CN108063311A - 一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线和圆极化方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线和圆极化方法，该圆极化天线在十字缝天线的结构基础上，添加了第一连接线路和第二连接线路，使得通过所述第一连接线路的第一模式电流和通过所述第二连接线路的第二模式电流中，第一模式电流形成第一电场，第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。该第一连接线路和第二连接线路的结构，在尽量较小的影响天线其他参数的基础上，在不会提高天线的剖面，不会增加天线的整体大小的情况下，针对不同的缝隙长度与宽度采用不同的元件大小实现从线极化到圆极化的转变。

Description

一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线和圆极化方法

技术领域

本发明实施例涉及天线技术领域，尤其是涉及一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线和圆极化方法。

背景技术

天线本质上是导行波与自由空间波的换能器件，换能是指将传输线上的导行波转化为能够在自由空间里传输的电磁波及其相反的过程。电磁波在空间中传播时，其电场矢量的瞬时方向称为极化。根据极化规律的不同可将电磁波分为两种：线极化波和圆极化波。

圆极化波即是指瞬时电场矢量端点随时间变化的轨迹为圆形的电磁波，能够产生圆极化波的天线称之为圆极化天线。圆极化天线与线极化天线相比具有以下优点：首先，在对抗多径干扰和衰落效应上十分有效。电磁波在空间传播的过程中，遇到障碍物会反射回来，这些障碍物会引起圆极化电磁波的极化反转，因此该天线不会接收到反射回来的反转极化波，极大地降低了多径效应所带来的信号干扰。其次，圆极化波受“法拉第效应”影响较小，在航天探测器和弹道导弹的通信上具有极大优势。最后，圆极化天线对发射天线和接收天线没有严格的摆放性要求。与线极化天线相比，圆极化天线无论方向如何，其接受信号的强度始终恒定，使圆极化天线在许多无线通信领域到受到欢迎。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的方法无法在十字缝天线的基础上，在不增加天线的剖面和整体大小的情况下，通过简单的方法实现天线的十字缝天线到圆极化天线的转变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的无法在十字缝天线的基础上，在不增加天线的剖面和整体大小的情况下，通过简单的方法实现天线的十字缝天线到圆极化天线的转变的问题。

针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线，在十字缝所在的金属板上的设置有第一连接线路和第二连接线路；

所述十字缝由所述金属板上的第一缝隙和第二缝隙交汇而成，所述第一缝隙和所述第二缝隙交汇形成第一交汇点、第二交汇点、第三交汇点和第四交汇点；

所述第一连接线路的一端连接所述第一交汇点，另一端连接所述第三交汇点，所述第二连接线路的一端连接所述第二交汇点，另一端连接所述第四交汇点，所述第一连接线路和所述第二连接线路在预设的中心点连通；

在所述第一连接线路上，所述第一交汇点和所述中心点之间连接有第一元件，所述中心点和所述第三交汇点之间连接有第二元件；在所述第二连接线路上，所述述第二交汇点和所述中心点之间连接有第三元件，所述中心点和所述第四交汇点之间连接有第四元件；

所述金属板上的电流通过所述第一连接线路形成的第一模式电流，通过所述第二连接线路形成第二模式电流，所述第一模式电流形成第一电场，所述第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形；

其中，在所述金属板上，由所述第一交汇点、所述第二交汇点、所述第三交汇点和所述第四交汇点连接形成的矩形中，所述第一交汇点和所述第三交汇点为所述矩形的一条对角线的两个端点，所述第二交汇点和所述第四交汇点为所述矩形的另一条对角线的两个端点。

可选地，还包括微带线，和设置在所述金属板和所述微带线之间的介电材料；

所述圆极化天线的目标工作频率，与由未设置所述第一连接线路和所述第二连接线路的金属板所组成的十字缝天线对应的原始工作频率相同。

可选地，所述第一元件和所述第二元件为电容值相等的电容或者所述第一元件和所述第二元件为电感值相等的电感；

所述第三元件和所述第四元件为阻值相等的电阻。

可选地，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形，且所述第一元件和所述第二元件为电容，所述第三元件和所述第四元件为电阻；

所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，所述第一元件和所述第二元件的电容值均为C，所述第三元件和所述第四元件的电阻值均为R，R和C满足关系式和

其中，r为所述金属板上的等效电阻，k为所述金属板上的等效电抗，ω为所述金属板上的电流的频率。

可选地，所述十字缝的中心位置和所述金属板的中心位置重合；

所述第一缝隙的长度和所述第二缝隙的长度相等，所述第一缝隙的宽度和所述第二缝隙的宽度相等。

可选地，所述第一缝隙的长边的长度等于所述第二缝隙的长边的长度，所述第一缝隙的宽边的宽度等于所述第二缝隙的宽边的宽度。

另一方面，本发明的实施例提供了一种制作如以上所述的圆极化天线的方法，包括：

在由所述介电材料形成的基板的一侧形成包括所述十字缝、所述第一连接线路和所述第二连接线路的金属板；

在所述介电材料的另一侧形成所述微带线；

其中，所述金属板上的电流通过所述第一连接线路形成的第一模式电流，通过所述第二连接线路形成第二模式电流，所述第一模式电流形成第一电场，所述第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。

可选地，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形，且所述第一元件和所述第二元件为电容，所述第三元件和所述第四元件为电阻；

所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，所述第一元件和所述第二元件的电容值均为C，所述第三元件和所述第四元件的电阻值均为R，R和C，R和C满足关系式和

其中，r为所述金属板上的等效电阻，k为所述金属板上的等效电抗，ω为所述金属板上的电流的频率。

本发明的实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线和圆极化方法，该圆极化天线在十字缝天线的结构基础上，添加了第一连接线路和第二连接线路，使得通过所述第一连接线路的第一模式电流和通过所述第二连接线路的第二模式电流中，第一模式电流形成第一电场，第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。该圆极化天线通过在十字缝天线中加入第一连接线路和第二连接线路，调节十字缝天线地板上的电流走向，产生方向互相正交的第一电场和第二电场且第一电场合第二电场的幅值相等，从而实现十字缝天线的圆极化。其在尽量较小的影响天线其他参数的基础上，在不会提高天线的剖面，不会增加天线的整体大小的情况下，针对不同的缝隙长度与宽度采用不同的元件大小实现从线极化到圆极化的转变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线结构中金属板的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的制作如上述的圆极化天线的方法流程示意图；

图3是本发明另一个实施例提供的进行实验的第一种十字缝隙天线的金属板、微带线和截面结构的示意图；

图4是本发明另一个实施例提供的对应于图3中第一种单馈对称十字缝隙天线的回波损耗、方向图和Z轴方向比；

图5是本发明另一个实施例提供的按照图1所示的结构，对图3中所示的第一种十字缝天线结构进行改进，得到的圆极化天线的结构的示意图；

图6是本发明另一个实施例提供的对应于图5中的第一种十字缝隙天线改进后的圆极化天线的的回波损耗、方向图和Z轴方向比；

图7是本发明另一个实施例提供的进行实验的第二种单馈对称十字缝隙天线的金属板、微带线和截面结构的示意图；

图8是本发明另一个实施例提供的对应于图7中第二种单馈对称十字缝隙天线的回波损耗、方向图和Z轴方向比；

图9是本发明另一个实施例提供的按照图1所示的结构，对图7中所示的第二种单馈对称十字缝隙天线结构进行改进，得到的圆极化天线的结构的示意图；

图10是本发明另一个实施例提供的对应于图9中第二种十字缝隙天线改进后的圆极化天线的回波损耗、方向图和Z轴方向比。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本实施例提供的基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线结构中金属板的结构示意图，参见图1，该圆极化天线在十字缝所在的金属板上的设置有第一连接线路101和第二连接线路102；

所述十字缝由所述金属板上的第一缝隙和第二缝隙交汇而成，所述第一缝隙和所述第二缝隙交汇形成第一交汇点A、第二交汇点B、第三交汇点C和第四交汇点D；

所述第一连接线路101的一端连接所述第一交汇点A，另一端连接所述第三交汇点C，所述第二连接线路102的一端连接所述第二交汇点B，另一端连接所述第四交汇点D，所述第一连接线路101和所述第二连接线路102在预设的中心点E连通；

在所述第一连接线路上，所述第一交汇点A和所述中心点E之间连接有第一元件，所述中心点E和所述第三交汇点C之间连接有第二元件；在所述第二连接线路上，所述述第二交汇点B和所述中心点E之间连接有第三元件，所述中心点E和所述第四交汇点D之间连接有第四元件；

所述金属板上的电流通过所述第一连接线路形成的第一模式电流，通过所述第二连接线路形成第二模式电流，所述第一模式电流形成第一电场，所述第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形；

其中，在所述金属板上，由所述第一交汇点A、所述第二交汇点B、所述第三交汇点C和所述第四交汇点D连接形成的矩形中，所述第一交汇点A和所述第三交汇点C为所述矩形的一条对角线的两个端点，所述第二交汇点B和所述第四交汇点D为所述矩形的另一条对角线的两个端点。图1中被小圆点填充的部分为金属。

需要说明的是，本实施例提供的圆极化天线在单馈十字缝天线的基础上，通过添加第一连接线路和第二连接线路实现，当然，可理解的是，当在十字缝天线的金属板上添加了第一连接线路和第二连接线路，由于改变了金属板上的电流，为了使得圆极化天线的工作频率和单馈十字缝天线的工作频率相同，需要适应地调整微带线的尺寸，以使得圆极化天线的工作频率等于单馈十字缝天线的工作频率。

需要说明的是，第一元件、第二元件、第三元件和第四元件的配合，使得第一模式电流形成的第一电场和第二模式电流形成的第二电场中，第一电场和第二电场的幅值之间的差值小于预设差值，且第一电场和第二电场的相位差为(90°-α，90°+α)，从而保证第一电场和第二电场中，幅值较大的电场的第一幅值和幅值较小的电场的第二幅值之比小于或等于3dB，则实现了对该十字缝天线的圆极化。即根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形(对应的轴比为0)或者轴比小于或等于3dB的椭圆形.

本实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线，该圆极化天线在十字缝天线的结构基础上，添加了第一连接线路和第二连接线路，使得通过所述第一连接线路的第一模式电流和通过所述第二连接线路的第二模式电流中，第一模式电流形成第一电场，第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。该圆极化天线通过在十字缝天线中加入第一连接线路和第二连接线路，调节十字缝天线地板上的电流走向，产生方向互相正交的第一电场和第二电场且第一电场合第二电场的幅值相等，从而实现十字缝天线的圆极化。其在尽量较小的影响天线其他参数的基础上，在不会提高天线的剖面，不会增加天线的整体大小的情况下，针对不同的缝隙长度与宽度采用不同的元件大小实现从线极化到圆极化的转变。

进一步地，在上述实施例的基础上，还包括微带线103(如图4中的上方位于右侧的图)和设置在所述金属板和所述微带线之间的介电材料，如图4中下方的图所示，s为包含十字缝的金属板，m为微带线，s和m之间的h内即为介电材料；

所述圆极化天线的目标工作频率，与由未设置所述第一连接线路和所述第二连接线路的金属板所组成的十字缝天线对应的原始工作频率相同。

图4为按照图1所示的结构，对图3中所示的十字缝天线结构进行改进，得到的圆极化天线的结构。如图4所示，该圆极化天线的长为Gw，宽为Gm，高度为h，在XOY的坐标系内，金属板s上的第一缝隙和第二缝隙的长和宽分别相等，长为Ls，宽为Ws，微带线的长为Lm，宽为Wm。图1、图3、图5、图7和图9中被小圆点填充的部分均为金属。

需要说明的是，微带线的尺寸与金属板的结构有关，在具体的过程中，根据金属板上的电流对微带线的长和宽进行调节，以使得圆极化的目标工作频率和十字缝天线对应的原始工作频率相同。例如，金属板尺寸结构不同，则金属板对应的等效电阻和等效电抗也不相同，为了使得微带线在工作的频率等于原始工作频率，可以根据等效电阻和等效电抗对微带线的尺寸进行调节，直至圆极化天线的目标工作频率等于原始工作频率。微带线的尺寸调节过程可以通过相应的软件(例如，AWR的Microwave Office)调试得到，本实施例对此不做具体限制。

本实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线，通过调节圆极化天线的微带线，使得该圆极化天线的目标工作频率等于原始工作频率，得到在原始工作频率下的圆极化天线。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述第一元件和所述第二元件为电容值相等的电容或者所述第一元件和所述第二元件为电感值相等的电感；

所述第三元件和所述第四元件为阻值相等的电阻。

需要说明的是，若第一连接线路上的第一元件和第二元件均为电容，则第二连接线路上的第三元件和第四元件均为电阻。相反，若第一连接线路上的第一元件和第二元件均为电阻，则第二连接线路上的第三元件和第四元件均为电容。根据第一电场和第二电场的幅值之间的差值小于预设差值，且第一模式电流的相位和第二模式电流的相位的相位差为(90°-α，90°+α)，从而保证第一电场和第二电场中，幅值较大的电场的第一幅值和幅值较小的电场的第二幅值之比小于或等于3dB。可理解的是，采用电阻和电容结合更有利于获得性能稳定的圆极化天线。

本实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线，对第一元件和第二元件进行限定，通过本实施例提供的电阻和电容或者电感的简单结合，即可实现十字缝天线由线极化到圆极化的转变。

进一步地，在上述各实施例的基础上，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形，且所述第一元件和所述第二元件为电容，所述第三元件和所述第四元件为电阻；

所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，所述第一元件和所述第二元件的电容值均为C，所述第三元件和所述第四元件的电阻值均为R，R和C满足关系式和

其中，r为所述金属板上的等效电阻，k为所述金属板上的等效电抗，ω为所述金属板上的电流的频率。

需要说明的是，第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°对应了轴比为0的情况，满足该条件时，圆极化的天线的圆极化程度最高，圆极化效果最好。

当第一元件和第二元件为电容，第三元件和第四元件为电阻，为了使得所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，即相应的第一模式电流和第二模式电流需要也需要满足幅值相等，相位差为90°的条件，即：

θ＝arctan[k/(R+r)]

其中，为金属板上的平均电压，R为第一元件或第二元件的电阻值，C为第三元件或第四元件的电容值，r为金属板上等效电阻，k金属板上的等效电抗，ω为金属板上的电流的频率，I_mod1和I_mod2分别为第一模式电流和第二模式电流，θ和分别为第一模式电流和第二模式电流的相位角。

要使极化方式为圆极化，则I_mod1和I_mod2应该有90度相位差，且两个模式的幅值应该接近相等。即需要满足如下关系式：

A₁＝A₂

其中，A₁和A₂分别为第一模式电流和第二模式电流的幅值。

通过上述公式可知，R和C需满足和通过这两个关系式即可求解出R和C的值。

本实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线，通过本实施例提供的方法能够对第一连接线路上的电阻值和第二连接线路上的电容值进行求解。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述十字缝的中心位置和所述金属板的中心位置重合；

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述第一缝隙的长度和所述第二缝隙的长度相等，所述第一缝隙的宽度和所述第二缝隙的宽度相等。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述第一缝隙的长边的长度等于所述第二缝隙的长边的长度，所述第一缝隙的宽边的宽度等于所述第二缝隙的宽边的宽度。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述预设轴比为3dB。

第二方面，本实施例提供了制作如上述的圆极化天线的方法，如图2所示，该方法包括：

201：在由所述介电材料形成的基板的一侧形成包括所述十字缝、所述第一连接线路和所述第二连接线路的金属板；

202：在所述介电材料的另一侧形成所述微带线；

所述金属板上的电流通过所述第一连接线路形成的第一模式电流，通过所述第二连接线路形成第二模式电流，所述第一模式电流形成第一电场，所述第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。

进一步地，在上述实施例的基础上，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形，且所述第一元件和所述第二元件为电容，所述第三元件和所述第四元件为电阻；

所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，所述第一元件和所述第二元件的电容值均为C，所述第三元件和所述第四元件的电阻值均为R，R和C，R和C满足关系式和

其中，r为所述金属板上的等效电阻，k为所述金属板上的等效电抗，ω为所述金属板上的电流的频率。

本实施例提供了一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化方法，该圆极化天线方法，在十字缝天线的结构基础上，添加了第一连接线路和第二连接线路，使得通过所述第一连接线路的第一模式电流和通过所述第二连接线路的第二模式电流中，第一模式电流形成第一电场，第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。该圆极化天线通过在十字缝天线中加入第一连接线路和第二连接线路，调节十字缝天线地板上的电流走向，产生方向互相正交的第一电场和第二电场且第一电场合第二电场的幅值相等，从而实现十字缝天线的圆极化。其在尽量较小的影响天线其他参数的基础上，在不会提高天线的剖面，不会增加天线的整体大小的情况下，针对不同的缝隙长度与宽度采用不同的元件大小实现从线极化到圆极化的转变。为了进一步证明本实施例提供的圆极化天线的效果，本实施提供了相应的实验数据说明对单馈十字缝的缝隙天线的线极化到圆极化的改变，其实现过程如下：

(1)首先，我们设计了一款单馈对称十字缝隙天线，如图3所示，图3中上方位于左侧的图中的被小圆点填充的部分为金属(金属板)，图3中上方位于右侧的图中矩形框内的部分，即被小圆点填充的部分(微带线)为金属，图3中下方的图为该十字缝隙天线的截面图。上方位于左侧的图中的金属层(地板，即金属板)与上方位于右侧的图中的金属层(微带线)之间填充的是相对介电常数为3.38的Arlon 25N板(PCB板)，厚度为0.813mm。金属板s’和微带线m’中填充了高度为h的介电材料。设计过程中，首先确定地板的大小与地板上上十字缝的大小，在这款缝隙天线中，我们选取Gm＝Gw＝75mm，Ls＝19mm，Ws＝5mm。通过对微带线的调节将天线工作的中心频点调节到5GHz。调节后的微带线长度为Lm’＝39.7mm，Wm’＝17mm，采用的馈电方式为单馈侧馈法。

通过仿真得到图3中的天线的回波损耗，如图4中的(a)所示、方向图，如图4中的(b)所示、Z轴方向轴比，如图4中的(c)所示。从图4可以看出，该天线工作频带为4.97-5.04GHz，主要辐射方向为沿Z轴的正负半轴，且在工作带宽内沿z轴轴比大于40dB，为明显的线极化天线。

(2)接下来用本专利所设计的结构将这款单馈对称十字缝线极化天线改变为圆极化天线。不改变板子的大小与缝隙的大小，只在十字缝中间添加连接结构(即第一连接线路和第二连接线路，本实施例中，第一连接线路连接电容，第二连接线路连接电阻)，如图5所示。根据和求解得到的R为60Ω，C为0.025pF。即本实施例添加的第一连接线路中，第一元件和第二元件均为0.025pF的电容。第二连接线路中，第三元件和第四元件均为60Ω的电阻，如图5中上方左侧的图所示。

调节微带线宽度与长度，调整谐振频率。调整电阻R与电容C的大小，使天线实现圆极化。在调节过程中，微带线宽度长度也会影响圆极化的实现，综合考虑微带线与电阻、电容值实现对原天线的圆极化。经过实验和调节后，我们调整Lm＝43.5mm，Wm＝8.8mm，，调整后的微带线如图5中上方右侧的图所示。C＝0.025pF，R＝60ohm。经过仿真，我们得到这款天线经过圆极化改变之后的回波损耗，如图6中的(a)所示、方向图，如图6中的(b)所示、Z轴方向轴比，如图6中的(c)所示。由仿真结果可以看出，调整后的圆极化天线的工作频段在4.85GHz到5.20GHz，主要辐射方向为沿Z轴的正负半轴，在4.89GHz到5.14GHz的频段内轴比小于等于3dB，为明显的圆极化天线。通过这种连接结构的引入，我们实现了对单馈十字缝天线从线极化到圆极化的改变。

另一方面，为了证明此结构(第一连接线路和第二连接线路)可以适用于其他任意结构的单馈对称十字缝隙天线，我们设计了另外一款工作在中心频点为5GHz的单馈对称十字缝隙天线-天线，改十字缝天线的截面图如图7所示。该单馈对称十字缝隙天线-天线的金属板s’的结构如图7中上方左侧的图所示，微带线m’的结构如图7中上方右侧的图所示，截面示意图如图7中下方的图所示。如图7所示，该单馈对称十字缝隙天线-天线中，上层介质(高度为h1对应的介质)为Arlon DiClad 880，厚度为1.575mm。下层介质(高度为h2对应的介质)为空气介质，厚度为0.813mm。s’为地板(金属板)，m’为微带线。其中，地板与缝隙大小也发生改变，其中Gm＝Gw＝78mm，Ls＝23mm，Ws＝4.2mm.为了达到工作中心频点在5GHz。微带线的尺寸为Lm’＝41mm，Wm’＝1mm的微带线。未加入第一连接线路和第二连接线路之前，通过仿真得到图7中的天线的回波损耗，如图8中的(a)所示、方向图，如图8中的(b)所示、Z轴方向轴比，如图8中的(c)所示。从图8可以看出该天线工作频带为4.60-5.68GHz，主要辐射方向为沿Z轴的正负半轴，且在工作带宽内沿z轴轴比大于45dB，为明显的线极化天线。

接下来采用本专利所设计的结构将这款单馈对称十字缝线极化天线改变为圆极化天线。图9为按照图1所示的结构，对图7中所示的单馈对称十字缝隙天线-天线结构进行改进，得到的圆极化天线的结构，如图9所示，根据和求解得到的R为15Ω，电容C为0.025pF，即本实施例添加的第一连接线路中，第一元件和第二元件均为0.025pF的电容。第二连接线路中，第三元件和第四元件均为15Ω的电阻。

不改变板子的大小与缝隙的大小，只在图7中的十字缝中间添加连接结构与电容电阻(第一连接电路和第二连接电路)。调节微带线宽度与长度，调整谐振频率。调整电阻R与电容C的大小，使天线实现圆极化。在调解过程中，微带线宽度长度也会影响圆极化的实现，综合考虑微带线与电阻、电容值实现对原天线的圆极化。经过实验和调节后，调整后的Lm＝50.3mm，Wm＝8.7mm，C＝0.025pF，R＝15ohm。经过仿真得到对这款天线经过圆极化改变之后的的回波损耗，如图10(a)所示、方向图，如图10(b)所示、Z轴方向轴比，如图10(c)所示。由仿真结果可以看出，工作频段在4.96GHz到5.02GHz，主要辐射方向为沿Z轴的正负半轴，在4.96GHz到5.02GHz的频段内轴比小于等于3dB，为明显的圆极化天线。通过这种连接结构的引入，我们实现了对单馈十字缝天线从线极化到圆极化的改变。

通过对以上任选的两款单馈对称十字缝天线的线极化到圆极化的改变，可以证明本专利设计的极化改变方法适用于大多数单馈对称十字缝天线，这种实现圆极化的方法不增加原天线的剖面与体积，可以广泛应用到极化方式的改变上，另外如果对换添加结构中电阻与电容的位置，圆极化的方式也会在左旋圆极化与右旋圆极化之间改变。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于单馈十字缝天线结构的圆极化天线，其特征在于，在十字缝所在的金属板上的设置有第一连接线路和第二连接线路；

所述十字缝由所述金属板上的第一缝隙和第二缝隙交汇而成，所述第一缝隙和所述第二缝隙交汇形成第一交汇点、第二交汇点、第三交汇点和第四交汇点；

所述第一连接线路的一端连接所述第一交汇点，另一端连接所述第三交汇点，所述第二连接线路的一端连接所述第二交汇点，另一端连接所述第四交汇点，所述第一连接线路和所述第二连接线路在预设的中心点连通；

在所述第一连接线路上，所述第一交汇点和所述中心点之间连接有第一元件，所述中心点和所述第三交汇点之间连接有第二元件；在所述第二连接线路上，所述述第二交汇点和所述中心点之间连接有第三元件，所述中心点和所述第四交汇点之间连接有第四元件；

所述金属板上的电流通过所述第一连接线路形成的第一模式电流，通过所述第二连接线路形成第二模式电流，所述第一模式电流形成第一电场，所述第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形；

其中，在所述金属板上，由所述第一交汇点、所述第二交汇点、所述第三交汇点和所述第四交汇点连接形成的矩形中，所述第一交汇点和所述第三交汇点为所述矩形的一条对角线的两个端点，所述第二交汇点和所述第四交汇点为所述矩形的另一条对角线的两个端点。

2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，还包括微带线，和设置在所述金属板和所述微带线之间的介电材料；

所述圆极化天线的目标工作频率，与由未设置所述第一连接线路和所述第二连接线路的金属板所组成的十字缝天线对应的原始工作频率相同。

3.根据权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于，

所述第一元件和所述第二元件为电容值相等的电容或者所述第一元件和所述第二元件为电感值相等的电感；

所述第三元件和所述第四元件为阻值相等的电阻。

4.根据权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形，且所述第一元件和所述第二元件为电容，所述第三元件和所述第四元件为电阻；

所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，所述第一元件和所述第二元件的电容值均为C，所述第三元件和所述第四元件的电阻值均为R，R和C满足关系式和

其中，r为所述金属板上的等效电阻，k为所述金属板上的等效电抗，ω为所述金属板上的电流的频率。

5.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述十字缝的中心位置和所述金属板的中心位置重合；

所述第一缝隙的长度和所述第二缝隙的长度相等，所述第一缝隙的宽度和所述第二缝隙的宽度相等。

6.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一缝隙的长边的长度等于所述第二缝隙的长边的长度，所述第一缝隙的宽边的宽度等于所述第二缝隙的宽边的宽度。

7.一种制作如权利要求2所述的圆极化天线的方法，其特征在于，包括：

在由所述介电材料形成的基板的一侧形成包括所述十字缝、所述第一连接线路和所述第二连接线路的金属板；

在所述介电材料的另一侧形成所述微带线；

其中，所述金属板上的电流通过所述第一连接线路形成的第一模式电流，通过所述第二连接线路形成第二模式电流，所述第一模式电流形成第一电场，所述第二模式电流形成第二电场，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形或者轴比小于或等于3dB的椭圆形。

8.根据权利要求7所述的圆极化天线的方法，其特征在于，根据第一电场和所述第二电场生成的瞬时矢量电场的端点形成的轨迹为圆形，且所述第一元件和所述第二元件为电容，所述第三元件和所述第四元件为电阻；

所述第一电场和所述第二电场的幅值相等，相位差为90°，所述第一元件和所述第二元件的电容值均为C，所述第三元件和所述第四元件的电阻值均为R，R和C，R和C满足关系式和

其中，r为所述金属板上的等效电阻，k为所述金属板上的等效电抗，ω为所述金属板上的电流的频率。