CN106025526A - 一种极化敏感阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种极化敏感阵列天线，属于MIMO阵列天线技术领域。其结构包括双层微带贴片天线和印刷单极子天线。印刷单极子天线固定在双层微带贴片天线中心，双层微带贴片天线包括第一金属地板、第一金属边框、第一F4BM介质基板、第二F4BM介质基板、第一金属贴片、第二金属贴片、第一馈电端口、第二馈电端口。印刷单极子天线包括第三F4BM介质基板、第三金属贴片、第二金属地板和第三馈电端口。本发明的工作频带为2.35GHz‑2.45GHz，优异的端口隔离度性能也保证了天线对不同极化电磁波的分辨能力，提高了接收电磁波信息的准确性。该天线单元适用于复杂多径的通信环境，具有较宽的带宽和较好的隔离度等性能。

Description

一种极化敏感阵列天线
技术领域
本发明涉及一种极化敏感阵列天线，属于MIMO(多入多出)阵列天线技术领域。
背景技术
天线的极化是非常重要的无线资源，通过充分利用电磁波的空间维度，多极化天线可以实现更多的自由度也就是空间特征信道，从而在很大程度上提高系统的性能。随着阵列天线以及多极化天线的发展，人们逐步提出了极化敏感阵列天线这一概念，极化敏感阵列天线可以理解为多极化阵列天线，它可以充分获取空间电磁信号的极化信息以及空域信息，基于这些优点，极化敏感阵列天线在信号检测能力、抗干扰能力、分辨率和极化多址能力等方面较普通阵列天线有很高的优越性。
为此，研究人员进行了大量的研究。国内学者提出的一种圆口径双极化微带阵列天线，该天线为256单元的单脉冲天线阵，并且采用了高隔离度的天线单元以及二次错位反相馈电技术，极大程度的提高了单元隔离度并降低了交叉极化电平，在双极化天线的研究基础上，人们进一步提出了三极化天线并进行了深入的研究与分析。A.S.Konanur提出了一种由圆环和偶极子构成的多极化天线，该天线应用于多径环境中并只占用了单个天线的体积，但和目前多数极化敏感天线一样，存在着带宽较窄，隔离度不够高的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术带宽较窄、隔离度不够高等不足，提出一种极化敏感阵列天线，成本低、结构简单，实现了较宽的带宽和较好的隔离度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种极化敏感阵列天线，其结构包括双层微带贴片天线和印刷单极子天线。
所述双层微带贴片天线包括第一金属地板、第一金属边框、第一F4BM(宽介电常数聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔)介质基板、第二F4BM介质基板、第一金属贴片、第二金属贴片、第一馈电端口、第二馈电端口。第一金属边框通过螺钉固定于第一金属地板的四边；第一F4BM介质基板的上表面中心位置、第二F4BM介质基板的下表面中心位置分别通过热压和刻蚀方法固定第一金属贴片、第二金属贴片；第一金属贴片、第一F4BM介质基板、第二金属贴片、第二F4BM介质基板同轴，第一金属贴片的面积小于等于第一F4BM介质基板的上表面积，第二金属贴片的面积小于第二F4BM介质基板的下表面积，第一金属贴片的面积小于等于第二金属贴片的面积；第一F4BM介质基板的下表面固定在第一金属地板上表面，第二F4BM介质基板的下表面固定在第一金属边框的上表面(第二金属贴片与第一金属边框不接触)；第一馈电端口和第二馈电端口为SMA同轴接头，通过螺钉固定在第一金属地板下表面，SMA接头内芯插入第一金属地板和第一F4BM介质基板并与第一金属贴片焊接在一起。
所述印刷单极子天线包括第三F4BM介质基板、第三金属贴片、第二金属地板和第三馈电端口。第三金属贴片和第二金属地板通过热压和刻蚀方法固定在第三F4BM介质基板两侧，第三F4BM介质基板、第三金属贴片和第二金属地板共轴，第三金属贴片和第二金属地板的面积小于等于第三F4BM介质基板的面积；第三馈电端口为SMA同轴接头，通过焊接固定在第三F4BM介质基板下端，第三馈电端口的内芯与第三金属贴片焊接在一起，第三馈电端口的外部金属法兰与第二金属地板焊接在一起。
印刷单极子天线固定在双层微带贴片天线中心，即第三F4BM介质基板垂直粘接于第一F4BM介质基板上表面中心位置，需要将第二F4BM介质基板上开槽，使得第三F4BM介质基板穿过第二F4BM介质基板，并对第一F4BM介质基板和第一金属地板上开槽使第三馈电端口穿过。
本发明的极化敏感阵列天线的工作过程为：
将本发明的极化敏感阵列天线与发射系统相连，给第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口馈入射频信号，通过第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片发射不同极化的电磁波，实现电磁波信号的发射；将本发明的极化敏感阵列天线与接收系统相连，通过第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片接收不同极化的电磁波，并通过第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口给接收系统输送信号，实现电磁波信号的接收。
本发明的极化敏感阵列天线的工作频带为2.35GHz-2.45GHz，在工作频带内的反射系数低于-15dB。
本发明的极化敏感阵列天线反射系数低于-10dB的相对带宽为11.7％。
本发明的极化敏感阵列天线的三个馈电端口之间的隔离度低于-23dB。
有益效果
本发明具有结构新颖，匹配特性良好，频带较宽的特性，可以在很宽的频率范围内正常工作；优异的端口隔离度性能也保证了天线对不同极化电磁波的分辨能力，提高了接收电磁波信息的准确性。该天线单元适用于复杂多径的通信环境，具有较宽的带宽和较好的隔离度等性能。
附图说明
图1是本发明的双层微带贴片天线的整体结构示意图；
图2是本发明的印刷单极子天线的结构示意图；
图3(a)是本发明的工作频带内的反射系数；
图3(b)是本发明的反射系数低于-10dB的频带范围；
图4是本发明的在工作频带内的三个不同馈电端口隔离度结果；
图5为实施例中的极化敏感阵列天线的结构示意图及部分标号说明；
图6为实施例中的极化敏感阵列天线的结构示意图及部分标号说明；
标号说明：1-第一金属地板、2-第一金属边框、3-第一F4BM介质基板、4-第二F4BM介质基板、5-第一金属贴片、6-第二金属贴片、7-第三F4BM介质基板、8-第三金属贴片、9-第二金属地板、10-第一馈电端口、11-第二馈电端口、12-第三馈电端口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例
一种极化敏感阵列天线，如图5和图6所示，该天线单元由双层微带贴片天线和印刷单极子天线组成。
双层微带贴片天线部分的结构如图1所示，包括第一金属地板1、第一金属边框2、第一F4BM介质基板3、第二F4BM介质基板4、第一金属贴片5、第二金属贴片6、第一馈电端口10、第二馈电端口11。第一F4BM介质基板3的上表面、第二F4BM介质基板4的下表面分别通过热压、刻蚀等方法固定第一金属贴片5、第二金属贴片6；第一F4BM介质基板3的下表面固定在第一金属地板1上表面，第二F4BM介质基板4的下表面固定在第一金属边框2的上表面；第一馈电端口10和第二馈电端口11通过螺钉固定在第一金属地板1下表面。
印刷单极子天线部分的结构如图2所示，包括第三F4BM介质基板7、第三金属贴片8、第二金属地板9和第三馈电端口12。第三金属贴片8和第二金属地板9分别通过热压和刻蚀等方法固定在第三F4BM介质基板7两侧；第三馈电端口12通过焊接固定在第三F4BM介质基板7下端。印刷单极子天线固定在双层微带贴片天线中心，通过将第三F4BM介质基板7垂直粘接于第一F4BM介质基板3上表面实现。
本实施例中第一F4BM介质基板和第二F4BM介质基板的介电常数为2.65，厚度为2mm，第一F4BM介质基板边长w1＝77mm，第二F4BM介质基板边长w2＝83mm，第一金属贴片边长l1＝35.8mm，第二金属贴片边长l2＝36.8mm，第一金属地板边长a＝83mm，高度h2＝4mm，第一金属边框高h1＝14mm。
本实施例中第三F4BM介质基板的介电常数为2.65，厚度为2mm，第三F4BM介质基板长l＝30mm宽w＝14mm，第三金属贴片长b＝10mm，第二金属地板长l3＝26mm。
对上述的极化敏感阵列天线进行建模仿真，并提取反射系数和端口间隔离度等结果；天线单元在2.35GHz～2.45GHz工作频带内的反射系数结果如图3(a)所示，由图3(a)可知，天线单元在工作频带内的反射系数低于-15dB，最低达到了-40dB，在工作频带内有良好的匹配性能。
图3(b)给出天线单元在更宽的频带范围内的反射系数结果，从图3(b)中可以看出，天线单元的反射系数低于-10dB的带宽达到了280MHz，相对带宽约为11.7％，实现了宽带性能。
图4是本发明的天线单元三个不同馈电端口之间的隔离度仿真结果，由图4可知，天线三个端口之间的隔离度在工作频带内均低于-23dB，其中隔离度较好的两个端口隔离度达到了-28dB左右，较差的两个端口个隔离度也在-24dB左右，端口之间影响很小，天线单元优越的端口隔离度性能提高了极化敏感阵列天线在工作过程中对不同极化电磁波的分辨能力，提高了接收电磁波信息的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种极化敏感阵列天线，其特征在于：包括双层微带贴片天线和印刷单极子天线；
所述双层微带贴片天线包括第一金属地板、第一金属边框、第一F4BM介质基板、第二F4BM介质基板、第一金属贴片、第二金属贴片、第一馈电端口、第二馈电端口；第一金属边框通过螺钉固定于第一金属地板的四边；第一F4BM介质基板的上表面中心位置、第二F4BM介质基板的下表面中心位置分别通过热压和刻蚀方法固定第一金属贴片、第二金属贴片；第一金属贴片、第一F4BM介质基板、第二金属贴片、第二F4BM介质基板同轴，第一金属贴片的面积小于等于第一F4BM介质基板的上表面积，第二金属贴片的面积小于第二F4BM介质基板的下表面积，第一金属贴片的面积小于等于第二金属贴片的面积；第一F4BM介质基板的下表面固定在第一金属地板上表面，第二F4BM介质基板的下表面固定在第一金属边框的上表面，第二金属贴片与第一金属边框不接触；第一馈电端口和第二馈电端口为SMA同轴接头，通过螺钉固定在第一金属地板下表面，SMA接头内芯插入第一金属地板和第一F4BM介质基板并与第一金属贴片焊接在一起；
所述印刷单极子天线包括第三F4BM介质基板、第三金属贴片、第二金属地板和第三馈电端口；第三金属贴片和第二金属地板通过热压和刻蚀方法固定在第三F4BM介质基板两侧，第三F4BM介质基板、第三金属贴片和第二金属地板共轴，第三金属贴片和第二金属地板的面积小于等于第三F4BM介质基板的面积；第三馈电端口为SMA同轴接头，通过焊接固定在第三F4BM介质基板下端，第三馈电端口的内芯与第三金属贴片焊接在一起，第三馈电端口的外部金属法兰与第二金属地板焊接在一起；
印刷单极子天线固定在双层微带贴片天线中心，即第三F4BM介质基板垂直粘接于第一F4BM介质基板上表面中心位置，需要将第二F4BM介质基板上开槽，使得第三F4BM介质基板穿过第二F4BM介质基板，并对第一F4BM介质基板和第一金属地板上开槽使第三馈电端口穿过。
2.根据权利要求1所述的一种极化敏感阵列天线，其特征在于：工作频带为2.35GHz-2.45GHz。
3.根据权利要求1所述的一种极化敏感阵列天线，其特征在于：工作过程为：将本发明的极化敏感阵列天线与发射系统相连，给第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口馈入射频信号，通过第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片发射不同极化的电磁波，实现电磁波信号的发射；将本发明的极化敏感阵列天线与接收系统相连，通过第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片接收不同极化的电磁波，并通过第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口给接收系统输送信号，实现电磁波信号的接收。
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