CN107768833B - 一种任意极化宽波束贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种任意极化宽波束贴片天线，包括第一电路板、第二电路板，第一电路板包含的方形金属环、八条寄生金属线，第二电路板包含方形金属地板、辐射贴片，四个塑料螺柱。本发明可以用于卫星通信系统中，也可作为相控阵天线的阵元。其优点是可工作于任意极化方式，且都拥有宽波束特性，同时拥有低后瓣电平，结构紧凑。

Description

一种任意极化宽波束贴片天线

技术领域

本发明属于微波毫米波无源器件技术领域，尤其涉及微波毫米波无源器件中的宽波束天线。

背景技术

贴片天线是现代无线通信系统中一种常用的天线形式，因其剖面低，性能稳定，易于集成，低成本等特点，被广泛的用于小型化接收终端，相控阵雷达，通信卫星中。在这些运用中都要求贴片天线具有宽波束特性，但是贴片天线的典型3dB波束宽度为90°左右，还不能满足某些运用的需求。对于相控阵天线来说，阵元的波束宽度将直接影响到扫描范围的大小。同时在北斗/GPS等导航卫星终端系统中，要求天线具有半球覆盖能力，传统的贴片天线远远不能满足这项要求。

目前的宽波束贴片天线大多是针对圆极化设计的，还有的有的设计成双圆极化，很少看见工作于线极化的宽波束天线。但是对于有些工作于线极化波的系统，使用圆极化天线无法发射线极化波，切接收线极化波会有3dB的损耗。因此研究一款具有任意极化方式的宽波束天线具有较大的实用价值。

为了展宽贴片天线的波束宽度，禇庆昕等人提出了一款加载寄生圆环的宽波束贴片天线(禇庆昕、潘泽坤、林伟鑫，加载寄生圆环的宽波束圆极化微带天线，中国发明专利，申请号201310121176.8，申请日2013.04.19)。然而该天线只能实现圆极化的波束展宽，无法在线极化的工作方式下展宽波束，同时该天线后瓣电平较高。杨峰等人提出过一款使用金属柱展宽波束的贴片天线(杨峰、吴川、赵涵、张银、张鹏、欧阳骏，一种实现宽波束的地剖面圆极化微带天线，中国发明专利，申请号201210434559.6申请日2012.11.05)。该贴片天线在主辐射贴片周围加载金属柱形成寄生偶极子从而展宽波束。同样该天线只能工作于圆极化模式，且后瓣电平由于寄生偶极子的辐射也比较高。肖绍球等人提出了一款加载微带振子的贴片天线用于展宽波束(肖绍球、王毅龙、袁睿、朱伟、王秉中，一种宽带宽波束圆极化八木-微带天线，中国发明专利，申请号201510284153.8申请日2015.05.28)。该天线利用微带振子充当引向器，从而使得底仰角的波束有端射特性而展宽波束，但是该款天线波束展宽不理想只有100°的宽度，而且同样存在只能工作于圆极化，后半辐射大等特点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种可以工作于任意极化方式的宽波束贴片天线，同时实现减小后瓣电平的功能。

为实现上述目的，本发明才去的技术方案是：一种任意极化宽波束贴片天线，包括第一电路板、第二电路板、四个塑料螺柱以及四个馈电端口；其特征在于：第一电路板包括第一介质基板以及印刷在第一介质基板上表面的金属组合结构；第二电路板包括第二介质基板、印刷在第二介质基板上表面的辐射贴片以及印刷在第二介质基板下表面的方形金属地板；所述的第一电路板与第二电路板通过四个等长度的塑料螺柱对齐并上下层叠在一起；所述的四个馈电端口中心对称，通过金属过孔连接到辐射贴片的四个对称馈电点上，通过不同的馈电方式实现不同的极化。

进一步的，所述第一介质基板上表面的金属组合结构由一个方形金属环和八条金属线组成；所述的方形金属环中心重合于辐射贴片置于其上方，内边长小于辐射贴片的边长，外边长大于辐射贴片的边长；八条金属线完全相同，两个一对，对称分布于方形金属环四周，长度略小于半个工作波长。

进一步的，所述辐射贴片形状为正方形；方形金属地板也为正方形且中心重合于辐射贴片，方形金属地板边长略大于方形金属环的外边长，同时小于两对金属线的内间距。

本发明的优点和有益效果：

(1)本发明在任意极化工作方式下都具有宽波束特性。和现有的单纯圆极化宽波束天线相比具有更大的适应范围。

(2)本发明通过寄生金属线和寄生金属方环，极大的展宽了波束宽度，E面波束宽度为140°，H面波束宽度达到178°。和现有技术相比波束宽度较宽。

(3)本发明后瓣电平相比于现有技术较低，为-12.4dB。这有利于减小对系统其它部件的干扰。

(4)本发明地板较小，地板面积仅仅略大于主辐射贴片面积。在不影响后瓣电平的情况下具有结构紧凑的特点。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图

图2是本发明线极化工作方式下E面方向图和传统贴片天线对比

图3是本发明线极化工作方式下H面方向图和传统贴片天线对比

图4是本发明圆极化工作方式下E面方向图和传统贴片天线对比

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种任意极化宽波束贴片天线，包括第一电路板1、第二电路板2、四个塑料螺柱3以及四个馈电端口4；其特征在于：第一电路板1包括第一介质基板11以及印刷在第一介质基板11上表面的金属组合结构5；第二电路板2包括第二介质基板21、印刷在第二介质基板21上表面的辐射贴片22以及印刷在第二介质基板21下表面的方形金属地板23，两个介质基板均为厚度2mm的F4B高频板；所述的第一电路板1与第二电路板2通过四个等长度的塑料螺柱3对齐并上下层叠在一起，螺柱长度为6mm；所述的四个馈电端口4中心对称，通过金属过孔连接到辐射贴片22的四个对称馈电点上，通过不同的馈电方式实现不同的极化。所述第一介质基板1上表面的金属组合结构5由一个方形金属环51和八条金属线52组成，金属环内边长为36mm外边长为43mm；所述的方形金属环51中心重合于辐射贴片22置于其上方；八条金属线52完全相同，两个一对，对称分布于方形金属环51四周，长度为40mm宽度为2mm，每对金属线52间距为6mm，每两对金属线距离为55mm。所述辐射贴片22形状为正方形，边长为38mm；方形金属地板23也为正方形且中心重合于辐射贴片22，方形金属地板23边长为45mm。

本发明的技术方案的原理是：上方方形金属环加载在辐射贴片上后会形成两个谐振点，方形金属环在这两个谐振点上的谐振电流反相。方形金属环低频谐振点远场和下方辐射贴片远场在Z方向叠加从而使波束变窄，增益提高；方形金属环高频谐振点远场和下方辐射贴片远场在Z方向抵消从而使波束变宽，增益下降。通过增加方形金属环的宽度可以将低频谐振点抑制掉，使工作频点落在高频谐振点的范围内从而增加E面波束宽度。

八条金属线作长度为半个波长，可以作为寄生偶极子由辐射贴片的耦合激励，其最大辐射方向指向低仰角方向，这样可以展宽H面的波束宽度。方形金属环2的高频谐振点的电流方向和金属线的电流方向相反，因此在想后辐射的远场上相互抵消从而减小后瓣电平。使用以上两种方式的结合可以使E面和H面的波瓣均被展宽，这样就展宽了整个三维波瓣宽度。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种任意极化宽波束贴片天线，包括第一电路板（1）、第二电路板（2）、四个塑料螺柱（3）以及四个馈电端口（4）；其特征在于：第一电路板（1）包括第一介质基板（11）以及印刷在第一介质基板（11）上表面的金属组合结构（5）；第二电路板（2）包括第二介质基板（21）、印刷在第二介质基板（21）上表面的辐射贴片（22）以及印刷在第二介质基板（21）下表面的方形金属地板（23）；所述的第一电路板（1）与第二电路板（2）通过四个等长度的塑料螺柱（3）对齐并上下层叠在一起； 所述的四个馈电端口（4）中心对称，通过金属过孔连接到辐射贴片（22）的四个对称馈电点上，通过不同的馈电方式实现不同的极化；

所述第一介质基板（11）上表面的金属组合结构（5）由一个方形金属环（51）和八条金属线（52）组成；所述的方形金属环（51）中心重合于辐射贴片（22）置于其上方，内边长小于辐射贴片（22）的边长，外边长大于辐射贴片（22）的边长；八条金属线（52）完全相同，两个一对，对称分布于方形金属环（51）四周，长度略小于半个工作波长；

所述辐射贴片（22）形状为正方形；方形金属地板（23）也为正方形且中心重合于辐射贴片（22），方形金属地板（23）边长略大于方形金属环（51）的外边长，同时小于两对金属线（52）的内间距。