CN106898876A - 一种宽带串馈圆极化贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带串馈圆极化贴片天线，设置有：矩形辐射介质基板；矩形辐射介质基板由上表面的小方形辐射金属贴片和下表面的大方形辐射金属贴片组成；矩形馈电介质基板上下表面分别印制有矩形金属片和串馈微带线，串馈微带线末端通过负载电阻与矩形金属片相连；矩形金属片上蚀刻有N组矩形金属缝隙。本发明采用串馈微带线和负载电阻结合的串行行波馈电结构，简化了天线馈电网络，便于制作加工；采用大小两种不同大小的辐射贴片，展宽了天线的辐射增益带宽；在大方形辐射金属贴片下设置了两个方向垂直的矩形金属缝隙，且两个矩形金属缝隙相位差为90°，使天线阵元轴比取得一个较小值，最终使得天线轴比带宽得到很大改善。

Description

一种宽带串馈圆极化贴片天线
技术领域
本发明属于圆极化天线技术领域，尤其涉及一种宽带串馈圆极化贴片天线。
背景技术
圆极化天线以其众多优势被广泛的应用于各类通信系统中。大容量、高速率无线通信系统对宽带天线有着较高的要求。常用的单馈点或者双馈点圆极化微带天线虽然结构简单便于加工但是轴比带宽较窄；常用的四臂螺旋天线圆极化特性优异但是天线剖面较高，加工困难，成本较高。为解决上述问题而设计的宽带圆极化天线类型多样，其中以串馈圆极化天线为代表。串馈圆极化天线通常对个天线阵元给予合适幅度、相位的馈电，实现较高纯度的圆极化辐射。如中国发明专利，公开号为CN103904408A，公开了一种稳定相位中心测量天线，通过多个平面螺旋缝隙天线保证天线的高稳定相位中心，馈电网络采用串行行波微带线馈电电路，结构简单，但其轴比带宽较窄，且需要反射背腔，天线剖面较高。
综上所述，现有的串馈圆极化天线存在轴比带宽较窄，结构复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带串馈圆极化贴片天线，旨在解决现有的串馈圆极化天线存在带宽较窄，结构复杂的问题。
本发明是这样实现的，一种宽带串馈圆极化贴片天线，所述宽带串馈圆极化贴片天线设置有：
矩形辐射介质基板；
所述矩形辐射介质基板的上下表面印制有方形辐射金属贴片；所述方形辐射金属贴片由位于矩形辐射介质基板上表面的小方形辐射金属贴片和位于矩形辐射介质基板下表面的大方形辐射金属贴片组成；
矩形馈电介质基板上下表面分别印制有矩形金属片和串馈微带线，串馈微带线末端通过负载电阻与矩形金属片相连；
所述矩形金属片上蚀刻有N(3≤N≤100)组矩形金属缝隙；矩形金属缝隙沿一个圆周均匀分布。
进一步，所述小方形辐射金属贴片和大方形辐射金属贴片的个数均为N，3≤N≤100。
进一步，所述串馈微带线首端与同轴接口相连。
进一步，所述矩形辐射介质基板通过黏合介质基板固定在矩形馈电介质基板的上方。
进一步，所述N(3≤N≤100)个边长为WP1的小方形辐射金属贴片和N个边长为WP2的大方形辐射金属贴片分别沿半径为R1的圆均匀分布，WP1略小于1/2中心频率时的波导波长，WP2略大于1/2中心频率时的波导波长，且小方形辐射金属贴片21均位于大方形辐射金属贴片22的正上方。
进一步，所述N组矩形金属缝隙均位于N(3≤N≤100)个大方形辐射金属贴片的正下方，每组矩形金属缝隙包括两个矩形金属缝隙，方向互相垂直，且分别与其正上方的大方形辐射金属贴片的两条边平行。
进一步，所述串馈微带线上设置有N(3≤N≤100)段直角拐弯的传输线，N(3≤N≤100)段直角拐弯的传输线分别位于N(3≤N≤100)个大方形辐射金属贴片的正下方，且直角拐弯的传输线的两段垂直传输线分别与其上方的两个矩形金属缝隙垂直。
进一步，位于大方形辐射金属贴片的正下方两个垂直矩形金属缝隙之间的串馈微带线的电长度为1/4波导波长。
进一步，相邻两个大方形辐射金属贴片之间，串馈微带线的电长度为m+1/N倍波导波长，其中m≥0。
本发明提供的宽带串馈圆极化贴片天线，由于采用串馈微带线和负载电阻结合的串行行波馈电结构，和公开号为CN103904408A的中国发明专利相比，本发明不需要金属反射腔，简化了天线馈电网络，便于制作加工，剖面降低；采用大小两种不同大小的辐射贴片，使天线在中心频率附近产生位于一个高于中心频率和低于中心频率的两个谐振点，从而展宽了天线的辐射增益带宽；在大方形辐射金属贴片下设置了两个方向垂直的矩形金属缝隙，且两个矩形金属缝隙相位差为90°，使天线阵元轴小于10dB，最终使得天线的3-dB轴比带宽达到15％。
附图说明
图1是本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线结构示意图；
图2是本发明实施例提供的图1的侧面示意图。
图3是本发明实施例提供的串馈网络结构示意图。
图4是本发明实施例提供的辐射结构示意图。
图5是本发明实施例提供的实施例1的|S11|-频率仿真结果图。
图6是本发明实施例提供的实施例1的轴比-频率仿真结果图。
图7是本发明实施例提供的实施例1的不同平面的辐射方向图。
图中：1、矩形辐射介质基板；2、方形辐射金属贴片；3、矩形馈电介质基板；4、矩形金属片；5、串馈微带线；6、同轴接口；7、负载电阻；8、黏合介质基板；21、小方形辐射金属贴片；22、大方形辐射金属贴片；41、矩形金属缝隙；51、传输线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-图4所示，本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线，包括辐射介质基板、辐射金属贴片、串馈网络和黏合介质基板，所述辐射介质基板为矩形辐射介质基板1，所述辐射金属贴为方形辐射金属贴片2，所述串馈网络由矩形馈电介质基板3、矩形金属片4、串馈微带线5、同轴接口6和负载电阻7组成；在矩形辐射介质基板1的上下表面印制有方形辐射金属贴片2，所述方形辐射金属贴片2由位于矩形辐射介质基板1上表面的小方形辐射金属贴片21和位于矩形辐射介质基板1下表面的大方形辐射金属贴片22组成，小方形辐射金属贴片21和大方形辐射金属贴片22的个数均为N，3≤N≤100；在矩形馈电介质基板3上下表面分别印制有矩形金属片4和串馈微带线5，该串馈微带线5首端与同轴接口6相连，其末端通过负载电阻7与矩形金属片4相连；所述矩形金属片4上蚀刻有N组矩形金属缝隙41；所述矩形辐射介质基板1通过黏合介质基板8固定在矩形馈电介质基板3的上方。
本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线，N个边长为WP1的小方形辐射金属贴片21和N个边长为WP2的大方形辐射金属贴片22分别沿半径为R1的圆均匀分布，WP1<WP2，且小方形辐射金属贴片21均位于大方形辐射金属贴片22的正上方。
本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线，N组矩形金属缝隙41均位于N个大方形辐射金属贴片22的正下方，每个大方形辐射金属贴片22的正下方蚀刻有一组矩形金属缝隙41，每组矩形金属缝隙41包括两个矩形金属缝隙42，其方向互相垂直，且分别与其正上方的大方形辐射金属贴片22的两条边平行。
本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线，串馈微带线5上设置有N段直角拐弯的传输线51，这N段直角拐弯的传输线51分别位于N个大方形辐射金属贴片22的正下方，且直角拐弯的传输线51的两段垂直传输线分别与其上方的两个矩形金属缝隙42垂直。
本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线，位于大方形辐射金属贴片22的正下方两个垂直矩形金属缝隙41之间的串馈微带线5的电长度为1/4波导波长。
本发明实施例提供的宽带串馈圆极化贴片天线，相邻两个大方形辐射金属贴片22之间，串馈微带线5的电长度为(m+1/N)倍波导波长，其中m≥0。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图1所示，矩形辐射介质基板1的上下表面分别印制有小方形辐射金属贴片21和大方形辐射金属贴片22。矩形馈电介质基板3的上下表面分别印制有矩形金属片4和串馈微带线5；串馈微带线5的首端与同轴接口6相连，串馈微带线5的末端通过负载电阻7与矩形金属片4相连，负载电阻阻值为50Ω。矩形辐射介质基板1通过黏合介质基板8固定在矩形馈电介质基板3的上方。
如图2所示，矩形辐射介质基板1的厚度H1＝60mil，黏合介质基板8的厚度为H2＝8mil，矩形馈电介质基板3的厚度为H3＝20mil。
如图3所示，7组矩形金属缝隙41沿一个圆周均匀分布，每个金属缝隙长度LS＝3.5mm，宽度WS＝0.66mm。串馈微带线5的线宽DM＝1.2mm。
如图4所示，7个小方形辐射金属贴片21和7个大方形辐射金属贴片22绕一个半径为R1的圆周均匀分布，小方形辐射金属贴片21位于大方形辐射金属贴片22的正上方。小方形辐射金属贴片21的边长为WP1，大方形辐射金属贴片22的边长为WP2。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
1、仿真内容
1.1利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述实施例1的|S11|参数进行仿真计算，结果如图5所示。
1.2利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述实施例1的轴比进行仿真计算，结果如图6所示。
1.3利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述实施例1的远场辐射方向图进行仿真计算，结果如图7所示，其中：7(a)为实施例1天线在10GHz的XOZ面辐射方向图，7(b)为实施例1天线在10GHz的YOZ面辐射方向图。
2、仿真结果
如图5所示，天线在8.9GHz～12GHz的频段内|S11|<-10dB。
如图6所示，天线的3dB轴比带宽为9.38GHz～11.04GHz，相对带宽为16％。
如图7所示，图7(a)为在10GHz的XOZ面辐射方向图，图7(b)为实施例1在10GHz的YOZ面辐射方向图。
以上仿真结果说明，本发明天线具有理想的阻抗带宽及轴比带宽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述宽带串馈圆极化贴片天线设置有：
矩形辐射介质基板；
所述矩形辐射介质基板的上下表面印制有方形辐射金属贴片；所述方形辐射金属贴片由位于矩形辐射介质基板上表面的小方形辐射金属贴片和位于矩形辐射介质基板下表面的大方形辐射金属贴片组成；
矩形馈电介质基板上下表面分别印制有矩形金属片和串馈微带线，串馈微带线末端通过负载电阻与矩形金属片相连；
所述矩形金属片上蚀刻有N组矩形金属缝隙；矩形金属缝隙沿一个圆周均匀分布。
2.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述小方形辐射金属贴片和大方形辐射金属贴片的个数均为N，3≤N≤100。
3.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述串馈微带线首端与同轴接口相连。
4.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述矩形辐射介质基板通过黏合介质基板固定在矩形馈电介质基板的上方。
5.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述N个边长为WP1的小方形辐射金属贴片和N个边长为WP2的大方形辐射金属贴片分别沿半径为R1的圆均匀分布，WP1<WP2，且小方形辐射金属贴片21均位于大方形辐射金属贴片22的正上方。
6.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述N组矩形金属缝隙均位于N个大方形辐射金属贴片的正下方，每组矩形金属缝隙包括两个矩形金属缝隙，方向互相垂直，且分别与其正上方的大方形辐射金属贴片的两条边平行。
7.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，所述串馈微带线上设置有N段直角拐弯的传输线，N段直角拐弯的传输线分别位于N个大方形辐射金属贴片的正下方，且直角拐弯的传输线的两段垂直传输线分别与其上方的两个矩形金属缝隙垂直。
8.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，位于大方形辐射金属贴片的正下方两个垂直矩形金属缝隙之间的串馈微带线的电长度为1/4波导波长。
9.如权利要求1所述的宽带串馈圆极化贴片天线，其特征在于，相邻两个大方形辐射金属贴片之间，串馈微带线的电长度为m+1/N倍波导波长，其中m≥0。
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