CN106856260B - 一种小型化的宽带双极化天线馈电网络 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小型化的宽带双极化天线馈电网络，由上层三端口网络(1)和下层三端口网络(2)组成，上层三端口网络(1)和下层三端口网络(2)结构完全相同，下层三端口网络(2)相对于上层三端口网络(1)绕纵轴旋转90°放置。本发明的馈电网络，将用于阻抗匹配的阶梯圆环两端削平，使得槽线的长度小于双极化天线位于对角线两端的端口之间的距离，槽线长度的缩减为两个三端口网络上下层叠排布创造了空间，进而使得双极化天线馈电网络的结构更加紧凑，与双极化天线的尺寸更加匹配。

Description

一种小型化的宽带双极化天线馈电网络
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体涉及一种小型化的宽带双极化天线馈电网络。
背景技术
双极化天线因其具备可频率复用、收发一体化、极化分集、极化捷变等优势而被广泛应用于现代无线通信系统中。双极化天线宽带化和小型化的发展则对其馈电网络的设计提出了更高的要求。
现有的一种宽带双极化天线包括四个端口，分布于正方形的四个顶点处。同时向位于对角线的两个端口馈入等幅反相的信号，就可以激励出双极化天线的一个极化分量。2008年，Kongpop U-yen等人在《IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques》的“A Broadband Planar Magic-T Using Microstrip-Slotl ineTransitions”一文中提出了一种可以输出等幅反相信号的宽带魔T结构。通过对两个该魔T结构的合理排布，可以激励起双极化天线的一对正交极化分量，从而实现对双极化天线的馈电功能。然而为了实现宽带要求，该魔T结构采用了多节1/4波长阻抗变换线和阶梯圆环槽线。这样一方面拓宽了工作频带，另一方面却也占用了大量的空间，导致双极化天线馈电网络的尺寸远大于双极化天线的尺寸，不利于工程应用。因此需要设计一种带宽、尺寸均与双极化天线相匹配的小型化宽带馈电网络。
发明内容
本发明是对宽带双极化天线馈电网络的改进，提出了一种结构更加紧凑的宽频带双极化天线馈电网络。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种小型化的宽带双极化天线馈电网络，由两个结构完全相同的三端口网络正交层叠而成。每一个三端口网络都包含一个输入端口和两个输出等幅反相信号的输出端口。每一个三端口网络都由两层介质基板、一层金属带线，两层金属地、若干金属化过孔以及两个金属盖板组成。
所述的金属带线位于两层介质基板中间，用于实现信号的输入和输出。
所述的两层金属地分别位于上层介质基板的上表面和下层介质基板的下表面，两层金属地上蚀刻有完全相同的槽线，用于实现与金属带线之间的能量传输以及阻抗匹配。
所述的金属化过孔穿过两层介质基板连接上层金属地和下层金属地，并且沿金属带线和槽线边沿排布，用于实现金属带线和槽线的信号隔离。
所述的两个金属盖板分别位于上层金属地上方和下层金属地下方，在上层金属地和下层金属地的槽线处均有凸起形成空气腔，以避免槽线处外泄的能量造成影响。
本发明对三端口网络的排布方式和上下层金属地上的槽线形状进行了改进。在不影响电性能的基础上，将用于阻抗匹配的阶梯圆环两端削平，使得槽线的长度小于双极化天线位于对角线两端的端口之间的距离。如果槽线长度大于对角线端口之间的距离，那么当两个三端口网络上下正交层叠放置时，下层三端口网络的信号输出端口将与上层三端口网络的槽线发生干涉。所以槽线长度的缩减为两个三端口网络上下层叠排布创造了空间，进而使得双极化天线馈电网络的结构更加紧凑，与双极化天线的尺寸更加匹配。
本发明适用于宽带双极化天线的馈电网络。
附图说明
图1是双极化天线馈电网络外形图。
图2是三端口网络结构示意图。
图3(a)是微带板结构侧视图。
图3(b)是微带板结构俯视图。
图4(a)是实施例输入端P1的驻波仿真曲线。
图4(b)是实施例输出端P2，P3的相位差仿真曲线。
图4(c)是实施例的损耗仿真曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
一种小型化的宽带双极化天线馈电网络，如图1所示，由上层三端口网络1和下层三端口网络2组成，上层三端口网络1和下层三端口网络2结构完全相同，下层三端口网络2相对于上层三端口网络1绕纵轴旋转90°放置。
图2为上层三端口网络1的结构示意图，包括金属上盖板3、金属下盖板4以及微带板6，其中微带板6紧密压合于金属上盖板3和金属下盖板4之间。金属上盖板3和金属下盖板4在微带板6上下表面的槽线位置均有凸起形成空气腔5。
微带板6的结构示意图如图3(a)所示，包括金属带线7、上层金属地8、下层金属地9、上层介质基板10、下层介质基板11以及金属化过孔12，其中金属带线7为一条或多条弯折的导线，压合于上层介质基板10和下层介质基板11中间；上层金属地8、下层金属地9分别位于上层介质基板10的上表面和下层介质基板11的下表面；金属化过孔12为多个围绕金属带线7和槽线13分布的通孔，每个金属化过孔12垂直穿过上层介质基板10和下层介质基板11，与上层金属地8和下层金属地9相接，其分布方式如图3(b)所示。上层金属地8和下层金属地9上蚀刻有完全相同的槽线13，形状如图3(b)所示，槽线13两端为对称的阶梯圆环，中间为一根细长的连接槽线，阶梯圆环外侧削平，使得槽线的长度小于双极化天线位于对角线两端的端口之间的距离，槽线13与金属带线7形成槽线-带状线过渡结构。能量从能量输入端口P1馈入，经过两次槽线-带状线的转换，从能量输出端口P2、P3输出等幅反相信号。
下面给出本发明的一个具体实施例：
本实施例工作于X波段。图3中所示微带板6总体尺寸为14.5mm×14.5mm×1.016mm，端口P2、P3间距为12.4mm，槽线13长度为8.06mm，空气腔5高度为4mm。介质基板10、11选用Rogers RT/duroid 6002。该结构的仿真曲线如图4(a)-图4(c)所示，在40％的带宽内，输入端驻波低于1.4，两输出端输出信号幅度基本一致，相位差在180°±0.5°以内。

Claims (1)

1.一种小型化的宽带双极化天线馈电网络，由上层三端口网络(1)和下层三端口网络(2)组成，上层三端口网络(1)和下层三端口网络(2)结构完全相同，下层三端口网络(2)相对于上层三端口网络(1)绕纵轴旋转90°放置；
所述上层三端口网络(1)包括金属上盖板(3)、金属下盖板(4)以及微带板(6)，所述微带板(6)紧密压合于金属上盖板(3)和金属下盖板(4)之间；金属上盖板(3)和金属下盖板(4)在微带板(6)上下表面的槽线位置均有凸起形成空气腔(5)；
微带板(6)包括金属带线(7)、上层金属地(8)、下层金属地(9)、上层介质基板(10)、下层介质基板(11)以及金属化过孔(12)，其中金属带线(7)为一条或多条弯折的导线，压合于上层介质基板(10)和下层介质基板(11)中间；上层金属地(8)、下层金属地(9)分别位于上层介质基板(10)的上表面和下层介质基板(11)的下表面；金属化过孔(12)为多个围绕金属带线(7)和槽线(13)分布的通孔，每个金属化过孔(12)垂直穿过上层介质基板(10)和下层介质基板(11)，与上层金属地(8)和下层金属地(9)相接，上层金属地(8)和下层金属地(9)上蚀刻有完全相同的槽线(13)，槽线(13)两端为对称的阶梯圆环，中间为一根细长的连接槽线，阶梯圆环外侧削平，使得槽线(13)的长度小于双极化天线位于对角线两端的端口之间的距离，槽线(13)与金属带线(7)形成槽线-带状线过渡结构，能量从能量输入端口馈入，经过两次槽线-带状线的转换，从能量输出端口输出等幅反相信号。
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