CN108172989A - 一种新型双极化全向微带天线 - Google Patents

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栗曦
李希
杨林
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Xidian University
Xian Cetc Xidian University Radar Technology Collaborative Innovation Research Institute Co Ltd
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Xidian University
Xian Cetc Xidian University Radar Technology Collaborative Innovation Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种新型的双极化全向微带天线，采用可等效为电偶极子得有磁壁的半波对称阵子辐射贴片及其与之相垂直的可等效为磁偶极子辐射贴片，之间用3dB电桥馈电网络相连接，实现了双极化全向辐射。相对于传统的双极化天线实现了全向辐射，而相对于传统的全向天线，实现了双极化，而且新型天线双极化全向性能良好，在工程上有较高的应用价值。

Description

一种新型双极化全向微带天线
技术领域
本发明属于电磁场、微波与天线技术领域，具体为一种新型双极化全向微带天线，用于信号收发。
背景技术
在频谱资源日益紧张的背景下，双极化天线因其具有极化分集，频率复用、收发一体等优点而受到越来越多的关注。微带天线也因其具有低剖面、重量轻、体积小、结构简单和易制作等优点，广泛应用于无线通信、卫星遥感探测等诸多领域。双极化天线能够提高频谱效率和缓解发射机与接收机之间的极化矢配，解决多途径衰落问题。同时，双极化天线也可以代替两个不同极化的天线单元，减少天线数量，降低整体成本。在移动遥测、室内定位、无线接入点和便携式移动基站等点对多点的小型化通信系统中，天线的辐射方向图应具有良好的全向性。因此，全向双极化天线具有广泛的应用前景。目前国内外关于全向天线的研究主要集中在全向垂直极化天线，全向水平极化天线以及全向圆极化天线，而要既实现双极化又实现全向辐射由于微带天线的尺寸受到自由空间限制，使得全向辐射的双极化微带天线的实现受到很大的限制。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有技术中双极化微带天线在高极化隔离度和阻抗带宽的情况下的实现全向辐射问题，本发明通过馈电网络连接辐射贴片和半波半波对称阵子辐射贴片，实现了双极化天线问题，然后通过图(3)中半波对称阵子辐射贴片和图(5)中同心扇形辐射贴片产生的场的叠加，实现全向圆极化，且阻抗带宽较宽，极化隔离度较高。
技术方案
一种新型双极化全向微带天线，其特征在于包括垂直介质基板和水平介质基板，垂直介质基板垂直插入到水平介质基板上，所述的垂直介质基板的正面设有3dB电桥馈电网络和半波对称阵子辐射贴片的一个臂，垂直介质基板的反面设有地板和半波对称阵子辐射贴片的另一个臂，所述的水平介质基板的正反两面上设有同心扇形辐射贴片，3dB电桥馈电网络的一个端口给半波对称阵子辐射贴片馈电，另一个端口给同心扇形辐射贴片馈电。
所述的垂直介质基板的介电常数为2.65，长度为170mm，宽度为38mm，厚度为1mm。
所述的水平介质基板的介电常数为2.65，边长为45mm×45mm，厚度为1mm。
所述的对称阵子辐射贴片单个臂的尺寸为22.5mm×4mm，中间含有9个大小相同的短路柱，直径为1mm。
所述的同心扇形辐射贴片的内圆离圆心13.5mm，外圆离圆心17.5mm，每段带线所在圆弧对应的圆心角均为54°。
有益效果
本发明提出了一种新型的双极化全向微带天线，采用可等效为电偶极子的有磁壁的半波半波对称阵子辐射贴片及其与之相垂直的可等效为磁偶极子同心扇形辐射贴片之间用3dB电桥馈电网络相连接，实现了双极化全向辐射。相对于传统的双极化天线实现了全向辐射，而相对于传统的全向天线，实现了双极化，而且新型天线双极化全向性能良好，在工程上有较高的应用价值。
附图说明
图1 天线三维图
图2 天线主视图
图3 天线背面图
图4 天线扇形辐射贴片三维图
图5 天线俯视图
图6 电压驻波比
图7 两端口隔离度
图8 2.45GH天线轴比
图9 2.45GH天线的不圆度分析
图10 2.45GH时1端口馈电天线的主极化与交叉极化
图11 2.45GHz时2端口馈电天线的主极化与交叉极化
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图3、图4、图5所示，为天线的整体结构示意图，包括垂直介质基板1、金属过孔2、半波对称阵子辐射贴片3、水平介质基板4、地板5、3dB电桥馈电网络6、馈电端口7和同心扇形辐射贴片8；图2中有半波对称阵子辐射贴片3的垂直介质基板1与图3有同心扇形辐射贴片8的水平介质基板4相垂直，金属过孔2连接位于垂直介质基板1正反面的半波对称阵子辐射贴片3，相当于电壁。图2中馈电网络的左侧从图4的辐射贴片中间穿过，并且图4的水平介质基板4上的同心扇形辐射贴片8在图2中馈电网络标注处相连接。图2中的半波对称阵子辐射贴片3上的电壁均匀分布，背面分布有地板和用于阻抗匹配和改变相位、幅度的微带线。图3的同心扇形辐射贴片8内径为13.5mm，外径为17.5mm张角为54°，且两面交错分布。该天线两个馈电端口7分别馈电，通过有3dB桥网络6可使得天线产生两种正交的极化方式，而半波对称阵子辐射贴片3及相交的同心扇形辐射贴片8实现了全向辐射场。两个馈电口通过3dB电桥馈电网络6与同心扇形辐射贴片8和半波对称阵子辐射贴片3辐射贴片相连接，从而实现了双极化全向天线。所述的同心扇形辐射贴片8、半波对称阵子辐射贴片3、地板5、和3dB电桥馈电网络6均为微带线结构。3dB电桥馈电网络6用于调节同心扇形辐射贴片8和半波对称阵子辐射贴片3之间的相位和幅度，其一个输出端给同心扇形辐射贴片8馈电，另一个输出端给半波对称阵子辐射贴片3馈电。有电壁的半波对称阵子辐射贴片3等效为电偶极子及其与之相垂直的辐射贴片等效为磁偶极子，从而在远场叠加产生全向圆极化的场。
如图2所示，垂直介质基板1的尺寸为38mm×170mm，图5中水平介质基板4尺寸为45mm×45mm，且介电常数都是2.65。含有9个均匀分布的金属过孔的半波对称阵子辐射贴片3尺寸为22.5mm×4mm，其短路柱直径为1mm，两个馈电端口位于3dB电桥馈电网络6的下端。
图6是天线的驻波结果图。结果表明天线在2.35GHz-2.65GHz频带内驻波均小于2。图7为两端口隔离度。图8为天线的轴比图，从图中可看出天线的轴比均小于2.5。图9为两端口分别馈电时，全向天线的不圆度，从图中可看出在水平面上不圆度均小于2.5dB。图10和图11为天线两端口分别馈电时的主极化与交叉极化分析结果。

Claims (5)

1.一种新型双极化全向微带天线，其特征在于包括垂直介质基板(1)和水平介质基板(4)，垂直介质基板(1)垂直插入到水平介质基板(4)上，所述的垂直介质基板(1)的正面设有3dB电桥馈电网络(6)和半波对称阵子辐射贴片(3)的一个臂，垂直介质基板(1)的反面设有地板(5)和半波对称阵子辐射贴片(3)的另一个臂，所述的水平介质基板(4)的正反两面上设有同心扇形辐射贴片(8)，3dB电桥馈电网络(6)的一个端口给半波对称阵子辐射贴片(3)馈电，另一个端口给同心扇形辐射贴片(8)馈电。
2.根据权利要求1所述的一种新型双极化全向微带天线，其特征在于所述的垂直介质基板(1)的介电常数为2.65，长度为170mm，宽度为38mm，厚度为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种新型双极化全向微带天线，其特征在于所述的水平介质基板(4)的介电常数为2.65，边长为45mm×45mm，厚度为1mm。
4.根据权利要求1所述的一种新型双极化全向微带天线，其特征在于所述的对称阵子辐射贴片(3)单个臂的尺寸为22.5mm×4mm，中间含有9个大小相同的短路柱，直径为1mm。
5.根据权利要求1所述的一种新型双极化全向微带天线，其特征在于所述的同心扇形辐射贴片(8)的内圆离圆心13.5mm，外圆离圆心17.5mm，每段带线所在圆弧对应的圆心角均为54°。
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