CN104993238A - 一种圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法，其中圆极化微带天线包括反射板，设置于所述反射板上部的介质层，所述介质层上还设有辐射贴片，所述辐射贴片和所述反射板之间设有同轴馈电探针；还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针，及与所述同轴馈电探针耦合激励形成圆极化辐射的短路探针或过孔；所述短路探针或过孔设置于所述辐射贴片和所述反射板之间、并连接所述辐射贴片和所述反射板。由于在圆极化微带天线中添加了一短路探针，通过同轴馈电探针和短路探针之间的耦合激励形成圆极化辐射，同时起到了拓展带宽的作用。此外相对于单馈点切角实现圆极化的方法，本发明的圆极化性能受天线调试影响较小。

Description

一种圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及的是一种单馈圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法。

背景技术

相比于线极化天线，圆极化天线具有很多重要的优点，而且圆极化天线是很多无线系统的一项关键技术，包括卫星通信，移动通信，全球卫星导航系统，无线传感器，RFID射频识别，无线能量传输，无线局域网WLAN，无线个人局域网WPAN，全球微波互联接入WiMAX和直接广播服务（DBS）电视接收系统。近些年在圆极化天线研究和发展方面已经取得很大进步。

圆极化天线的第一个优点是在抑制多径干扰和衰减方面非常有效。来自地面或者其他物体的反射的无线电信号，会导致极化形式发生反转， 也就是右旋极化反射表现为左旋圆极化。右旋圆极化天线抑制左旋圆极化的反射信号，这样就可以降低来自反射信号的多径干扰。

第二个优点是圆极化天线能够降低由于电离层产生的法拉第炫光效应。如果应用线极化信号，法拉第炫光效应会产生大约3dB或者更多的严重的信号损耗。圆极化天线可以避免这些问题，因此圆极化天线广泛应用于空间遥感卫星应用，空间探测，弹道导弹发射或接收穿过电离层行进的经过法拉第旋转的信号。

使用圆极化天线的另外一个优点是不同于线极化天线，圆极化天线在发射和接收天线之间不需要严格的方向性。在发射和接收天线之间如果发生任何的极化失调，线极化天线会发生极化失配损失。圆极化天线的这种特性对移动卫星通信是非常有利的，移动卫星通信很难保持固定的天线方向。利用圆极化天线不管天线的方向如何接收信号的能量是不变的。这些优点使圆极化天线对很多无线系统非常有吸引力。

与其他微波天线相比，微带天线由于剖面低，体积小，重量轻，易共形，便于获得圆极化等特点被广泛采用。微带天线圆极化辐射的形成有多种方案，其核心原理都是在辐射贴片与反射板之间激励起两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波。常用的单馈微带天线通常是通过在辐射贴片上加切角，微调长宽比例等方式实现圆极化。双馈或者四馈点天线则是通过电桥/功分器直接提供相互正交的两种模式所需的激励。双馈或多馈点天线实现圆极化具有良好的轴比性能，但是馈电线路复杂，尤其是体积较小的时候。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法，体积小、结构简单且制作工艺简单。

本发明的技术方案如下：

一种圆极化微带天线，包括反射板，设置于所述反射板上部的介质层，所述介质层上还设有辐射贴片，所述辐射贴片和所述反射板之间设有同轴馈电探针；其特征在于，

还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针，及与所述同轴馈电探针耦合激励形成圆极化辐射的短路探针或过孔；

所述短路探针或过孔设置于所述辐射贴片和所述反射板之间、并连接所述辐射贴片和所述反射板。

本发明还提供一种展宽圆极化微带天线带宽的方法，包括一圆极化微带天线，所述圆极化微带天线包括反射板，设置于所述反射板上部的介质层，所述介质层上还设有辐射贴片，还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针；其方法包括：

在所述辐射贴片与所述反射板之间内置一短路探针或设置一过孔，通过调节所述短路探针和所述同轴馈电探针或过孔之间的相对位置，控制所述短路探针与所述同轴馈电探针之间的耦合激励用于形成圆极化辐射，并同时抵消所述同轴馈电探针长度引入的电感、展宽天线带宽。

本发明所提供的圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法，由于在圆极化微带天线中添加了一短路探针，通过同轴馈电探针和短路探针之间的耦合激励形成圆极化辐射，同时起到了拓展带宽的作用。此外相对于单馈点切角实现圆极化的方法，本发明具有在天线调试对圆极化性能影响小的优点。

附图说明

图1是本发明中圆极化微带天线较佳实施例的示意图。

图2是本发明中圆极化微带天线较佳实施例的剖视图。

图3是本发明中圆极化微带天线较佳实施例的俯视图。

图4是传统的单馈微带天线切角实现圆极化S参数仿真图。

图5是本发明中圆极化微带天线较佳实施例的S参数仿真图。

图6是传统的单馈微带天线切角实现圆极化轴比随频率的变化的仿真图。

图7是本发明中圆极化微带天线较佳实施例的轴比随频率的变化的仿真图。

图8是传统的单馈微带天线切角实现圆极化增益仿真图。

图9是本发明中圆极化微带天线较佳实施例的增益仿真图。

图中：1、辐射贴片；2、介质层；3、反射板；4、同轴馈电探针；5、短路探针。

具体实施方式

本发明提供一种圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1并结合图2所示，本发明提供的圆极化微带天线，包括反射板3，所述反射板3即接地板。设置于所述反射板3上部的介质层2，所述介质层上还设有辐射贴片1。所述圆极化天线还包括内置于所述辐射贴片1和所述反射板3之间的同轴馈电探针4。具有上述结构微带天线实现圆极化通常是在辐射贴片1上加切角，用微调辐射贴片1长宽比例等的方式实现微带天线的圆极化，但带宽不大。

本发明中的圆极化微带天线反射板3，介质层2，辐射贴片1三者中心重合，还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针，及与所述同轴馈电探针耦合激励形成圆极化辐射的短路探针或过孔；所述短路探针或过孔设置于所述辐射贴片和所述反射板之间、并连接所述辐射贴片和所述反射板。另增设的短路探针5与所述同轴馈电探针4耦合激励形成圆极化辐射。即在所述辐射贴片1与所述反射板3之间内置一短路探针5，使所述短路探针5和所述同轴馈电探针4与所述辐射贴片1中心点连线形成特定夹角，并使所述短路探针5与所述同轴馈电探针4耦合激励形成圆极化辐射，此外短路探针5还可抵消因所述同轴馈电探针4长度引入的电感和展宽天线带宽用于抵消因所述同轴馈电探针4长度引入的电感来展宽天线带宽。

具体可结合图2和图3所述，所述同轴馈电探针4连接所述辐射贴片1和所述反射板3，并贯穿所述介质层2，其两端分别置入所述辐射贴片1和所述反射板3。本发明设置的短路探针5和所述同轴馈电探针4与所述辐射贴片1中心点连线形成特定夹角，所述短路探针5顶部置入所述辐射贴片1中，中部贯穿介质层2和反射板3，所述短路探针5底端与所述反射板3连接。所述短路探针5与所述同轴馈电探针4所不同的是，所述同轴馈电探针4与金属反射板3断开，短路探针5与金属反射板3连接。具体实施例中，所述反射板3上开设一通孔，所述通孔用于放置所述同轴馈电探针4的底端。

微带天线随着介质层厚度的增加而带宽增加，但是在同轴探针馈电微带天线中，同轴探针长度的增加易使天线的输入阻抗呈感性，而使失配程度增加，因此限制了天线带宽的展宽。加载短路探针5可以抵消因同轴探针的长度引入的电感，从而达到阻抗匹配，展宽带宽。即所述短路探针5用于抵消因所述同轴馈电探针4长度引入的电感和展宽天线带宽。

当然的在本发明的另一个具体实施例中，还可以在所述辐射贴片1与所述反射板3之间通过加载过孔实现单馈点馈电微带天线的圆极化。即在所述辐射贴片1与所述反射板3之间内置一过孔，使所述过孔和所述同轴馈电探针4与所述辐射贴片1中心点连线形成特定夹角，并使所述过孔与所述同轴馈电探针4耦合激励形成圆极化辐射，用于抵消因所述同轴馈电探针4长度引入的电感和展宽天线带宽。

本发明原理：本发明采用单馈点馈电，并在辐射贴片1与反射板3（接地板）之间加载短路探针5的方式实现微带天线圆极化。同轴馈电探针4与短路探针5之间的耦合会在短路探针5上生成感应电流。当短路探针5感应电流激励起的场与同轴馈电探针4直接激励的场相比相位落后的角度和同轴馈电探针5与短路探针4分别到中心点的连线夹角一致时，即形成右旋圆极化。设同轴馈电探针4与短路探针5分别到贴片中心点的连线特定夹角为                                                ，当短路探针5感应电流激励起的场与同轴馈电探针直接激励的场相比相位落后时，即形成右旋极化。实际设计时，需优化选择夹角以及馈点与中心点的距离d。所要说明的是所述辐射贴片1的中垂线分别与所述同轴馈电探针4和短路探针5的轴向平行。

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明。设辐射贴片1直径为32 mm，介质层2厚度为8mm,且介质层2的介电常数为=9.8。将设置为130°，d=6 mm时，增益最大5.2 dB左右，轴比带宽小于回波损耗带宽。在调试过程中发现，相对于单馈点切角实现圆极化的方法，本发明具有在天线调试对圆极化性能影响小的优点。

如图4、图6和图8所示，为单馈切角实现圆极化性能参数，图5、图7、和图9为单馈加载短路探针5实现圆极化的性能参数。从图中可以看出，单馈切角实现圆极化的方式S参数带宽与轴比带宽不一致，且轴比带宽很窄。S参数性能好的频率处轴比很差，只能采取折中方案，这样导致在需要的频率处增益变低。而单馈加载短路探针5实现圆极化的方式S参数带宽与轴比带宽是一致的，且轴比带宽比单馈切角实现圆极化的轴比带宽宽，因此宽频带内增益性能比单馈切角实现圆极化的好。

综上所述，本发明所提供的圆极化微带天线由于在圆极化微带天线中添加了一短路探针，通过同轴馈电探针和短路探针之间的耦合激励形成圆极化辐射，同时起到了拓展带宽的作用。此外相对于单馈点切角实现圆极化的方法，本发明具有在天线调试对圆极化性能影响小的优点。

另外，本发明还提供一种展宽圆极化微带天线带宽的方法，包括一圆极化微带天线，所述圆极化微带天线包括反射板，设置于所述反射板上部的介质层，所述介质层上还设有辐射贴片，还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针；其方法包括：

在所述辐射贴片与所述反射板之间内置一短路探针或设置一过孔，通过调节所述短路探针和所述同轴馈电探针或过孔之间的相对位置，控制所述短路探针与所述同轴馈电探针之间的耦合激励用于形成圆极化辐射，并同时抵消所述同轴馈电探针长度引入的电感、展宽天线带宽，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的圆极化微带天线和展宽圆极化微带天线带宽的方法，由于在圆极化微带天线中添加了一短路探针，通过同轴馈电探针和短路探针之间的耦合激励形成圆极化辐射，同时起到了拓展带宽的作用。此外相对于单馈点切角实现圆极化的方法，本发明的圆极化性能受天线调试影响较小。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种圆极化微带天线，其特征在于，包括反射板，设置于所述反射板上部的介质层，所述介质层上还设有辐射贴片，所述辐射贴片和所述反射板之间设有同轴馈电探针；其特征在于，

还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针，及与所述同轴馈电探针耦合激励形成圆极化辐射的短路探针或过孔；

所述短路探针或过孔设置于所述辐射贴片和所述反射板之间、并连接所述辐射贴片和所述反射板。

2.一种展宽圆极化微带天线带宽的方法，其特征在于，包括一圆极化微带天线，所述圆极化微带天线包括反射板，设置于所述反射板上部的介质层，所述介质层上还设有辐射贴片，还包括内置于所述辐射贴片和所述反射板之间的同轴馈电探针；其方法包括：

在所述辐射贴片与所述反射板之间内置一短路探针或设置一过孔，通过调节所述短路探针和所述同轴馈电探针或过孔之间的相对位置，控制所述短路探针与所述同轴馈电探针之间的耦合激励用于形成圆极化辐射，并同时抵消所述同轴馈电探针长度引入的电感、展宽天线带宽。