CN105977619A - 一种宽带扇形圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带扇形圆极化天线，包含辐射模块、同轴接头和寄生模块，辐射模块呈扇形，中轴线与大地面垂直；同轴接头的内导体与所述辐射模块的圆心相连，外导体与大地面相连；寄生模块包含具有电容作用的分布电容单元和具有电感作用的分布电感单元，分布电容单元与大地面相连，分布电感单元连接辐射模块和大地面；分布电容单元、分布电感单元分别设置在所述同轴接头的两侧，使得所述辐射模块的水平极化电流分量与铅垂极化电流分量等幅且之间的时间相位差为90度。本发明的天线具有宽带圆极化的效果，且具有结构简单、体积小、制作成本低廉等特点，其应用范围十分广泛。

Description

一种宽带扇形圆极化天线
技术领域
本发明涉及微波技术领域，尤其涉及一种宽带扇形圆极化天线。
背景技术
圆极化天线的实用意义主要体现在：1、圆极化天线可接收任意极化的来波且其辐射波也可由任意极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线；2、在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性；3、圆极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。
目前，圆极化天线的制作大致可以划分为三种方法。第一种方法为互补振子实现圆极化；第二种方法为使用旋转结构，如微带平面旋转天线和立体结构的螺旋天线；第三种方法为在辐射贴片或介质谐振腔上产生交叉偶极子，这两个交叉偶极子的模极化和相位正交。然而，目前多数圆极化天线的相对带宽一般只有百分之几。这将很难满足通信系统对于带宽的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对背景技术存在的问题，提出一种宽带扇形圆极化天线，具有良好的宽带圆极化特性，结构简单、体积小、且易于制作实现。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种宽带扇形圆极化天线，包含辐射模块、同轴接头和寄生模块；
所述辐射模块呈扇形，中轴线与大地面垂直；
所述同轴接头的内导体与所述辐射模块的圆心相连，外导体与大地面相连；
所述寄生模块包含具有电容作用的分布电容单元和具有电感作用的分布电感单元，分布电容单元与大地面相连，分布电感单元连接辐射模块和大地面；
所述分布电容单元、分布电感单元分别设置在所述同轴接头的两侧，使得所述辐射模块的水平极化电流分量与铅垂极化电流分量等幅且之间的时间相位差为90度。
作为本发明一种宽带扇形圆极化天线进一步的优化方案，所述辐射模块的圆心角的范围为100°到160°。
作为本发明一种宽带扇形圆极化天线进一步的优化方案，所述分布电容单元为长方体，长度为十六分之一波长到四分之一波长，宽度为四十分之一波长到十分之一波长，厚度为二百分之一波长到十分之一波长。
作为本发明一种宽带扇形圆极化天线进一步的优化方案，所述分布电容单元与所述辐射模块的扇面平行，分布电容单元与辐射模块所在平面之间的垂直距离的范围为二百五十分之一波长到五十分之一波长；分布电容单元靠近辐射模块对称轴的一侧与包含辐射模块对称轴且垂直于辐射模块扇面的平面之间的垂直距离的范围为二十分之一波长到五分之一波长。
本发明采用上述技术方案，具有以下技术效果：
本发明的宽带扇形圆极化天线，利用辐射模块与寄生模块组合的结构，产生圆极化波束，该组合天线具有良好的圆极化性能，同时使天线具有较大的工作带宽。是一种结构简单，制作工艺要求低，成本低廉的宽带圆极化天线。
附图说明
图1是本发明的正面结构与参考坐标示意图。
图2是本发明的顶视结构与参考坐标示意图。
图3是本发明的三维立体示意图与参考坐标示意图。
图4是利用HFSS软件计算的天线反射系数特性。
图5是采用HFSS软件计算的天线轴比示意图。
图中，1-大地面，2-辐射模块，3-分布电容单元，4-分布电感单元，5-同轴接头的内导体，6-同轴接头的外导体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1、图2、图3所示，本发明公开了一种宽带扇形圆极化天线，包含辐射模块、同轴接头和寄生模块；
所述辐射模块呈扇形，中轴线与大地面垂直；
所述同轴接头的内导体与所述辐射模块的圆心相连，外导体与大地面相连；
所述寄生模块包含具有电容作用的分布电容单元和具有电感作用的分布电感单元，分布电容单元与大地面相连，分布电感单元连接辐射模块和大地面；
所述分布电容单元、分布电感单元分别设置在所述同轴接头的两侧，使得所述辐射模块的水平极化电流分量与铅垂极化电流分量等幅且之间的时间相位差为90度。
所述辐射模块的圆心角的范围为100°到160°。
所述分布电容单元为长方体，长度为十六分之一波长到四分之一波长，宽度为四十分之一波长到十分之一波长，厚度为二百分之一波长到十分之一波长。
所述分布电容单元与所述辐射模块的扇面平行，分布电容单元与辐射模块所在平面之间的垂直距离的范围为二百五十分之一波长到五十分之一波长；分布电容单元靠近辐射模块对称轴的一侧与包含辐射模块对称轴且垂直于辐射模块扇面的平面之间的垂直距离的范围为二十分之一波长到五分之一波长。
当观察者朝着主辐射方向看过去，分布电容在中轴线的左侧、分布电感在右侧时就是左旋圆极化，反之为右旋圆极化。
对照附图4、图5，按照辐射模块的圆心角为150°、半径长为五分之一波长, 分布电容单元的长度为八分之一波长、宽度为二十分之一波长，分布电容单元与辐射模块所在平面之间的垂直距离为二百五十分之二波长，分布电容单元靠近辐射模块对称轴的一侧与包含辐射模块对称轴且垂直于辐射模块扇面的平面之间的垂直距离为一百分之十三波长实施时，利用HFSS软件仿真得到的天线反射系数频率特性，根据图4的结果可知，其相对阻抗带宽达到41.2%，覆盖了1.307-1.986GHz频段，中心频率为1.6465GHz；利用HFSS软件计算的天线轴比频率特性，根据图5的结果可知，相对轴比带宽可达16.0%,覆盖了1.295-1.526GHz频段，中心频率为1.4105GHz。阻抗和轴比的频响曲线均呈现双谐振的宽带特性。
综上所述，该宽带扇形圆极化天线，利用辐射模块与寄生模块组合的结构，产生圆极化波束，该组合天线具有良好的圆极化性能，同时使天线具有较大的工作带宽。再有其结构简单、体积小、且便于制作实现等特点，使得该天线拥有十分广泛的应用范围。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种宽带扇形圆极化天线，其特征在于，包含辐射模块、同轴接头和寄生模块；
所述辐射模块呈扇形，中轴线与大地面垂直；
所述同轴接头的内导体与所述辐射模块的圆心相连，外导体与大地面相连；
所述寄生模块包含具有电容作用的分布电容单元和具有电感作用的分布电感单元，分布电容单元与大地面相连，分布电感单元连接辐射模块和大地面；
所述分布电容单元、分布电感单元分别设置在所述同轴接头的两侧，使得所述辐射模块的水平极化电流分量与铅垂极化电流分量等幅且之间的时间相位差为90度。
2. 根据权利要求1所述的宽带扇形圆极化天线，其特征在于，所述辐射模块的圆心角的范围为100°到160°。
3. 根据权利要求1所述的宽带扇形圆极化天线，其特征在于，所述分布电容单元为长方体，长度为十六分之一波长到四分之一波长，宽度为四十分之一波长到十分之一波长，厚度为二百分之一波长到十分之一波长。
4. 根据权利要求3所述的宽带扇形圆极化天线，其特征在于，所述分布电容单元与所述辐射模块的扇面平行，分布电容单元与辐射模块所在平面之间的垂直距离的范围为二百五十分之一波长到五十分之一波长；分布电容单元靠近辐射模块对称轴的一侧与包含辐射模块对称轴且垂直于辐射模块扇面的平面之间的垂直距离的范围为二十分之一波长到五分之一波长。
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