线极化天线已经难以满足所有应用的要求，而相比之下，圆极化天线拥有许多优点，其需求变得十分迫切。首先，当接收与发射天线方向对准以后，圆极化信号的强度不受收发天线旋转角度的影响，而线极化的信号强度大小对收发天线间的角度十分敏感。其次，除了旋向相同的圆极化来波，线极化来波以及椭圆极化来波也可以被圆极化接收天线接收，反之亦然，由圆极化发射天线发射的辐射波既可以被旋向相同的圆极化接收天线接收，也可以由线极化天线和椭圆极化天线接收。最后，由大气层中的水滴近似球形，当圆极化波入射到水滴这种对称目标时，圆极化的旋向将发生反转，所以使用圆极化波可以抑制雨雾干扰。基于圆极化波的上述优点，其在雷达、航空航天通信、卫星远程遥感测量等领域的应用范围十分广泛。在雷达设备中使用圆极化波，可以消除大气层中云雨雾霾的干扰，而在航空、航天通信与遥感测量设备中，电磁波经过电离层时将会引起法拉第旋转效应，使用圆极化天线可以消除效应带来的极化畸变影响。在电子对抗中，侦察与干扰敌方使用线极化波与椭圆极化波的电子设备时，圆极化天线是最佳的选择。
由于微带天线结构简单且容易实现圆极化辐射，圆极化微带天线这个研究方向就具有十分显著的价值。在航天飞行器的设计中，需要在飞行器的飞行姿态变化无常的同时保证机载设备的正常工作，因此除了要求天线重量轻、剖面低、易共形外，还要求天线可以发射和接收圆极化波。在无线通信领域，在业务量日益增加和技术更新日渐加快的同时也对通信设备的宽带化提出了越来越高的要求。目前的电子设备制造领域要求天线可以便捷地集成在固态有源电路中。无线通信设备的不断发展与进步，要求天线之间的相互干扰保持一个较低的量级，需要天线朝宽频带的方向发展。圆极化微带天线在实际应用中受到广泛关注，因为其集微带天线与圆极化天线的特点于一身，可以在发射和接收圆极化波的同时减少天线的体积与重量。可是，一般的单馈圆极化微带天线的圆极化带宽较小，在实际的应用中并不能完全满足现实的需求；双馈或多馈圆极化微带天线虽然能展宽微带天线带宽，但其馈电网络复杂，制作成本高。因此，对于单馈宽带圆极化微带天线的研究显得尤为重要。
发明内容
本发明为解决现有单馈天线带宽较小，无法满足现实需要的问题，进而提出一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括上层介质基板、下层介质基板、金属地板、短路探针、馈电探针、馈电小贴片、短路小贴片和辐射贴片，上层介质基板、下层介质基板由上至下依次并排平行设置，金属地板印刷在下层介质基板的上表面上，辐射贴片覆盖在上层介质基板的上表面上，短路探针和馈电探针竖直并排设置在上层介质基板与下层介质基板之间，短路探针的下端与金属地板连接，短路探针的上端与设置在上层介质基板上表面的第一通孔内的短路小贴片连接，馈电探针外径的下端与金属地板连接，馈电探针的上端与上层介质基板上表面的第二通孔内的馈电小贴片连接，上层介质基板与下层介质基板之间填充有泡沫层。
本发明的有益效果是：本发明的仿真结果为回波损耗<-10dB的频率范围为2.17-2.69GHz中心频点2.4GHz回波损耗<-10dB的频带宽度为520MHz相对带宽为21.7％；圆极化轴比AR<3dB的频率范围为2.28-2.54GHz中心频点2.4GHz圆极化轴比AR<3dB的频带宽度为260MHz相对带宽为10.8％；综上所述，频率范围为2.28-2.54GHz带宽为260MHz相对带宽为10.8％；在这个带宽范围内，天线增益G>6.6dBi。中心频点(2.4GHz)处增益G＝7dBi。本发明易于加工，剖面较低，馈电简单，带宽较大，增益高，可用于S波段宽带无线通信，尤其可用于WLAN、北斗一代导航系统。
附图说明
图1是本发明的主视图，图2是图1的仰视图，图3是图1的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线包括上层介质基板1、下层介质基板2、金属地板3、短路探针4、馈电探针5、馈电小贴片6、短路小贴片7和辐射贴片8，上层介质基板1、下层介质基板2由上至下依次并排平行设置，金属地板3印刷在下层介质基板2的上表面上，辐射贴片8覆盖在上层介质基板1的上表面上，短路探针4和馈电探针5竖直并排设置在上层介质基板1与下层介质基板2之间，短路探针4的下端与金属地板3连接，短路探针4的上端与设置在上层介质基板1上表面的第一通孔1-1内的短路小贴片7连接，馈电探针5外径的下端与金属地板3连接，馈电探针5的上端与上层介质基板1上表面的第二通孔1-2内的馈电小贴片6连接，上层介质基板1与下层介质基板2之间填充有泡沫层。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线的上层介质基板1是由矩形板体1-3和两个等腰三角形板体1-4组成多边形板体，两个等腰三角形板体1-4对称设置在矩形板体1-3的两端，下层介质基板2是边长为120mm的正方形板体，上层介质基板1与下层介质基板2之间的距离H为20cm，上层介质基板1和下层介质基板2的厚度均为0.254mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线的馈电小贴片6的直径为1.5mm，馈电小贴片6的圆心与矩形板体1-3的几何中心之间的距离d1为11mm，馈电小贴片6与第二通孔1-2之间缝隙的宽度d2为1mm，短路小贴片7的直径为1.4mm，短路小贴片7的圆心与矩形板体1-3的几何中心之间的距离d3为10mm，短路小贴片7与第一通孔1-1之间缝隙的宽度d4为1.1mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
工作原理
本发明通过增大介质基片厚度和减小其介电常数(使用与空气介电常数相同的泡沫作为厚介质基板固定)的方法展宽圆极化带宽；通过在辐射片上开圆环形缝隙构成容性加载与探针的感性加载抵消，从而实现阻抗带宽的展宽；通过在馈电探针近似对称的位置加短路探针来校正天线方向图。

Claims (3)

1.一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线包括上层介质基板(1)、下层介质基板(2)、金属地板(3)、短路探针(4)、馈电探针(5)、馈电小贴片(6)、短路小贴片(7)和辐射贴片(8)，上层介质基板(1)、下层介质基板(2)由上至下依次并排平行设置，金属地板(3)印刷在下层介质基板(2)的上表面上，辐射贴片(8)覆盖在上层介质基板(1)的上表面上，短路探针(4)和馈电探针(5)竖直并排设置在上层介质基板(1)与下层介质基板(2)之间，短路探针(4)的下端与下层金属地板(3)连接，短路探针(4)的上端与设置在上层介质基板(1)上表面的第一通孔(1-1)内的短路小贴片(7)连接，馈电探针(5)外径的下端与金属地板(3)连接，馈电探针(5)的上端与上层介质基板(1)上表面的第二通孔(1-2)内的馈电小贴片(6)连接，上层介质基板(1)与下层介质基板(2)之间填充有泡沫层。
2.根据权利要求1所述一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线，其特征在于：上层介质基板(1)是由矩形板体(1-3)和两个等腰三角形板体(1-4)组成多边形板体，两个等腰三角形板体(1-4)对称设置在矩形板体(1-3)的两端，下层介质基板(2)是边长为120mm的正方形板体，上层介质基板(1)与下层介质基板(2)之间的距离(H)为20cm，上层介质基板(1)和下层介质基板(2)的厚度均为0.254mm。
3.根据权利要求1或2所述一种单馈圆环形缝隙加载宽带圆极化微带天线，其特征在于：馈电小贴片(6)的直径为1.5mm，馈电小贴片(6)的圆心与矩形板体(1-3)的几何中心之间的距离(d1)为11mm，馈电小贴片(6)与第二通孔(1-2)之间缝隙的宽度(d2)为1mm，短路小贴片(7)的直径为1.4mm，短路小贴片(7)的圆心与矩形板体(1-3)的几何中心之间的距离(d3)为10mm，短路小贴片(7)与第一通孔(1-1)之间缝隙的宽度(d4)为1.1mm。
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