CN110676567A - 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线 - Google Patents

基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110676567A
CN110676567A CN201911038539.5A CN201911038539A CN110676567A CN 110676567 A CN110676567 A CN 110676567A CN 201911038539 A CN201911038539 A CN 201911038539A CN 110676567 A CN110676567 A CN 110676567A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric substrate
feed
balun
antenna
array antenna
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.)
Pending
Application number
CN201911038539.5A
Other languages
English (en)
Inventor
高敏
郑亚强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Technology College
Original Assignee
Hefei Technology College
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Technology College filed Critical Hefei Technology College
Priority to CN201911038539.5A priority Critical patent/CN110676567A/zh
Publication of CN110676567A publication Critical patent/CN110676567A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • 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
    • 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

Abstract

本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，包括由上至下层叠布置的第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板；第一介质基板的上表面布置有多个天线单元组成的天线阵列；第二介质基板的上表面布置有圆环形馈电网络；第三介质基板的下表面布置有第一微带巴伦和第二微带巴伦；第一微带巴伦的两个馈电点通过两根同轴探针分别连接圆环形馈电网络，第二微带巴伦的两个馈电点通过剩余的两根同轴探针分别连接圆环形馈电网络。本发明中，使用多馈点激励法实现天线阵列的双圆极化特性，并且引入的圆环馈电网络作为实现弱耦合的介质，降低了天线设计的复杂度，也大大提高了天线的3dB轴比带宽。

Description

基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线。
背景技术
目前，天线实现圆极化的方法大致有单端口激励法、多馈点激励法和多元法。采用单端口激励的圆极化天线3dB轴比带宽约为1％不能满足宽带无线通信的要求；多馈点激励法只能实现单个天线单元的圆极化，不能实现多个天线单元组成的天线阵列的圆极化；采用多元法设计圆极化天线步骤复杂，虽然能实现天线阵列的圆极化，但是通过这种方法得到的3dB轴比带宽仍然只能达到50％左右。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线。
本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，包括由上至下层叠布置的第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板，还包括四根同轴探针；
第一介质基板的上表面布置有多个天线单元组成的天线阵列；第二介质基板的上表面布置有圆环形馈电网络；第三介质基板的下表面布置有第一微带巴伦和第二微带巴伦，第三介质基板的上表面布置有接地层；
第一微带巴伦的两个馈电点通过两根同轴探针分别连接圆环形馈电网络，
第二微带巴伦的两个馈电点通过剩余的两根同轴探针分别连接圆环形馈电网络。
优选的，第一介质基板和第二介质基板之间具有0到2mm的间距。
优选的，第一介质基板和第二介质基板之间的间距为1mm。
优选的，圆环形馈电网络朝向每一个天线单元均延伸出一个对应的第一矩形枝节，且每一个天线单元均朝向圆环形馈电网络延伸出一个对应的第二矩形枝节；第一矩形枝节和第二矩形枝节分别沿着圆环形馈电网络圆周方向均匀分布。
优选的，第一介质基板的上表面布置有四个六边形的天线单元，且四个天线单元顺时针或者逆时针均匀布置在圆环形馈电网络的外周并旋转对称。
优选的，第一介质基板和第二介质基板的尺寸和介电常数均相同。
优选的，四根同轴探针垂直穿过第二介质基板和第三介质基板设置。
优选的，第一微带巴伦和第二微带巴伦均由一个两等分的威尔金森功分器和一个90°移相器组成。
优选的，第一微带巴伦和第二微带巴伦相互正交放置。
优选的，第三介质基板的上表面印刷有金属接地板作为接地层。
本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，在第一微带巴伦、第二微带巴伦和天线单元的基础上增加了圆环形馈电网络，将圆环馈电网络作为传递圆极化的介质，通过第一微带巴伦和第二微带巴伦使用多馈点激励法引入具有90度相位差的激励信号，并通过同轴探针将激励信号送至圆环馈电网络，圆环馈电网络通过电磁波的弱耦合作用在天线阵列上产生两个等幅度且相位差为90°的激励信号，实现了圆极化特性。
本发明中，使用多馈点激励法实现天线阵列的双圆极化特性，并且引入的圆环馈电网络作为实现弱耦合的介质，降低了天线设计的复杂度，也大大提高了天线的3dB轴比带宽。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线俯视图；
图2为本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线中第二介质基板俯视图；
图3为本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线上视图；
图4为本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线侧视图；
图5为本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线立体图；
图6为另一视角的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线立体图；
图7为微带巴伦电路原理图。
图示：第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、同轴探针4、天线单元5、第二矩形枝节5-1、圆环形馈电网络6、第一矩形枝节6-1、第一微带巴伦7、第二微带巴伦8、接地层9、空气层10、卡柱11。
具体实施方式
参照图1至图6，本发明提出的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，包括由上至下层叠布置的第一介质基板1、第二介质基板2和第三介质基板3，还包括四根同轴探针4。且第一介质基板1和第二介质基板2的尺寸和介电常数均相同。
第一介质基板1的上表面布置有由多个天线单元5组成的天线阵列。第二介质基板2的上表面布置有圆环形馈电网络6。第三介质基板3的下表面布置有第一微带巴伦7和第二微带巴伦8。
具体的，本实施方式中，天线单元5采用贴片天线，圆环形馈电网络6印刷在第二介质基板2上，第一微带巴伦7和第二微带巴伦8印刷在第三介质基板3上。且，第一微带巴伦7和第二微带巴伦8均由一个两等分的威尔金森功分器和一个90°移相器组成，具体可参照图7。
第三介质基板3的上表面布置有接地层9，具体的，第三介质基板3的上表面印刷有金属接地板作为接地层9。
第一微带巴伦7的两个馈电点通过两根同轴探针4分别连接圆环形馈电网络6，第二微带巴伦8的两个馈电点通过剩余的两根同轴探针4分别连接圆环形馈电网络6。
如此，本实施方式中，在第一微带巴伦7、第二微带巴伦8和天线单元5的基础上增加了圆环形馈电网络6，将圆环馈电网络作为传递圆极化的介质，通过第一微带巴伦7和第二微带巴伦8使用多馈点激励法引入具有90度相位差的激励信号，并通过同轴探针4将激励信号送至圆环馈电网络，圆环馈电网络通过电磁波的弱耦合作用在天线阵列上产生两个等幅度且相位差为90°的激励信号，实现了圆极化特性。
本实施方式中，使用多馈点激励法实现天线阵列的双圆极化特性，并且引入的圆环馈电网络作为实现弱耦合的介质，降低了天线设计的复杂度，也大大提高了天线的3dB轴比带宽。
具体的，本实施方式中，第一介质基板1的上表面布置有四个六边形的天线单元5，且四个天线单元5顺时针或者逆时针均匀布置在圆环形馈电网络6的外周并旋转对称。如此，通过天线阵列的中心对称性，保证了天线的辐射方向图满足轴对称的特性。且本实施方式中第一微带巴伦7和第二微带巴伦8相互正交放置，降低了天线端口的耦合度。综上，本实施方式提供的贴片阵列天线，解决了微带贴片天线阵圆极化轴比带宽较窄，双圆极化天线设计复杂度较高，双圆极化天线端口耦合度较高，圆极化天线阵剖面高度较高的问题。
本实施方式中，四个六边形的天线单元5的设置，大大提高了天线阵列的增益。
本实施方式中，第一介质基板1和第二介质基板2之间具有0到2mm的间距。如此，第一介质基板1和第二介质基板2之间的间隙形成空气层10，使得，圆环形馈电网络6与天线单元5之间可通过空气层10进行弱耦合，可有效降低天线的Q值，从而提高天线的阻抗带宽。具体的，本实施方式中，第一介质基板1和第二介质基板2之间的间距为1mm，此时通过弱耦合作用，该天线具有远大于使用其他方法得到的3dB轴比带宽。
具体实施时，可在第一介质基板1和第二介质基板2之间设置卡柱11，以保证第一介质基板1和第二介质基板2在间隔设置状态下的相对稳定。
本实施方式中，圆环形馈电网络6朝向每一个天线单元5均延伸出一个对应的第一矩形枝节6-1，以提高圆环形馈电网络6和天线单元5之间的弱耦合作用。同理，各天线单元5也朝向圆环形馈电网络6延伸出一个对应的第二矩形枝节5-1。
本实施方式中，四根同轴探针4垂直穿过第二介质基板2和第三介质基板3设置，以最大程度减少信号的损耗和最大程度上保持信号具有90度相位差。具体的，本实施方式中四根同轴探针4均匀分布在圆环形馈电网络6上，且连接同一个微带巴伦的两根同轴探针4沿着圆环形馈电网络6的圆周方向处于相邻位置。
以下结合一个具体的实施例，对本发明提供的一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线的性能进行佐证。
本实施例中，第一介质基板1和第二介质基板2，厚度为5毫米，介电常数为2.65；第一介质基板1和第二介质基板2之间的空气层为1mm厚。第三介质基板3采用厚度为0.8毫米，介电常数为4.4的FR4。
本实施例采用的第一微带巴伦7和第二未带巴伦的电路原理图如图7所示，其中：
Figure BDA0002252214260000061
R＝2·Za，Z2＝2.51·Za，Z3＝1.24·Za，Z4＝Za，Za和Zb分别代表微带巴伦输入、输出端口的特性阻抗，Z1代表威尔金森功分器中四分之一波长阻抗变换器的特性阻抗，R表示电阻，Z3表示90°移相器中位主微带线的特性阻抗，在主微带线两端分别加载了两组特性阻抗为Z2的短路枝节和断路枝节，Z4则代表了四分之三波长参考微带线的特性阻抗。本实施例中，Za和Zb的取值均为50欧姆，以便更好的达到阻抗匹配的要求。本实施例中，第一微带巴伦7和第二未带巴伦的工作频段为1.5-3.5GHz，回波损耗均小于-10dB，而且可以在工作频段下持续输出相位差稳定在90°±5°且具有相同幅度的信号。
本实施例中，当该阵列天线的端口1(即第一微带巴伦7的输入端口)被激励，端口2(即第二微带巴伦8的输入端口)连接50Ω终端负载时，测量结果表明该阵列天线1.72-3.71GHz频段上的回波损耗均小于-10dB；相反，当端口2被激励，端口1连接50端接负载时，该阵列天线的回波损耗在1.65-3.58GHz内小于-10dB。经过综合比较，该阵列天线在两个端口的阻抗带宽为70.2％(1.72-3.58GHz)。天线的端口隔离度从1.65GHz到3.71GHz一直大于15dB。
以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，包括由上至下层叠布置的第一介质基板(1)、第二介质基板(2)和第三介质基板(3)，还包括四根同轴探针(4)；
第一介质基板(1)的上表面布置有多个天线单元(5)组成的天线阵列；
第二介质基板(2)的上表面布置有圆环形馈电网络(6)；第三介质基板(3)的下表面布置有第一微带巴伦(7)和第二微带巴伦(8)，第三介质基板(3)的上表面布置有接地层(9)；
第一微带巴伦(7)的两个馈电点通过两根同轴探针(4)分别连接圆环形馈电网络(6)，第二微带巴伦(8)的两个馈电点通过剩余的两根同轴探针(4)分别连接圆环形馈电网络(6)。
2.如权利要求1所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第一介质基板(1)和第二介质基板(2)之间具有0到2mm的间距。
3.如权利要求2所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第一介质基板(1)和第二介质基板(2)之间的间距为1mm。
4.如权利要求2所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，圆环形馈电网络(6)朝向每一个天线单元(5)均延伸出一个对应的第一矩形枝节(6-1)，且每一个天线单元(5)均朝向圆环形馈电网络(6)延伸出一个对应的第二矩形枝节(5-1)；第一矩形枝节(6-1)和第二矩形枝节(5-1)分别沿着圆环形馈电网络(6)圆周方向均匀分布。
5.如权利要求4所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第一介质基板(1)的上表面布置有四个六边形的天线单元(5)，且四个天线单元(5)顺时针或者逆时针均匀布置在圆环形馈电网络(6)的外周并旋转对称。
6.如权利要求1所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第一介质基板(1)和第二介质基板(2)的尺寸和介电常数均相同。
7.如权利要求1所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，四根同轴探针(4)垂直穿过第二介质基板(2)和第三介质基板(3)设置。
8.如权利要求1所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第一微带巴伦(7)和第二微带巴伦(8)均由一个两等分的威尔金森功分器和一个90°移相器组成。
9.如权利要求8所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第一微带巴伦(7)和第二微带巴伦(8)相互正交放置。
10.如权利要求1至9任一项所述的基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线，其特征在于，第三介质基板(3)的上表面印刷有金属接地板作为接地层(9)。
CN201911038539.5A 2019-10-29 2019-10-29 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线 Pending CN110676567A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911038539.5A CN110676567A (zh) 2019-10-29 2019-10-29 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911038539.5A CN110676567A (zh) 2019-10-29 2019-10-29 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110676567A true CN110676567A (zh) 2020-01-10

Family

ID=69085019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911038539.5A Pending CN110676567A (zh) 2019-10-29 2019-10-29 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110676567A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112688057A (zh) * 2020-12-08 2021-04-20 中国科学院国家空间科学中心 一种基于交叉偶极子的宽带圆极化微带天线
CN116231314A (zh) * 2023-04-27 2023-06-06 北京智芯微电子科技有限公司 结合二维材料的电磁环境测量天线

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490151A (zh) * 2013-08-30 2014-01-01 大连海事大学 一种l波段宽频带圆极化微带天线
CN104092007A (zh) * 2014-06-27 2014-10-08 华南理工大学 一种基于倾斜振子的宽带圆极化全向天线
CN104466379A (zh) * 2014-11-28 2015-03-25 江苏中兴微通信息科技有限公司 一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线
WO2017177495A1 (zh) * 2016-04-15 2017-10-19 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 圆极化天线及其无线通信设备
CN210535812U (zh) * 2019-10-29 2020-05-15 合肥职业技术学院 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490151A (zh) * 2013-08-30 2014-01-01 大连海事大学 一种l波段宽频带圆极化微带天线
CN104092007A (zh) * 2014-06-27 2014-10-08 华南理工大学 一种基于倾斜振子的宽带圆极化全向天线
CN104466379A (zh) * 2014-11-28 2015-03-25 江苏中兴微通信息科技有限公司 一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线
WO2017177495A1 (zh) * 2016-04-15 2017-10-19 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 圆极化天线及其无线通信设备
CN210535812U (zh) * 2019-10-29 2020-05-15 合肥职业技术学院 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112688057A (zh) * 2020-12-08 2021-04-20 中国科学院国家空间科学中心 一种基于交叉偶极子的宽带圆极化微带天线
CN112688057B (zh) * 2020-12-08 2022-10-04 中国科学院国家空间科学中心 一种基于交叉偶极子的宽带圆极化微带天线
CN116231314A (zh) * 2023-04-27 2023-06-06 北京智芯微电子科技有限公司 结合二维材料的电磁环境测量天线
CN116231314B (zh) * 2023-04-27 2023-08-15 北京智芯微电子科技有限公司 结合二维材料的电磁环境测量天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8325093B2 (en) Planar ultrawideband modular antenna array
US6292153B1 (en) Antenna comprising two wideband notch regions on one coplanar substrate
US6246377B1 (en) Antenna comprising two separate wideband notch regions on one coplanar substrate
US5786793A (en) Compact antenna for circular polarization
Zou et al. SIW-fed Yagi antenna and its application on monopulse antenna
CN109462024B (zh) 一种宽轴比波束的双频北斗导航天线
CN107895846B (zh) 一种具有宽频带的圆极化贴片天线
US9865934B2 (en) Ultra-wideband extremely low profile wide angle scanning phased array with compact balun and feed structure
CN210535812U (zh) 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线
CN106252872B (zh) 同极化微带双工天线阵列
Tong et al. Differentially coplanar-fed filtering dielectric resonator antenna for millimeter-wave applications
CN113506987B (zh) 宽带高增益圆极化滤波天线及无线通信设备
US10361485B2 (en) Tripole current loop radiating element with integrated circularly polarized feed
CN110544819A (zh) 一种宽带圆极化交叉磁电偶极子天线
CN107171078B (zh) 圆极化微带双工天线
CN114069257B (zh) 一种基于强耦合偶极子的超宽带双极化相控阵天线
US6424299B1 (en) Dual hybrid-fed patch element for dual band circular polarization radiation
CN110247185A (zh) 圆极化差分介质谐振器阵列天线
US9819086B2 (en) Dual-band inverted-F antenna with multiple wave traps for wireless electronic devices
CN110676567A (zh) 基于宽带巴伦馈电的双圆极化贴片阵列天线
CN111262017B (zh) 一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线
Munir Experimental characterization of miniaturized meander line-based 4× 4 Butler matrix
CN116345164A (zh) 一种Ku频段宽带双圆极化微带天线
CN115939782A (zh) 一种w波段旋转式圆极化磁电偶极子天线阵列
García-Aguilar et al. Printed antenna for satellite communications

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