CN106207431A - 新型低剖面超宽带圆极化定向天线 - Google Patents

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耿军平
赵晓楠
梁仙灵
刘祥
金荣洪
王堃
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas
    • H01Q9/0492—Dielectric resonator antennas circularly polarised

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Abstract

本发明提供了一种新型低剖面超宽带圆极化定向天线，包括：辐射模块、多个介质层、多个寄生层、金属地板(8)、巴伦(9)以及馈电端口(10)；其中，最上层为介质层，所述寄生层位于相邻的介质层之间，所述辐射模块紧贴在最上层的介质层的上表面内，金属地板(8)位于最底层的介质层下方；巴伦(9)一端连接至辐射模块，巴伦(9)的另一端穿过多个介质层和多个寄生层后连接至馈电端口(10)。本发明的辐射贴片大小和寄生层的结构都是通过优化得到，从而保证了天线的带宽、圆极化、定向辐射、增益等性能，剖面低，方便共形安装。

Description

新型低剖面超宽带圆极化定向天线
技术领域
本发明涉及通信和监测技术领域，具体地，涉及一种新型低剖面超宽带圆极化定向天线。
背景技术
随着芯片集成化技术的发展，宽带大容量的无线终端小型化的需求日趋强烈，但天线是高性能终端小型化的瓶颈，尤其是便于共形的低剖面小型超宽带圆极化天线更是无线通信终端期望的重要部件。
经文献检索发现，在2008年8月芝加哥召开的国际无线电联盟第29届年会上，Yazhou Wang,Aly E.Fathy等人发表了“一种用于穿透水泥墙的紧凑的锥形槽Vivaldi超宽带天线阵列设计”(Design of a Compact Tapered Slot Vivaldi Antenna Array forSee Through Concrete Wall UWB Applications，Proceedings of the XXIXth URSIGeneral Assembly in Chicago(August 2008)，可以在超宽频带工作。但是结构复杂，且不能实现共形安装。因此，本发明中提出新型的低剖面超宽带圆极化天线，其结构简单且能够实现与安装平台共形。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型低剖面超宽带圆极化定向天线。
根据本发明提供的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，包括：辐射模块、多个介质层、多个寄生层、金属地板、巴伦以及馈电端口；其中，最上层为介质层，所述寄生层位于相邻的介质层之间，所述辐射模块紧贴在最上层的介质层的上表面内，金属地板位于最底层的介质层下方；巴伦一端连接至辐射模块，巴伦的另一端穿过多个介质层和多个寄生层后连接至馈电端口。
优选地，所述辐射模块为等角螺旋辐射双臂结构，所述等角螺旋辐射双臂包括：第一条等角螺旋臂和第二条等角螺旋臂，所述第一条等角螺旋臂和第二条等角螺旋臂由平面上相隔度的条等角螺旋线中的相邻两条线并结合相应的外围的一段同心圆弧线围成。
优选地，包括：依次交替设置的第一介质层，第一寄生层，第二介质层，第二寄生层以及第三介质层，所述辐射模块紧贴在第一介质层的上表面，第三介质层的下方设置有金属地板；其中，所述第一介质层和第一寄生层之间留有空气层。
优选地，介质层为矩形介质板，且介质层的中心设置有通孔。
优选地，寄生层是由离散化网格优化得到的连续不规则的金属薄片，且金属薄片由四片旋转对称的区域组成。
优选地，所述巴伦为梯形介质板，且梯形介质板的两面分别设置有第一微带线、第二微带线，第一微带线的细端和第一条等角螺旋臂相连，第二微带线的细端和第二条等角螺旋臂相连。
优选地，巴伦为斜切口的同轴线结构，外导体为按渐变线切开，同轴线的内导体和第一条等角螺旋臂相连，同轴线的外导体和第二条等角螺旋臂相连。
优选地，馈电端口从下向上通过巴伦馈电，馈电端口的内导体接巴伦的第一条微带线的粗端，馈电端口的内外导体之间是圆环形的特富龙介质。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供新型低剖面超宽带圆极化定向天线的辐射贴片大小和寄生层的结构都是通过优化得到的，保证了天线的带宽、圆极化、定向辐射、增益等性能，剖面低，方便共形安装。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的侧面结构示意图；
图2为本发明的等角螺旋辐射双臂结构示意图；
图3为本发明的第一寄生层结构示意图；
图4为本发明的第二寄生层结构示意图；
图5为本发明的巴伦的结构示意图(正面)；
图6为本发明的巴伦的结构示意图(反面)；
图7为本发明的回波损耗；
图8为本发明的辐射方向图，频率4-8GHz；
图9为本发明的辐射圆极化轴比图；
图10为本发明的天线增益图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，包括：等角螺旋辐射双臂，第一介质层3，第一寄生层4，第二介质层5，第二寄生层6，第三介质层7，金属地板8，巴伦9，巴伦9两面的第一微带线11、第二微带线12，馈电端口10。
所述等角螺旋辐射双臂是平面上相隔90度的4条等角螺旋线的相邻两条构成一组，并于外围的一段同心圆弧线段共同围成了一条等角螺旋辐射臂，剩余的另外两条等角螺旋线也和外围的一段同心圆弧线段共同围成了另一条等角螺旋辐射臂。紧挨辐射贴片的下面是第一介质层3，所述第一介质层3为矩形介质板，中间有孔。紧挨第一介质层3下面是空气层，空气层下面是第一寄生层4，第一寄生层4是由离散化网格优化得到的连续不规则的金属薄片，为了有助于圆极化，优化后的离散化网格实际由四片旋转对称的区域组成。紧挨第一寄生层4下面是第二介质层5，所述第二介质层5为矩形介质板，中间有孔。紧挨第二介质层5下面是第二寄生层6，第二寄生层6是由离散化网格优化得到的连续不规则的金属薄片，且由四片旋转对称的区域组成。紧挨第二寄生层6下面是第三介质层7，所述第三介质层7为矩形介质板，中间有孔。紧挨第三介质层7下面是金属地板8，金属地板8为矩形，中间有孔。巴伦9是双线结构，是一种梯形介质板，介质板两面分别是梯形的微带线，巴伦9整体从各层媒质板的中心孔穿过，其中巴伦9的第一微带线11的细端和第一条等角螺旋臂1相连，第二微带线12的细端和第二条等角螺旋臂2相连。馈电端口10从下向上通过巴伦9馈电，馈电端口10的内导体接巴伦的第一条微带线11的粗端，馈电端口10的内外导体之间是圆环形的特富龙介质。
结合本发明技术方案的内容，提供以下实施例：
天线最大尺寸为44.2mm×44.2mm×16mm，三层介质板的介电常数都一样，均为εr1＝εr2＝εr3＝2.65，厚度依次为1mm、2mm、2mm。相关性能参数的分布结果为：天线的S参数在频域的曲线，在4GHz～9GHz内，S参数都小于－10dB。频率4GHz～8GHz内方向图主辐射方向沿天线板法线方向朝上，增益大于6dBi。在4.25GHz～5.25GHz内圆极化轴比较好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，包括：辐射模块、多个介质层、多个寄生层、金属地板(8)、巴伦(9)以及馈电端口(10)；其中，最上层为介质层，所述寄生层位于相邻的介质层之间，所述辐射模块紧贴在最上层的介质层的上表面内，金属地板(8)位于最底层的介质层下方；巴伦(9)一端连接至辐射模块，巴伦(9)的另一端穿过多个介质层和多个寄生层后连接至馈电端口(10)。
2.根据权利要求1所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，所述辐射模块为等角螺旋辐射双臂结构，所述等角螺旋辐射双臂包括：第一条等角螺旋臂(1)和第二条等角螺旋臂(2)，所述第一条等角螺旋臂(1)和第二条等角螺旋臂(2)由平面上相隔90度的4条等角螺旋线中的相邻两条线并结合相应的外围的一段同心圆弧线围成。
3.根据权利要求1或2所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，包括：依次交替设置的第一介质层(3)，第一寄生层(4)，第二介质层(5)，第二寄生层(6)以及第三介质层(7)，所述辐射模块紧贴在第一介质层(3)的上表面，第三介质层(7)的下方设置有金属地板(8)；其中，所述第一介质层(3)和第一寄生层(4)之间留有空气层。
4.根据权利要求3所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，介质层为矩形介质板，且介质层的中心设置有通孔。
5.根据权利要求3所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，寄生层是由离散化网格优化得到的连续不规则的金属薄片，且金属薄片由四片旋转对称的区域组成。
6.根据权利要求2所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，所述巴伦(9)为梯形介质板，且梯形介质板的两面分别设置有第一微带线(11)、第二微带线(12)，第一微带线(11)的细端和第一条等角螺旋臂(1)相连，第二微带线(12)的细端和第二条等角螺旋臂(2)相连。
7.根据权利要求2所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，巴伦(9)为斜切口的同轴线结构，外导体为按渐变线切开，同轴线的内导体和第一条等角螺旋臂(1)相连，同轴线的外导体和第二条等角螺旋臂(2)相连。
8.根据权利要求1或6所述的新型低剖面超宽带圆极化定向天线，其特征在于，馈电端口(10)从下向上通过巴伦(9)馈电，馈电端口(10)的内导体接巴伦的第一条微带线(11)的粗端，馈电端口(10)的内外导体之间是圆环形的特富龙介质。
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