CN107275769A - 一种宽带平面端射圆极化天线 - Google Patents

一种宽带平面端射圆极化天线 Download PDF

Info

Publication number
CN107275769A
CN107275769A CN201710414236.3A CN201710414236A CN107275769A CN 107275769 A CN107275769 A CN 107275769A CN 201710414236 A CN201710414236 A CN 201710414236A CN 107275769 A CN107275769 A CN 107275769A
Authority
CN
China
Prior art keywords
row
antenna
plated
hole
dielectric substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710414236.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张金栋
陈祥云
吴翠翠
陈峤羽
吴文
冯敏
姚祺
汤普祥
周雅莉
张弘毅
韦方
韦一方
陈国杭
汪映展
李光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201710414236.3A priority Critical patent/CN107275769A/zh
Publication of CN107275769A publication Critical patent/CN107275769A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于基片集成波导的平面端射宽带圆极化天线，该天线为单层介质板结构，分为SIW结构和正反线性渐变槽结构两部分，天线包括介质基片，介质基片上表面镀有上层金属层，介质基片下层镀有下层金属层；其中SIW结构部分开有三排金属化通孔：左右两排关于介质基片中轴线对称的金属化通孔与天线底端一排金属化通孔，介质基片上设置一个馈电点；正反线性渐变槽结构的上层金属层和下层金属层的结构相同，均为直角梯形结构，直角梯形的上底边均与单层介质板的顶端重合。本发明采用基片集成波导，具有结构简单、圆极化带宽宽、成本低、剖面低、易共形的优点。

Description

一种宽带平面端射圆极化天线
技术领域
本发明涉及圆极化天线领域，特别是一种平面形式的宽带端射圆极化天线。
背景技术
圆极化天线在卫星通信，雷达探测等方面有广阔的应用。普通的喇叭圆极化天线虽然带宽较宽，但是剖面较高。为了降低剖面，减小体积，常用的方法是采用微带天线实现圆极化，虽然体积减小但是限制了带宽，且辐射方向只能是边射方向，不满足许多场合的需求。因此设计一种宽带、低剖面辐射方向为端射的圆极化天线具有潜在的应用价值。
现有的平面端射圆极化天线多采用磁微带偶极子和一对侧向印刷的导体壁实现，在此类设计中，磁偶极子由缝隙等效，而侧向印刷的导体壁则等效为电偶极子，等效磁偶极子产生垂直方向的电场分量，等效电偶极子产生水平方向的电场分量，通过一个电介质条状线产生90度的相位差；但是此类天线的天线尺寸较大，结构不紧凑，并且带宽受到限制，不适合许多场合的使用。此外还有利用平面型的螺旋结构来实现天线的端射圆极化辐射，此类天线利用印刷的金属直条与金属过孔形成螺旋结构，沿着直条的电流和沿着过孔的电流分别形成水平极化分量和垂直极化分量。虽然此类圆极化天线能够实现较宽的带宽，但是其结构复杂，剖面高，不利于天线系统的小型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带平面端射圆极化天线。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种平面端射宽带圆极化天线，该天线为单层介质板结构，分为SIW结构和正反线性渐变槽结构两部分，天线包括介质基片，介质基片上表面镀有上层金属层，介质基片下层镀有下层金属层；
其中SIW结构部分开有三排金属化通孔：左右两排关于介质基片中轴线对称的金属化通孔与天线底端一排金属化通孔，介质基片上设置一个馈电点；
正反线性渐变槽结构的上层金属层和下层金属层的结构相同，均为直角梯形结构，直角梯形的上底边均与单层介质板的顶端重合，上层金属层的直角边与单层介质板顶端直角边重合，下层金属层的直角边与单层介质板顶端的另一个直角边重合。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明天线采用基片集成波导与正反线性渐变结构相结合实现圆极化，介质基片上下层的渐变金属片不但可以产生水平极化的电场分量，而且其渐变结构起到了移相的作用，使天线结构更为紧凑；2)本发明利用一排金属通孔将天线的非辐射方向封闭，因此天线具有较强的定向辐射能力；3)本发明结构简单，体积小，成本低，有利于天线系统小型化，可批量生产，并可用作单元形成平面端射圆极化天线阵列；4)本发明同时满足了平面化，端射，宽带以及圆极化的要求。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例天线的整体结构正视图。
图2为本发明实施例天线的整体结构后视图。
图3为本发明实施例天线的整体结构的侧视图。
图4为本发明实施例天线的整体结构的俯视图。
图5为本发明实施例天线的S参数仿真图。
图6为本发明实施例天线的轴比参数仿真图。
图7为本发明实施例天线的增益参数仿真图。
图8为本发明实施例天线中心频率26.4GHz的仿真方向图。
具体实施方式
结合图1，本发明公开了一种宽带平面端射圆极化天线，该天线为单层介质板结构，分为SIW结构和正反线性渐变槽结构两部分，天线包括介质基片6，介质基片上表面镀有上层金属层2，介质基片下层镀有下层金属层3；
其中SIW结构部分开有三排金属化通孔：左右两排关于介质基片中轴线对称的金属化通孔1与天线底端一排金属化通孔4，介质基片上设置一个馈电点5；
正反线性渐变槽结构的上层金属层和下层金属层的结构相同，均为直角梯形结构，直角梯形的上底边均与单层介质板的顶端重合，上层金属层的直角边与单层介质板顶端直角边重合，下层金属层的直角边与单层介质板顶端的另一个直角边重合。
所述SIW结构工作在TE10模，产生的电场垂直与介质基板；正反线性渐变槽结构产生的电场由一个直角梯形金属层指向另一个直角梯形金属层；SIW结构的电场与正反线性渐变槽结构产生的电场存在90度相位差，从而产生圆极化辐射。
所述馈电点5距离左右两排金属化通孔1的距离相同，馈电点5的圆心距离天线底端一排金属化通孔4的等效电壁的距离为λ为工作波长。
所述介质基片宽度为9mm，长度为15mm，厚度为1.524mm，SIW结构左右两排关于介质基片中轴线对称的金属化通孔1与天线底端一排金属化通孔4的孔直径均为0.5mm；SIW结构左右两排金属化通孔1的圆心之间距离为8mm，SIW结构左右两排金属化通孔每排的相邻两孔圆心之间的距离为0.933mm，SIW结构左右两排金属化通孔最靠近正反线性渐变槽部分的通孔的圆心距离金属片的截断处的距离为0.2mm；天线底端一排金属化通孔4的圆心距离天线底端边缘的距离为0.75mm，天线底端一排金属化通孔4的相邻两孔圆心之间的距离为1mm；正反线性渐变槽结构的直角梯形金属层的上底边为1.7mm,下底边为5.5mm，高为5.4mm。
馈电点5的圆心距离天线底端一排金属化通孔4圆心的距离为2.55mm。
本发明采用基片集成波导，具有结构简单、圆极化带宽宽、成本低、剖面低、易共形的优点。
下面结合附图，对本发明技术方案进行详细说明。
实施例1
一种宽带平面端射圆极化天线，单层介质板结构，包括一片介质基片6，介质基片上表面镀有一层金属2，金属层前端为线性渐变结构，介质基片下层镀有一层金属3，金属层前端为线性渐变结构，与上层渐变结构对称。介质基片上有三排金属化通孔：左右两排金属化通孔1与天线底端一排金属化通孔4，介质基片上有一个馈电点5。
图1给出本发明天线的整体结构正视图，图2给出本发明天线的整体结构的后视图，图3给出其立体结构的侧视图，图4给出其立体结构的俯视图。图中的矩形轮廓表示介质基片，图1中的不规则形状表示上层金属层2，图2中的不规则形状表示下层金属层3；黑色填充部分为金属化通孔1和金属化通孔4。从图中可以看到，本专利所述的天线由一层平面介质基板6构成，介质基片6与上下表面金属层2、3以及金属化通孔1构成基片集成波导结构，基片集成波导工作在TE10模式，产生的电场在介质基片内部且方向垂直于介质基片，而两层金属前端的渐变结构产生的电场由一层金属片的端点指向另一层金属片的端点，由此得到实现圆极化所需要的两个正交的电场分量。通过调节渐变结构的张角和长度，可使两分量幅度相等相位相差90度，从而实现圆极化辐射。金属化通孔4避免了不必要的背向辐射，保证天线的有效辐射均由正反线性渐变结构产生。介质基片内部有一馈电点5。
制作的实施例1采用相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027，厚度为1.524mm的介质基板Rogers4003作为本发明天线中的介质基板6。馈电点距离底部封闭孔中心的距离为2.55mm，约为金属化孔的直径均为0.5mm。为避免基片集成波导中出现高次模，介质基片的宽度不宜过宽，本实施例中采用的介质基片宽度为9mm。
制作的实施例1的设计中心频率为26.4GHz，图5所示为所述天线的仿真S11结果，由图中可以看出，小于-10dB的带宽范围为：25.46GHz-27.92GHz，相对带宽为9.21％，在中心频率处S11的值小于-34dB，本发明具有较好的发射效率。
图6所示为所述天线的仿真轴比结果，由图中可看出，小于3dB的轴比带宽为：23.14GHz-28.01GHz，相对带宽为19.09％，因此本发明可以在较宽的频带内实现较好的圆极化特性。
图7所示为所述天线的仿真增益结果，由图中可以看出天线辐射右旋圆极化波，中心处增益为5dB，且中心处的左旋圆极化增益很低，因此本设计具有很好的圆极化纯度。
图8所示为所述天线在中心频率26.4GHz时和方向的仿真方向图。由图可以看出，由于天线单元的对称性，方向图没有发生偏移。因此本发明可以实现严格的端向辐射。

Claims (5)

1.一种宽带平面端射圆极化天线，其特征在于，该天线为单层介质板结构，分为SIW结构和正反线性渐变槽结构两部分，天线包括介质基片(6)，介质基片上表面镀有上层金属层(2)，介质基片下层镀有下层金属层(3)；
其中SIW结构部分开有三排金属化通孔：左右两排关于介质基片中轴线对称的金属化通孔(1)与天线底端一排金属化通孔(4)，介质基片上设置一个馈电点(5)；
正反线性渐变槽结构的上层金属层和下层金属层的结构相同，均为直角梯形结构，直角梯形的上底边均与单层介质板的顶端重合，上层金属层的直角边与单层介质板顶端直角边重合，下层金属层的直角边与单层介质板顶端的另一个直角边重合。
2.根据权利要求1所述的一种宽带平面端射圆极化天线，其特征在于：SIW结构工作在TE10模，产生的电场垂直与介质基板；正反线性渐变槽结构产生的电场由一个直角梯形金属层指向另一个直角梯形金属层；SIW结构的电场与正反线性渐变槽结构产生的电场存在90度相位差，从而产生圆极化辐射。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽带平面端射圆极化天线，其特征在于：馈电点(5)距离左右两排金属化通孔(1)的距离相同，馈电点(5)的圆心距离天线底端一排金属化通孔(4)的等效电壁的距离为λ为工作波长。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种宽带平面端射圆极化天线，其特征在于：介质基片宽度为9mm，长度为15mm，厚度为1.524mm，SIW结构左右两排关于介质基片中轴线对称的金属化通孔(1)与天线底端一排金属化通孔(4)的孔直径均为0.5mm；SIW结构左右两排金属化通孔(1)的圆心之间距离为8mm，SIW结构左右两排金属化通孔每排的相邻两孔圆心之间的距离为0.933mm，SIW结构左右两排金属化通孔最靠近正反线性渐变槽部分的通孔的圆心距离金属片的截断处的距离为0.2mm；天线底端一排金属化通孔(4)的圆心距离天线底端边缘的距离为0.75mm，天线底端一排金属化通孔(4)的相邻两孔圆心之间的距离为1mm；正反线性渐变槽结构的直角梯形金属层的上底边为1.7mm,下底边为5.5mm，高为5.4mm。
5.根据权利要求4所述的一种宽带平面端射圆极化天线，其特征在于：馈电点(5)的圆心距离天线底端一排金属化通孔(4)圆心的距离为2.55mm。
CN201710414236.3A 2017-06-05 2017-06-05 一种宽带平面端射圆极化天线 Pending CN107275769A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710414236.3A CN107275769A (zh) 2017-06-05 2017-06-05 一种宽带平面端射圆极化天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710414236.3A CN107275769A (zh) 2017-06-05 2017-06-05 一种宽带平面端射圆极化天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107275769A true CN107275769A (zh) 2017-10-20

Family

ID=60065821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710414236.3A Pending CN107275769A (zh) 2017-06-05 2017-06-05 一种宽带平面端射圆极化天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107275769A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107978853A (zh) * 2017-10-27 2018-05-01 华南理工大学 一种端射圆极化毫米波天线
CN108666750A (zh) * 2018-04-09 2018-10-16 广东曼克维通信科技有限公司 基片集成波导圆极化天线
CN109860994A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 中国人民解放军陆军工程大学 一种具有宽带端射圆极化特性的平面微带贴片天线
CN110492242A (zh) * 2019-08-20 2019-11-22 西安电子科技大学 一种超薄半壁短路圆极化顶端辐射天线
CN113097716A (zh) * 2021-03-19 2021-07-09 重庆邮电大学 一种采用基片集成波导技术的宽带圆极化端射天线
CN113285229A (zh) * 2021-06-07 2021-08-20 南京邮电大学 基于人工表面等离子激元的高增益端射圆极化天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105281023A (zh) * 2014-06-30 2016-01-27 中国科学院深圳先进技术研究院 一种环形半模基片集成波导背射天线
CN105720357A (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 北京邮电大学 一种圆极化天线
US9559431B2 (en) * 2012-06-08 2017-01-31 Ucl Business Plc Antenna configuration for use in a mobile communication device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9559431B2 (en) * 2012-06-08 2017-01-31 Ucl Business Plc Antenna configuration for use in a mobile communication device
CN105281023A (zh) * 2014-06-30 2016-01-27 中国科学院深圳先进技术研究院 一种环形半模基片集成波导背射天线
CN105720357A (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 北京邮电大学 一种圆极化天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MAO YE: "Planar circularly polarized endfire antenna based on superposition of complementary dipoles", 《2016 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ANTENNAS AND PROPAGATION 》 *
WEN-JUN LU: "Planar Endfire Circularly Polarized Antenna Using Combined Magnetic Dipoles", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107978853A (zh) * 2017-10-27 2018-05-01 华南理工大学 一种端射圆极化毫米波天线
CN107978853B (zh) * 2017-10-27 2024-04-16 华南理工大学 一种端射圆极化毫米波天线
CN108666750A (zh) * 2018-04-09 2018-10-16 广东曼克维通信科技有限公司 基片集成波导圆极化天线
CN108666750B (zh) * 2018-04-09 2020-01-14 广东曼克维通信科技有限公司 基片集成波导圆极化天线
CN109860994A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 中国人民解放军陆军工程大学 一种具有宽带端射圆极化特性的平面微带贴片天线
CN109860994B (zh) * 2019-01-21 2020-10-20 中国人民解放军陆军工程大学 一种具有宽带端射圆极化特性的平面微带贴片天线
CN110492242A (zh) * 2019-08-20 2019-11-22 西安电子科技大学 一种超薄半壁短路圆极化顶端辐射天线
CN110492242B (zh) * 2019-08-20 2020-08-04 西安电子科技大学 一种超薄半壁短路圆极化顶端辐射天线
CN113097716A (zh) * 2021-03-19 2021-07-09 重庆邮电大学 一种采用基片集成波导技术的宽带圆极化端射天线
CN113285229A (zh) * 2021-06-07 2021-08-20 南京邮电大学 基于人工表面等离子激元的高增益端射圆极化天线
CN113285229B (zh) * 2021-06-07 2022-05-20 南京邮电大学 基于人工表面等离子激元的高增益端射圆极化天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107275769A (zh) 一种宽带平面端射圆极化天线
CN108832288B (zh) 基于基片集成波导siw的背腔缝隙双频毫米波天线
CN104900998B (zh) 低剖面双极化基站天线
CN107394381A (zh) 一种采用堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线
US7663553B2 (en) Dielectric resonator antenna (DRA) with a transverse-rectangle well
US7782266B2 (en) Circularly-polarized dielectric resonator antenna
CN106935963A (zh) 高隔离度双极化环缝微带天线单元
CN108493626A (zh) 一种基于sic技术的四单元双极化微带天线阵
CN106329106A (zh) 一种基于siw技术的宽带高隔离度低交叉极化双极化微带天线阵
KR100944968B1 (ko) 스피드론 프랙탈 구조의 광대역 원형편파 안테나
CN105048078B (zh) 一种共口径多频段宽波束圆极化天线
CN113078459B (zh) 一种低剖面宽带圆极化磁电偶极子天线
CN102299416B (zh) 含密堆积pbg及耦合腔的微带北斗缝隙天线阵
CN104157968A (zh) 一种新概念宽带圆极化天线
JP5388943B2 (ja) 導波管・ｍｓｌ変換器及び平面アンテナ
CN106848599A (zh) 一种c波段缝隙耦合馈电的宽频带圆极化微带天线阵列
CN105633568A (zh) 一种特殊馈电形式的ltcc叠层宽频微带阵列天线
CN109860989A (zh) 基于集成基片间隙波导的圆极化缝隙天线
Thai et al. Design and development of a novel compact soft-surface structure for the front-to-back ratio improvement and size reduction of a microstrip Yagi array antenna
CN104201480A (zh) 一种新型ltcc叠层圆极化微带天线
CN106207430A (zh) 一种新型ltcc宽频带圆极化微带贴片阵列天线
CN103594807B (zh) 薄基片幅度校正宽带差波束平面喇叭天线
CN105846114B (zh) 双波段共口径天线
CN109390672B (zh) 一种基于液态金属汞的重力场调控全向圆极化天线
CN107611596A (zh) 一种紧凑安装的vhf频段宽带垂直极化偶极子天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171020