CN108923122B - 一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线 - Google Patents
一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108923122B CN108923122B CN201810681725.XA CN201810681725A CN108923122B CN 108923122 B CN108923122 B CN 108923122B CN 201810681725 A CN201810681725 A CN 201810681725A CN 108923122 B CN108923122 B CN 108923122B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circularly polarized
- electric resonator
- unit
- antenna
- antennas
- 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.)
- Active
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
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
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
- H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线，包括:两副圆极化单元天线,以及加载于两副圆极化单元天线中间的电谐振器。两副圆极化单元天线和电谐振器印制于同一背面有金属地板的介质基板。圆极化单元天线采用同轴探针馈电，其辐射体是顶点加载不同半径圆形贴片的正方形微带贴片。电谐振器由一对背靠背的开口谐振环和两个与金属地板短接的金属化过孔构成。工作频带内，电谐振器呈现负的等效介电常数，能够有效抑制两副圆极化单元天线的电磁耦合，提高单元天线的隔离度。本发明的圆极化微带阵列天线具有圆极化辐射性能良好、单元隔离度高、结构剖面低，制作简单方便的优点。
Description
技术领域
本发明属于天线技术和电磁超材料技术领域，特别涉及一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线。
背景技术
1.天线是无线通信系统接收和发射电磁波的关键器件，起到导行电磁波与辐射电磁波间的转换作用。与线极化天线相比，圆极化天线具有抵抗雨雾衰减、抑制多径干扰信号和放宽接收与发射天线的安装方位限制的突出优势。微带天线结构简单、制作方便、成本低廉、剖面低、易实现多频带、多极化和圆极化、便于与有源电路和无源电路集成。因此，圆极化微带天线广泛应用于移动通信、卫星通信、卫星导航、电子对抗和电子侦察领域。
2.阵列单元天线间的互耦效应一直是制约阵列天线性能的重要因素。相比较于孤立的单元天线，互耦效应会改变阵列中单元天线的输入阻抗、辐射方向图、辐射效率和极化特性，导致阵列天线的性能严重恶化。如何降低阵列单元天线的互耦效应是国内外电磁学领域的热点研究问题。电磁超材料由周期性单元结构组成，能够灵活地调控电磁波的幅度、相位、极化和传播模式，实现异常反射与透射、极化转换、非对称性传输、理想吸波与透波、表面波耦合诸多新颖的物理效应。基于电磁超材料，可以构造具有负等效磁导率或者负等效介电常数特性的物理结构，阻止表面波和空间波的传播，为改善阵列单元天线的互耦效应提供了一种行之有效的技术途径。
3.2016年，Z.Qamar等学者在“IEEE Transactions on Antennas andPropagation”上发表题为“Mutual Coupling Reduction for High-Performance DenselyPacked Patch Antenna Arrays on Finite Substrate”的文章。文章采用改进的互补开口谐振环构造具有负等效磁导率的去耦结构，显著提高了二元微带阵列天线的单元隔离度。但是，该去耦技术仅适用线极化微带阵列天线。2013年，A.A.Gheethan等学者在“IEEETransactions on Antennas and Propagation”上发表题为“Compact 2×2CoupledDouble Loop GPS Antenna Array Loaded with Broadside Coupled Split RingResonators”的文章。文章一共采用八组四十个开口谐振环单元结构，加载于合适的位置，使圆极化微带阵列天线的单元隔离度提高了近10dB。但是，该圆极化微带阵列天线的剖面高、结构复杂、制作成本高昂，不利于大规模批量生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的缺点和不足，提出一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线，具有制作简单、成本低廉、剖面低、隔离度高的优点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线，包括两副圆极化单元天线和加载于两副圆极化单元天线中间的电谐振器。两副圆极化单元天线和电谐振器印制于同一块介质基板的正面，介质基板的背面印制有金属地板。
进一步的，所述圆极化微带单元天线采用同轴探针馈电，其主辐射体是正方形微带贴片，且顶点加载有四个不同半径的圆形贴片，以实现圆极化辐射特性。
进一步的，所述电谐振器由一对背靠背的开口谐振环和两个与金属地板短接的金属化过孔构成。工作频带内，电谐振器呈现负的等效介电常数，可以抑制表面波和空间波的传播，提高两副单元天线间的隔离度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明具有负等效介电常数的电谐振器，能够阻止表面波和空间波的传播，显著提高两副圆极化单元天线的隔离度。此外，电谐振器与两副单元天线共面，整体结构简单、剖面低、便于制作生产。
附图说明
图1是本发明所述基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线的俯视图；
图2是本发明所述基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线的侧视图；
图3是本发明所述电谐振器的示意图；
图4是本发明实施例电谐振器的等效介电常数；
图5是本发明实施例有无电谐振器时单元天线的回波损耗；
图6是本发明实施例有无电谐振器时单元天线的法向轴比；
图7是本发明实施例有无电谐振器时单元天线的隔离度。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明实施方式不限于此。
本发明的基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线制作于双面敷铜的介质基板，可以使用电路板腐蚀、激光刻制或机械刻制类成熟技术方便地加工。本发明的核心思想在于利用电谐振器的负等效介电常数特性，阻止两副圆极化单元天线之间表面波和空间波的传播，进而提高单元天线的隔离度。
图1和图2分别是本发明所述的基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线的俯视图和侧视图，包括两副圆极化单元天线1和2和加载于两副圆极化单元天线1和2中间的电谐振器3，一般还包括介质基板4。两副圆极化单元天线1和2和电谐振器3印制于同一块介质基板4的正面，介质基板4的背面印制有金属地板5。圆极化单元天线1和2采用同轴探针15馈电，而且其主辐射体是正方形微带贴片16，且顶点加载有四个不同半径的圆形贴片11、12、13和14。图3是本发明所述电谐振器的示意图，它由一对背靠背的开口谐振环和两个与金属地板5短接的金属化过孔31和32构成。
本发明实施例基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线采用印制电路板工艺制作于尺寸为40mm×80mm，介电常数为6.15，损耗角正切为0.0028，厚度为3.18mm的双面敷铜Taconic RF-60介质基板。该阵列天线的设计目标为覆盖北斗一代卫星导航系统的S频段，即2491.75±4.08MHz。经过三维电磁仿真软件Ansoft HFSS的仿真和优化设计，各物理尺寸为：L＝17.6mm，D＝22.4mm，r1＝3.3mm，r2＝2.4mm，r3＝r4＝3.0mm，d＝5.5mm，a1＝24.9mm，b1＝3.0mm，b2＝0.5mm和ds＝0.5mm。
图4是本发明实施例电谐振器的等效介电常数。在2491MHz频率附近，电谐振器的等效介电常数实部为负数，虚部为正数，可以抑制电磁波的传播。
图5和图6是本发明实施例有无电谐振器时单元天线的回波损耗和法向轴比。由于结构的对称性，两副单元天线具有近乎相同的回波损耗和法向轴比。具体地，不加载电谐振器时，单元天线的10dB回波损耗带宽为2400MHz至2540MHz，法向轴比的3dB带宽为2452MHz至2503MHz；加载电谐振器时，单元天线的回波损耗带宽为2425MHz至2560MHz，法向轴比的3dB带宽为2468MHz至2517MHz。对比可知，加载电谐振器后，单元天线的工作频率仅略微向高频方向移动，而且两者都可以完全覆盖北斗一代卫星导航系统的S频段。
图7是本发明实施例有无电谐振器时单元天线的隔离度。不加载电谐振器时，单元天线的隔离度保持在约10dB左右；加载电谐振器时，单元天线的隔离度降低为18dB至25dB，即：全频段整体提高8dB以上，最大可以提高15dB。
上述实施例是本发明的优选实施方式，但不能认定本发明的实施方式仅限于此，本领域普通技术人员在不脱离本发明精神实质与技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，都应视为属于由本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (1)
1.一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线，其特征在于，包括：两副圆极化单元天线，以及加载于两副圆极化单元天线中间的电谐振器；两副圆极化单元天线和电谐振器印制于同一块介质基板的正面；介质基板的背面印制有金属地板；
所述圆极化微带单元天线采用同轴探针馈电，其主辐射体是正方形微带贴片，且顶点加载有四个不同半径的圆形贴片，以实现圆极化辐射特性；
所述电谐振器由一对背靠背的开口谐振环和两个与金属地板短接的金属化过孔构成；工作频带内，电谐振器呈现负的等效介电常数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810681725.XA CN108923122B (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810681725.XA CN108923122B (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108923122A CN108923122A (zh) | 2018-11-30 |
| CN108923122B true CN108923122B (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=64421617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810681725.XA Active CN108923122B (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108923122B (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112997359B (zh) * | 2018-12-17 | 2022-07-26 | 华为技术有限公司 | 一种天线阵列去耦结构及天线阵列 |
| WO2020153098A1 (ja) * | 2019-01-25 | 2020-07-30 | 株式会社村田製作所 | アンテナモジュールおよびそれを搭載した通信装置 |
| CN110098485B (zh) * | 2019-05-06 | 2021-04-09 | 深圳锐越微技术有限公司 | 小间距微带天线阵列 |
| CN110165408A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-23 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种基于电磁超材料的高隔离度北斗阵列天线 |
| CN110176671B (zh) * | 2019-05-20 | 2024-06-11 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 一种毫米波阵列天线 |
| CN110311224A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-08 | 深圳锐越微技术有限公司 | 小间距微带天线阵列 |
| CN110444887B (zh) * | 2019-08-19 | 2021-09-24 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种天线电磁波隔离装置及隔离方法 |
| KR20210061577A (ko) * | 2019-11-20 | 2021-05-28 | 삼성전기주식회사 | 안테나 장치 |
| CN113013602A (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-22 | 南京理工大学 | 低剖面宽波束圆极化微带天线 |
| CN111697340B (zh) * | 2020-07-20 | 2021-08-24 | 华南理工大学 | 双极化阵列天线及去耦合结构 |
| CN111987458B (zh) * | 2020-07-30 | 2021-09-28 | 南京理工大学 | 双频天线阵列中相邻矩形贴片间的去耦结构 |
| CN112290203B (zh) * | 2020-11-16 | 2025-05-13 | 苏州硕贝德创新技术研究有限公司 | 一种塑料电磁带隙结构及具备塑料电磁带隙结构的天线 |
| CN113745834B (zh) * | 2021-09-07 | 2024-10-25 | 重庆大学 | 一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构 |
| CN114824792A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-29 | 西北工业大学 | 低交叉极化的微带谐振器耦合抑制结构及天线 |
| CN116995417A (zh) * | 2022-04-26 | 2023-11-03 | 康普技术有限责任公司 | 射频装置、多频带移相器组件、天线系统和基站天线 |
| CN117855822B (zh) * | 2024-02-23 | 2024-07-12 | 南通大学 | 一种基于多枝节条带去耦的圆极化天线 |
| CN119315283B (zh) * | 2024-12-13 | 2025-05-27 | 中兴通讯股份有限公司 | 天线系统及其相关方法和基站 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106356617A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-01-25 | 厦门大学 | 北斗导航系统月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线 |
| CN106848583A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-06-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种用于微带阵列天线的三维超材料去耦结构 |
| CN107785661A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于双频超材料的去耦合阵列天线 |
-
2018
- 2018-06-27 CN CN201810681725.XA patent/CN108923122B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106356617A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-01-25 | 厦门大学 | 北斗导航系统月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线 |
| CN106848583A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-06-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种用于微带阵列天线的三维超材料去耦结构 |
| CN107785661A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于双频超材料的去耦合阵列天线 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Compact 2 2 Coupled Double Loop GPS Antenna Array Loaded With Broadside Coupled Split Ring Resonators;Ahmad A. Gheethan;《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》;20130630;第61卷(第6期);第3000-3008页 * |
| Mutual Coupling Reduction Using EBG in Steering Antennas;Gonzalo Expósito-Domínguez;《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》;20121231;第11卷;第1265-1268页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108923122A (zh) | 2018-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108923122B (zh) | 一种基于电谐振器的具有高隔离度的圆极化微带阵列天线 | |
| CN108598696B (zh) | 一种高增益毫米波圆极化介质谐振器阵列天线 | |
| CN108736147A (zh) | 一种超宽带Vivaldi圆极化相控阵天线单元 | |
| CN106129593B (zh) | 一种二维宽角度扫描的全金属相控阵雷达天线单元 | |
| CN101170213A (zh) | 低轮廓背腔圆环形缝隙一点短路圆极化天线 | |
| CN105048079B (zh) | 一种全向性圆极化平面天线 | |
| CN103700947B (zh) | 基片集成波导圆极化天线 | |
| CN115810917A (zh) | 一种星载Ka波段圆极化天线单元、天线阵列及相控阵 | |
| CN116247428B (zh) | 一种毫米波阵列天线 | |
| CN211530188U (zh) | 一种基于开口谐振环的新型端射天线 | |
| CN111900542A (zh) | 一种高频高增益宽带介质谐振器天线 | |
| CN110459861B (zh) | 一种基于基片集成波导设计的双频椭圆缝隙天线 | |
| CN201117806Y (zh) | 一种共面波导单点馈电背腔圆极化天线 | |
| CN201130711Y (zh) | 一种基于金属化通孔微扰的低轮廓背腔圆极化天线 | |
| CN113363688A (zh) | 用于微波驱动离子的近场微波转换装置及方法 | |
| CN109861003B (zh) | 一种超材料宽带高隔离mimo天线 | |
| Zou et al. | Broadband and high-gain antenna based on novel frequency selective surfaces for 5G application | |
| CN216529345U (zh) | 一种圆极化多层微带天线单元及其立体阵 | |
| CN116937182A (zh) | 一种模块化毫米波阵列天线 | |
| CN206194956U (zh) | 基于单负零阶谐振器的小型全向圆极化天线 | |
| CN222601378U (zh) | 圆极化毫米波雷达天线和雷达设备 | |
| CN222338488U (zh) | 一种基于超表面的圆极化超宽带微带贴片天线 | |
| CN223066473U (zh) | 一种天线及通信设备 | |
| CN217035999U (zh) | 一种毫米波天线 | |
| CN107978868A (zh) | 一种超宽带渐变缝隙圆极化微带天线 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |