CN110444884A - 基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线 - Google Patents

基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线 Download PDF

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Abstract

基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，涉及电扫漏波天线领域，为了解决现有通信系统中电扫漏波天线的扫描角度窄、圆极化稳定性差和天线尺寸大的问题。介质基板顶面的两端各设有1个阻抗匹配单元，2个阻抗匹配单元之间串联多个天线单元，相邻2个天线单元之间通过复合左右手传输线串联；天线单元为正方形贴片，天线单元顶边的中央设有矩形缝隙，底边的中央向外延伸有缝隙补偿贴片，缝隙补偿贴片的端部通过第一变容二极管连接有接地贴片，天线单元左下角开有正方形缺口；直流馈线支线的一端通过贴片电感连接天线单元顶边的右端，直流馈线支线的另一端连接直流馈线总线，复合左右手传输线与直流馈线地线连接。本发明适用于通信系统。

Description

基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线
技术领域
本发明涉及电扫漏波天线领域。
背景技术
现代通信系统一般需要定频工作和圆极化，以实现通信信号的稳定传输和接收，而电扫漏波天线是一种良好的天线形式，但是应用在通信系统中却存在以下几个问题：1.扫描角度较窄，仅为前向扫描；2.较难实现圆极化的扫描稳定性；3.直流馈线尺寸较大，小型化困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有通信系统中电扫漏波天线的扫描角度较窄、圆极化稳定性差和天线尺寸大的问题，从而提供基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线。
本发明所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，包括天线单元1、阻抗匹配单元2、复合左右手传输线3、直流馈线结构4和介质基板5；
介质基板5顶面的两端各设有1个阻抗匹配单元2，2个阻抗匹配单元2之间串联多个天线单元1，相邻2个天线单元1之间通过复合左右手传输线3串联；
直流馈线结构4包括直流馈线支线4-1、直流馈线总线4-2和直流馈线地线4-3和贴片电感4-4；
天线单元1为正方形贴片，天线单元1顶边的中央设有矩形缝隙1-1，底边的中央向外延伸有缝隙补偿贴片1-2，缝隙补偿贴片1-2的端部通过第一变容二极管1-3连接有接地贴片1-4，天线单元1左下角开有正方形缺口1-5；
直流馈线支线4-1的一端通过贴片电感4-4连接天线单元1顶边的右端，直流馈线支线4-1的另一端连接直流馈线总线4-2，复合左右手传输线3与直流馈线地线4-3连接。
优选的是，阻抗匹配单元2包括矩形馈线2-1、阻抗匹配器2-2和贴片电容2-3；
矩形馈线2-1通过阻抗匹配器2-2连接贴片电容2-3的一端，贴片电容2-3的另一端连接天线单元1。
优选的是，阻抗匹配器2-2为矩形，阻抗匹配器2-2的长度、宽度和贴片电容2-3的电容值用于调节天线的散射参数。
优选的是，复合左右手传输线3包括传输线3-1和2个第二变容二极管3-2；
传输线3-1的两端分别通过1个第二变容二极管3-2与其两侧的天线单元1相连，2个第二变容二极管3-2与传输线3-1连接端的极性相反，传输线3-1与直流馈线地线4-3连接。
优选的是，直流馈线地线4-3为L形，直流馈线地线4-3的长边首端连接复合左右手传输线3，直流馈线地线4-3的短边末端设有过孔，通过过孔接地。
优选的是，直流馈线总线4-2上串联有贴片电阻4-2-1。
优选的是，接地贴片1-4上设有过孔，通过过孔接地。
本发明的有益效果：
本发明的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线采用复合左右手传输线结构，拓展了天线的扫描角度范围，尤其是后向扫描角度。天线单元的结构设计实现了较好的圆极化特性和增益的稳定性。直流馈线结构的贴片电感实现信号的隔离传输，相较于现有的四分之一波长开路线隔离结构，本发明中的直流馈线结构隔离效果更好且尺寸更小；小型化的直流馈线结构并不影响天线整体性能。本发明的天线性能优异，能够满足前后向扫描、小型化、圆极化稳定和增益稳定的要求。
附图说明
图1是本发明所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线的结构示意图；
图2是图1中天线单元和部分直流馈线结构的放大图；
图3是图1中直流馈线支线的放大图；
图4是图1中部分直流馈线支线和直流馈线总线的放大图；
图5是图1中阻抗匹配单元的放大图；
图6是图1中复合左右手传输线的放大图；
图7是天线不加直流馈线结构、加载不同电容时的S11曲线；
图8是天线不加直流馈线结构、加载不同电容下的增益方向图；
图9是天线不加直流馈线结构、加载不同电容下的轴比扫描图；
图10是天线加直流馈线结构、加载不同电容时的S11曲线；
图11是天线加直流馈线结构、加载不同电容下的增益方向图；
图12是天线加直流馈线结构、加载不同电容下的轴比扫描图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式中，基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，包括天线单元1、阻抗匹配单元2、复合左右手传输线3、直流馈线结构4和介质基板5；
介质基板5顶面的两端各设有1个阻抗匹配单元2，2个阻抗匹配单元2之间串联多个结构相同的天线单元1，相邻2个天线单元1之间通过复合左右手传输线3串联；
直流馈线结构4包括直流馈线支线4-1、直流馈线总线4-2和直流馈线地线4-3和贴片电感4-4；
以矩形缝隙1-1为基准，矩形缝隙开口的方向为顶端，与顶端相对的为底端进行说明；
天线单元1为正方形贴片，天线单元1顶边的中央设有矩形缝隙1-1，底边的中央向外延伸有缝隙补偿贴片1-2，缝隙补偿贴片1-2的端部通过第一变容二极管1-3连接有接地贴片1-4，天线单元1左下角开有正方形缺口1-5；接地贴片1-4上设有过孔，通过过孔接地；
直流馈线支线4-1的一端通过贴片电感4-4连接天线单元1顶边的右端，直流馈线支线4-1的另一端连接直流馈线总线4-2，复合左右手传输线3与直流馈线地线4-3连接；直流馈线总线4-2上串联有贴片电阻4-2-1。
在天线信号的输入和输出端设计了基于布洛赫阻抗的阻抗匹配单元，实现对天线S散射参数的调节。信号从天线一端馈入，另一端接匹配负载从而实现行波传输。利用贴片电感实现传输的直流信号与高频信号的隔离。
本实施方式中，阻抗匹配单元2包括矩形馈线2-1、阻抗匹配器2-2和贴片电容2-3；
矩形馈线2-1通过阻抗匹配器2-2连接贴片电容2-3的一端，贴片电容2-3的另一端连接天线单元1。
阻抗匹配器2-2为矩形，通过调节阻抗匹配器2-2的长度、宽度和贴片电容2-3的电容值调节天线的散射参数。
本实施方式中，复合左右手传输线3包括传输线3-1和2个第二变容二极管3-2；
传输线3-1的两端分别通过1个第二变容二极管3-2与其两侧的天线单元1相连，2个第二变容二极管3-2与传输线3-1连接端的极性相反，传输线3-1与直流馈线地线4-3连接。
本实施方式中，直流馈线地线4-3为L形，直流馈线地线4-3的长边首端连接复合左右手传输线3，直流馈线地线4-3的短边末端设有过孔，通过过孔接地。
实施例：
天线制作在PTFE介质基板5上，介质基板5厚度为1mm、介电常数为3.5、损耗角正切为0.0031。天线结构参数如表1所示。
表1天线的结构参数
首先对不加直流馈线结构进行仿真。图7为该天线加载不同电容时的S11曲线。从图7中可以看出，在电容为2-2.5pF，频率为2.4GHz时，S11几乎均低于-10dB，天线具有良好的回波损耗。图8是天线不同电容值下的方向图，可以从图8中看出，天线的扫描角度为-31°到+29°，且具有较为稳定的增益，最大增益约为9.8dB，实现了稳定的前后向扫描。图9是天线的轴比扫描图，而表2列出了该天线在不同电容值下的扫描角度、增益和轴比。从表2可以看出，该天线实现了从-31°到+29°的前后向扫描，增益较为稳定，且轴比均小于4.5dB，符合圆极化辐射特性。
添加所设计的小型化直流馈线结构后再次进行仿真。图10为该天线添加直流馈线结构后加载不同电容时的S11曲线。从图10中可以看出，在电容为2-2.5pF，频率为2.4GHz时，S11均低于-10dB，天线具有良好的回波损耗。图11是此时天线在不同电容值下的方向图，可以从图11中看出，天线的扫描角度为-31°到+29°，且具有较为稳定的增益，最大增益约为9.7dB，实现了稳定的前后向扫描。图12是天线的轴比扫描图，而表3列出了该天线在不同电容值下的扫描角度、增益和轴比。从表3可以看出，该天线实现了从-31°到+29°的前后向扫描，增益较为稳定，且轴比均小于4.3dB，符合圆极化辐射特性。由2个表格的对比可以看出，小型化的直流馈线结构并不影响天线整体性能。
表2不加直流馈线结构线时不同电容值下天线的仿真结果
电容(pF) 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
扫描角(°) -31 -9.5 3 12 21 29
增益(dB) 8.78 9.88 9.12 9.14 8.65 7.91
轴比(dB) 4.34 4.41 1.05 2.34 3.09 3.66
表3添加直流馈线结构后不同电容值下天线的仿真结果

Claims (7)

1.基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，包括天线单元(1)、阻抗匹配单元(2)、复合左右手传输线(3)、直流馈线结构(4)和介质基板(5)；
介质基板(5)顶面的两端各设有1个阻抗匹配单元(2)，2个阻抗匹配单元(2)之间串联多个天线单元(1)，相邻2个天线单元(1)之间通过复合左右手传输线(3)串联；
直流馈线结构(4)包括直流馈线支线(4-1)、直流馈线总线(4-2)和直流馈线地线(4-3)和贴片电感(4-4)；
天线单元(1)为正方形贴片，天线单元(1)顶边的中央设有矩形缝隙(1-1)，底边的中央向外延伸有缝隙补偿贴片(1-2)，缝隙补偿贴片(1-2)的端部通过第一变容二极管(1-3)连接有接地贴片(1-4)，天线单元(1)左下角开有正方形缺口(1-5)；
直流馈线支线(4-1)的一端通过贴片电感(4-4)连接天线单元(1)顶边的右端，直流馈线支线(4-1)的另一端连接直流馈线总线(4-2)，复合左右手传输线(3)与直流馈线地线(4-3)连接。
2.根据权利要求1所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，所述阻抗匹配单元(2)包括矩形馈线(2-1)、阻抗匹配器(2-2)和贴片电容(2-3)；
矩形馈线(2-1)通过阻抗匹配器(2-2)连接贴片电容(2-3)的一端，贴片电容(2-3)的另一端连接天线单元(1)。
3.根据权利要求2所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，所述阻抗匹配器(2-2)为矩形，阻抗匹配器(2-2)的长度、宽度和贴片电容(2-3)的电容值用于调节天线的散射参数。
4.根据权利要求1所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，所述复合左右手传输线(3)包括传输线(3-1)和2个第二变容二极管(3-2)；
传输线(3-1)的两端分别通过1个第二变容二极管(3-2)与其两侧的天线单元(1)相连，2个第二变容二极管(3-2)与传输线(3-1)连接端的极性相反，传输线(3-1)与直流馈线地线(4-3)连接。
5.根据权利要求1所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，所述直流馈线地线(4-3)为L形，直流馈线地线(4-3)的长边首端连接复合左右手传输线(3)，直流馈线地线(4-3)的短边末端设有过孔，通过过孔接地。
6.根据权利要求1所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，所述直流馈线总线(4-2)上串联有贴片电阻(4-2-1)。
7.根据权利要求1所述的基于集总元件直流馈电网络的圆极化定频电扫漏波天线，其特征在于，所述接地贴片(1-4)上设有过孔，通过过孔接地。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106451A (zh) * 2019-12-23 2020-05-05 北京交通大学 一种一维电控波束扫描圆极化天线及其控制方法
CN112467390A (zh) * 2020-11-17 2021-03-09 厦门大学 带左右手及过孔复合调控的开槽嵌套形漏波天线阵
CN113451780A (zh) * 2021-06-28 2021-09-28 哈尔滨工业大学 一种圆极化定频波束扫描漏波天线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10341215A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Semiconductor Res Found 多重化信号の分配装置
CN101501927A (zh) * 2006-04-27 2009-08-05 雷斯潘公司 基于异向材料结构的天线、设备和系统
CN101895012A (zh) * 2010-06-29 2010-11-24 西安交通大学 基于左右手复合传输线的紧缩型宽带频扫天线馈电网络
CN109742520A (zh) * 2018-12-25 2019-05-10 北京航天飞腾装备技术有限责任公司 一种基于加载变容二极管的复合左右手微带漏波天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10341215A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Semiconductor Res Found 多重化信号の分配装置
CN101501927A (zh) * 2006-04-27 2009-08-05 雷斯潘公司 基于异向材料结构的天线、设备和系统
CN101895012A (zh) * 2010-06-29 2010-11-24 西安交通大学 基于左右手复合传输线的紧缩型宽带频扫天线馈电网络
CN109742520A (zh) * 2018-12-25 2019-05-10 北京航天飞腾装备技术有限责任公司 一种基于加载变容二极管的复合左右手微带漏波天线

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106451A (zh) * 2019-12-23 2020-05-05 北京交通大学 一种一维电控波束扫描圆极化天线及其控制方法
CN111106451B (zh) * 2019-12-23 2020-12-15 北京交通大学 一种一维电控波束扫描圆极化天线及其控制方法
CN112467390A (zh) * 2020-11-17 2021-03-09 厦门大学 带左右手及过孔复合调控的开槽嵌套形漏波天线阵
CN113451780A (zh) * 2021-06-28 2021-09-28 哈尔滨工业大学 一种圆极化定频波束扫描漏波天线
CN113451780B (zh) * 2021-06-28 2022-05-31 哈尔滨工业大学 一种圆极化定频波束扫描漏波天线

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