CN110534884B - 一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元，属于天线工程技术领域。该天线单眼包括两层，上层为辐射贴片层，下层为耦合馈电层。所述圆极化天线的辐射贴片层由介质板和辐射贴片构成，其辐射贴片由传统的方形切角贴片演变而来，并且为了改善阻抗匹配特性为其添加了两个矩形枝节。所述圆极化天线的耦合馈电层上表面仅存在金属焊盘，下表面为金属地板，介质板中存在两个金属化过孔，分别用于天线的耦合馈电和改善匹配。该圆极化天线由两层PCB板所构成，其结构简单，加工方便，适用于在Ka波段的应用。该天线可以在宽频带内实现宽轴比波束、宽3dB波束宽度。此天线口径较小，可以作为圆极化天线阵列单元使用，构成平面圆极化天线阵列。

Description

一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元
技术领域
本发明属于天线工程技术领域，涉及一种圆极化天线，具有结构紧凑、宽频带、宽轴比波束、宽3dB波束的特点。
背景技术
圆极化天线可以辐射圆极化电磁波。圆极化电磁波在抑制多径干涉、减少信道极化失配等方面具有重大优势，因此圆极化天线可以提供更具潜力的信道性能。如在文献“Wideband Circularly Polarized Substrate Integrated Cavity Backed AntennaArray”中所提出的利用基片集成波导来将一种辐射模式分离为两种相互正交的简并模，并在椭圆基片集成波导传输过程中产生90°的相位差，进而辐射圆极化波的天线结构，其具有宽频带、高增益的特点。文献“Broadband Circularly Polarized Patch Antenna WithParasitic Strips”提出了一种基于寄生贴片的宽带圆极化天线，此天线剖面较低，仅有0.13λ0，其通过耦合馈电和添加寄生贴片相结合的方式展宽了天线的圆极化带宽，最终的相对带宽可以达到24％，并且通过在单元正中心引入短路点的方式提高了天线的增益，平均增益可达到8dB。文献“Single-Layer Dipole Array For Linear-To-CircularPolarization Conversion Of Slotted Waveguide Array”及“Wideband CircularlyPolarized Aperture-Fed Rotated Stacked Patch Antenna”都提出了一种通过缝隙耦合馈电的圆极化天线，其中第一篇文献通过对波导开槽天线添加极化转换偶极子，将波导缝隙天线所辐射出的线极化波转化为圆极化波，轴比最低处可达到0.6dB，在中心频率为22GHz获轴比小于3dB的800MHz的带宽；第二篇文献则通过开槽加载四个依次旋转30°的寄生贴片来辐射圆极化波，获得了驻波比小于2、轴比小于3dB的33.6％的相对带宽。
发明内容
本发明在背景技术的基础上，提出了一种新型的圆极化天线形式，采用多层PCB板的结构，加工方便，并且在组阵后其每个单独的天线单元都具有宽频带、宽轴比波束、宽3dB波束的特点，除此之外其剖面较低，可以更好地应用在各个场景。
本发明采用的技术方案为：一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元，该天线单元包括两层，上层为辐射贴片层，下层为耦合馈电层；所述辐射贴片层包括：第一介质板和设置有介质板中部的辐射贴片；所述耦合馈电层包括：第二介质板、设置于介质板下表面的金属地板，其特征在于所述第二介质板中设置有连接金属和第一介质板下表面的两个金属化过孔，其中一个为耦合馈电孔另一个为短路孔，耦合馈电孔底部与金属地板之间设置有环状隔离间隙；所述两个金属化过孔分别对应于辐射贴片两端的正下方。
进一步的，所述辐射贴片为一片完整的中心对称图形，包括头段、中段、尾段，所述中段为中心对称的四边形，头段和尾段结构完全中心对称；所述头段或尾段包括直角梯形区域和矩形区域，所述直角梯形区域的斜边与中段四边形的一边完全重合，且直角梯形区域顶边钝角的顶点与中段四边形的钝角顶点重合，所述矩形区域的长边与直角梯形区域的顶边重合。
进一步的，所述耦合馈电孔顶部设置有一个直径大于耦合馈电孔的圆形第一金属贴片，底部也设置有一个直径大于耦合馈电孔的第二金属贴片，所述第二金属贴片的外侧设置与金属地板之间的环状隔离间隙。
进一步的，所述短路孔或耦合馈电孔的中心轴对应在辐射贴片头段或尾段矩形区域中不与其它区域重合的长边上。
进一步的，所述耦合馈电孔直径小于短路孔。
本发明采用多层PCB板结构，易于加工，具有较低剖面，便于使用。通过耦合馈电的方式展宽了圆极化天线的带宽，且通过此种天线形式实现了宽轴比波束和宽3dB波瓣宽度。
附图说明
图1为本发明圆极化天线阵列结构图。
图2为本发明圆极化天线单元结构图。
图3为本发明圆极化天线单元俯视图。
图4为本发明圆极化天线单元侧视图。
图5为此天线驻波比随频率变化示意图。
图6为此天线单元轴比随频率变化示意图。
图7为此天线单元30GHz时轴比方向图。
图8为此天线单元增益方向图。
图9为此天线阵列增益方向图。
具体实施方式
一种宽带圆极化天线，作为圆极化天线阵列单元使用。
所述圆极化天线由两层PCB板构成，上层为辐射贴片层，下层为耦合馈电层。
所述圆极化天线的辐射贴片层由介质板和辐射贴片构成，其辐射贴片由传统的方形切角贴片演变而来，随着工作频率的升高切角相对尺寸变大，并且为了改善阻抗匹配特性为其添加了两个矩形枝节。
所述圆极化天线的耦合馈电层上表面仅存在金属焊盘，下表面为金属地板，介质板中存在两个金属化过孔，分别用于天线的耦合馈电和改善匹配。
本实例中圆极化天线阵列结构如图1所示。天线单元结构图如图2所示，天线工作在Ka频段，其由上下两层介质板构成，其中上层介质板材料为FR4，厚度为0.2mm，结构1为金属辐射贴片，其较传统方形切角天线多出来的部分是为了改善天线匹配性能而引入的匹配枝节。下层介质板材料为F4B，相对介电常数2.2，厚度1mm。结构2为天线的馈电柱，其上表面覆有金属贴片，目的为改善同辐射贴片之间的耦合程度；其下表面也覆有金属贴片，和地板间留有环形间隙。结构3为短路柱，具有改善天线阻抗匹配的作用。图3为天线单元的俯视图，其中结构1为短路柱，结构2为馈电柱，其中贴片尺寸如下，就发明内容中所提到的，贴片中段四边形长边长1.95mm，短边长度同头段直角梯形斜边，短对角线距离为1.82mm，头段直角梯形上下底长分别为0.4mm和0.84mm，高1.24mm，尾端长方形边长分别为0.07mm和0.4mm。图4为天线单元的侧视图，其中结构1为短路柱，结构2为馈电柱。
图5给出了此天线的电压驻波比随频率变化的曲线示意图，从图中可以看出，在27GHz～32GHz(甚至更宽)范围内电压驻波比都在1.8以下，说明此天线在一个宽频带内都可以实现良好的阻抗匹配。图6为此天线的轴比随频率变化的曲线示意图，图像表明天线在28GHz～32GHz(甚至更高)都具有良好的轴比特性(<3dB)。
图7给出了此天线工作在30GHz时的轴比随Theta角度变化的曲线示意图，从图中可以看出在大于±150°范围内天线的轴比都小于2.5。
图8和图9分别为天线单元和阵列的增益方向图，给出了天线工作在30GHz时的增益随Theta角度变化曲线。

Claims (4)

1.一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元，该天线单元包括两层，上层为辐射贴片层，下层为耦合馈电层；所述辐射贴片层包括：第一介质板和设置在介质板中部的辐射贴片；所述耦合馈电层包括：第二介质板、设置于介质板下表面的金属地板，所述第二介质板中设置有连接金属地板和第一介质板下表面的两个金属化过孔，其中一个为耦合馈电孔另一个为短路孔，耦合馈电孔底部与金属地板之间设置有环状隔离间隙；所述两个金属化过孔分别对应于辐射贴片两端的正下方，其特征在于所述辐射贴片为一片完整的中心对称图形，包括头段、中段、尾段，所述中段为中心对称的四边形，头段和尾段结构完全中心对称；所述头段或尾段包括直角梯形区域和矩形区域，所述直角梯形区域的斜边与中段四边形的一边完全重合，且直角梯形区域顶边钝角的顶点与中段四边形的钝角顶点重合，所述矩形区域的长边与直角梯形区域的顶边重合。
2.如权利要求1所述的一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元，其特征在于所述耦合馈电孔顶部设置有一个直径大于耦合馈电孔的圆形第一金属贴片，底部也设置有一个直径大于耦合馈电孔的第二金属贴片，所述第二金属贴片的外侧设置与金属地板之间的环状隔离间隙。
3.如权利要求1所述的一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元，其特征在于所述耦合馈电孔直径小于短路孔。
4.如权利要求1所述的一种新型宽带宽波束的圆极化天线单元，其特征在于所述短路孔或耦合馈电孔的中心轴对应在辐射贴片头段或尾段矩形区域中不与其它区域重合的长边上。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111146581B (zh) * 2020-01-19 2022-03-22 广东省电子电器研究所 一种双层天线结构
CN112768915B (zh) * 2020-12-29 2022-03-22 中山大学 一种1×12宽带波束固定行波天线
CN115441205B (zh) * 2022-11-09 2023-03-10 广东工业大学 基于超表面的高增益宽带圆极化滤波天线及通信设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5418541A (en) * 1994-04-08 1995-05-23 Schroeder Development Planar, phased array antenna
CN106384881A (zh) * 2016-10-17 2017-02-08 山西大学 一种对称的宽带平面端射圆极化天线
CN206180105U (zh) * 2016-11-15 2017-05-17 南京濠暻通讯科技有限公司 一种用于5g移动通信的小型化天线
CN208690490U (zh) * 2018-08-16 2019-04-02 南京邮电大学 一种基于共面波导的对地开槽的圆极化天线

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109216905B (zh) * 2018-08-03 2019-10-08 西安电子科技大学 基于基片集成波导的双频圆极化天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5418541A (en) * 1994-04-08 1995-05-23 Schroeder Development Planar, phased array antenna
CN106384881A (zh) * 2016-10-17 2017-02-08 山西大学 一种对称的宽带平面端射圆极化天线
CN206180105U (zh) * 2016-11-15 2017-05-17 南京濠暻通讯科技有限公司 一种用于5g移动通信的小型化天线
CN208690490U (zh) * 2018-08-16 2019-04-02 南京邮电大学 一种基于共面波导的对地开槽的圆极化天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Broadband Circularly Polarized Patch Antenna With Parasitic Strips;Jianjun Wu等;《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》;20141120;第14卷;第559页第2栏第3段-第560页第1栏第1段，图1 *
宽带与宽波束圆极化天线研究;陈达阳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20180615;全文 *

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