CN111355020A - 线极化天线和圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线极化天线及圆极化天线，线极化天线包括介质基板及两个微带；所述介质基板开设有多个呈周期排布的条状开槽口，所述多个条状开槽口的两端构成的几何轮廓关于所述介质基板沿长度方向的中轴线不对称；两个微带分别与所述介质基板的两端连接。圆极化天线包括上述的线极化天线。上述的线极化天线能够实现波束的连续扫描。

Description

线极化天线和圆极化天线
技术领域
本发明涉及无线技术领域，特别涉及一种线极化天线和圆极化天线。
背景技术
漏波天线是一种行波天线，漏波天线通过在传输线上引入辐射元素激发特定的快波模式实现辐射。漏波天线具有波束随频率变化的独特性质，其结构上具有连续的漏波特性，相比于能够实现相似功能的阵列天线，漏波天线具有定向性高、频带宽、馈电结构简单等优良特性，因此，漏波天线被广泛应用于各种不同频率的雷达和移动通信等领域中，由于具有高扫描速率的漏波天线可以产生高效、高分辨率的图像，漏波天线在生物医学和安防领域也得到有效的应用。
传统的漏波天线通过连续引入辐射结构通常能够实现波束的从前向后的连续扫描，但当漏波天线从后向前扫描时，扫描区域周围存在阻带，造成此阻带频带内的微波回波信号缺失，导致扫描图像的残缺或失真。
发明内容
基于此，有必要针对传统的漏波天线从后向前扫描时，扫描区域周围存在阻带的问题，提供一种线极化天线和圆极化天线。
一种线极化天线，包括：
介质基板，所述介质基板开设有多个呈周期排布的条状开槽口，所述多个条状开槽口的两端构成的几何轮廓关于所述介质基板沿长度方向的中轴线不对称；及
两个微带，分别与所述介质基板的两端连接。
在其中一个实施例中，所述多个条状开槽口的两端构成的几何轮廓与所述介质基板沿长度方向的中轴线的距离小于或等于4.8mm。
在其中一个实施例中，所述介质基板上开设有两排通孔，其中一排通孔位于所述多个条状开槽口的一侧，另一排通孔位于所述多个条状开槽口的另一侧，每排通孔包括多个间隔均匀的通孔。
在其中一个实施例中，所述通孔为圆孔，每个通孔的直径为0.5±0.01mm。
在其中一个实施例中，相邻两个通孔的圆心之间的距离为1±0.1mm。
在其中一个实施例中，所述微带包括连接端及过渡端，所述过渡端的两端分别与所述介质基板及所述连接端连接，所述过渡端的宽度自与所述连接端连接的一端向与所述介质基板连接的一端逐渐增大。
在其中一个实施例中，所述连接端的宽度均匀且宽度为1.6±0.1mm，所述过渡端与所述介质基板连接处的宽度为2.8±0.1mm，所述连接端及所述过渡端的长度均为5±0.1mm。
在其中一个实施例中，所述多个条状开槽口之间的距离相等。
上述的线极化天线，通过在介质基板中开设多个呈周期排布的条状开槽口，多个条状开槽口的两端构成的几何轮廓关于介质基板沿长度方向的中轴线不对称，从而线极化天线在奇偶激励下的场分布能够消除纵向上存在残余的极化，还可以避免受到其他同频率天线辐射的干扰，能够实现波束的连续扫描。
一种圆极化天线，包括两个上述的线极化天线，其特征在于，还包括相位合成器，所述相位合成器包括第一连接端口、第二连接端口、第三连接端口及第四连接端口，所述第一连接端口与其中一个线极化天线一端的微带连接，所述第二连接端口与另一个线极化天线一端的微带连接，所述第三连接端口及所述第四连接端口与负载连接，两个线极化天线的另一端与馈线连接，所述相位合成器用于将所述两个线极化天线中传输的相位差为90度的线极化电磁波合成为圆极化电磁波。
在其中一个实施例中，所述两个线极化天线中传输的线极化电磁波的相位分别为正45度和负45度。
上述的圆极化天线，通过相位合成器将与其连接的两个线极化天线中传输的相位差为90度的线极化电磁波合成为圆极化电磁波，使得圆极化天线的设计简化，圆极化天线的端口匹配良好，圆极化波束扫描范围大。
附图说明
图1为一实施例中的线极化天线的俯视图；
图2为图1所示的局部区域A的放大示意图；
图3为一实施例中的周期单元的示意图；
图4为另一实施例中的周期单元的示意图；
图5为一实施例中的圆极化天线的俯视图；
图6为一实施例中的相位合成器的俯视图；
图7为一实施例中的线极化天线的S参数图；
图8为一实施例中的的线极化天线增益及扫描角度图；
图9为一实施例中的圆极化天线的S参数图；
图10为一实施例中的圆极化天线的轴比图；
图11为一实施例中的圆极化天线的扫描角度图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本申请实施例提供一种线极化天线100，包括介质基板20及两个微带40。
请同时参阅图2，所述介质基板20开设有多个呈周期排布的条状开槽口22，所述多个条状开槽口22的两端构成的几何轮廓关于所述介质基板20沿长度方向的中轴线28不对称。两个微带40分别与所述介质基板20的两端连接。
所述介质基板20可以为任意形状，例如正方形、长方形等。在一个实施例中，所述介质基板20为长方形。所述介质基板20由金属材料制成。在一个实施例中，所述介质基板20的材料为铜。
请同时参阅图3及图4，所述多个条状开槽口22可以与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28垂直，也可以不与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28垂直。所述介质基板20上周期性排列的多个条状开槽口22组成多个周期单元24，即一个周期单元24的开槽口22为另一个周期单元24的开槽口22的重复排列。所述多个条状开槽口22之间的距离可以不相等。在一个实施例中，所述多个条状开槽口22之间的距离相等。所述多个条状开槽口22的宽度可以不相等。在一个实施例中，所述多个条状开槽口22的宽度相等。
请再参阅图3，在一个实施例中，所述多个条状开槽口22与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28垂直，每个周期单元24包括18个开槽口22，18个开槽口22从左向右依次排序，第一开槽口22至第十三开槽口22在所述介质基板20沿长度方向的中轴线28一侧的长度逐渐增加，第十三开槽口22至第十八开槽口22在该侧的长度逐渐减小，第一开槽口22至第六开槽口22在所述介质基板20沿长度方向的中轴线28另一侧的长度逐渐增加，第六开槽口22至第十八开槽口22在该侧的长度逐渐减小。其中，第一开槽口22、第三开槽口22、第五开槽口22、第九开槽口22、第十三开槽口22、第十八开槽口22在所述介质基板20沿长度方向的中轴线28一侧的长度分别为0.4mm、1.2mm、2mm、3.23mm、3.63mm、5.25mm、0.87mm。
请再参阅图4，在一个实施例中，所述多个条状开槽口22不与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28垂直，所述多个条状开槽口22的两端构成的几何轮廓与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28的距离小于或等于4.8mm。所述多个条状开槽口22的两端构成的几何轮廓与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28的距离最大处与通过该几何轮廓的几何中心点且垂直于所述介质基板20沿长度方向的中轴线28的短轴线之间的距离为4.8mm，该距离反映了周期单元24的几何轮廓与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28的距离最大处偏离几何轮廓的几何中心的距离。在另一个实施例中，所述多个条状开槽口22的两端构成的几何轮廓与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28的距离小于或等于3.6mm。所述几何轮廓通常为平行四边形。所述介质基板20沿长度方向的中轴线28位于每个周期单元24内的长度为18mm。
请再参阅图2，所述介质基板20上开设有两排通孔26，其中一排通孔26位于所述多个条状开槽口22的一侧，另一排通孔26位于所述多个条状开槽口22的另一侧，每排通孔26包括多个间隔均匀的通孔26。两排通孔26之间的距离为11.5±0.1mm。所述通孔26为圆孔且贯穿所述介质基板20，相邻两个通孔26的圆心之间的距离为1±0.1mm。每个通孔26的直径为0.5±0.01mm。所述两排通孔26确保了电磁波在所述介质基板20上的定向传播。在一实施例中，每排通孔26与所述介质基板20沿长度方向的中轴线28距离相等。
所述微带40包括连接端42及过渡端44，所述过渡端44的两端分别与所述介质基板20及所述连接端42连接，所述过渡端44的宽度自与所述连接端42连接的一端向与所述介质基板20连接的一端逐渐增大。所述过渡端44呈梯形。
所述连接端42的宽度均匀且宽度为1.6±0.1mm，所述过渡端44与所述介质基板20连接处的宽度为2.8±0.1mm，所述连接端42及所述过渡端44的长度均为5±0.1mm。所述连接端42及所述过渡端44的尺寸可以保证所述微带40与所述介质基板20之间的阻抗匹配。
所述两个微带40与所述介质基板20一体成型，具体的，所述连接端42、所述过渡端44及所述介质基板20一体成型。所述介质基板20的宽度为20±1mm。所述线极化天线100的长度为240mm。所述线极化天线100的结构尺寸小，加工成本低。
所述线极化天线100工作时，所述线极化天线100的一个微带40与馈线连接，另一个微带40与负载连接，电磁波从与馈线连接的微带40馈入，得到如图7所示的线极化天线的S参数图及如图8所示的线极化天线在频段9.8GHz-11.2GHz内的增益及扫描角度，由图8可知，本申请的线极化天线从前向后及从后向前扫描都不存在阻带。
上述的线极化天线100，通过在介质基板20中开设多个呈周期排布的条状开槽口22，多个条状开槽口22的两端构成的几何轮廓关于介质基板20沿长度方向的中轴线28不对称，从而线极化天线100在奇偶激励下的场分布能够消除纵向上存在残余的极化，还可以避免受到其他同频率天线辐射的干扰，能够实现波束的连续扫描。
请参阅图5，本申请实施例还提供一种圆极化天线200，所述圆极化天线200包括两个上述的线极化天线100及一个相位合成器。所述相位合成器包括第一连接端口201、第二连接端口202、第三连接端口203及第四连接端口204，所述第一连接端口201与其中一个线极化天线100一端的微带40连接，所述第二连接端口202与另一个线极化天线100一端的微带40连接，所述第三连接端口203及所述第四连接端口204与负载连接，两个线极化天线100的另一端与馈线连接，所述相位合成器用于将所述两个线极化天线100中传输的相位差为90度的线极化电磁波合成为圆极化电磁波。在一实施例中，所述两个线极化天线100中传输的线极化电磁波的相位分别为正45度和负45度。
请参阅图6，所述相位合成器还包括主体部205，所述主体部205大致呈矩形。所述主体部205的四个顶角上分别连接四个微带结构。四个微带结构分别作为第一连接端口201、第二连接端口202、第三连接端口203及第四连接端口204。在一实施例中，四个微带结构的尺寸相同，每个微带结构包括第一微带线206、第二微带线207及第三微带线208，第一微带线206一端与所述主体部205连接，另一端与所述第二微带线207连接，所述第二微带线207远离所述第一微带线206的一端与所述第三微带线208连接，第一微带线206自与所述主体部205连接一端向与所述第二微带线207连接一端的宽度逐渐减小。所述第一微带线206与所述第二微带线207连接处的宽度与所述第二微带线207的宽度相等。所述第二微带线207与所述第三微带线208的宽度均为1.6mm，所述第一微带线206与所述主体部205连接处的宽度为3.5mm，所述第一微带线206及所述第二微带线207的长度均为10mm，所述第三微带线208的长度为7mm。相邻两个微带结构的第三微带线208之间的距离为20mm。所述主体部205的宽度为14mm，长度为44mm。所述相位合成器结构尺寸使得所述相位合成器能够与所述两个线极化天线100有效连接，使得所述两个线极化天线100中传输的相位差为90度的线极化电磁波稳定地合成为圆极化电磁波。
圆极化天线200工作时，所述第三连接端口203及所述第四连接端口204与负载连接，两个线极化天线100的另一端与馈线连接，得到如图9所示的圆极化天线200的S参数图、图10所示的圆极化天线200的轴比图及图11所示的圆极化天线200的扫描角度图，由图11可知，本申请的线极化天线从前向后及从后向前扫描都不存在阻带。
上述的圆极化天线200，通过相位合成器将与其连接的两个线极化天线100中传输的相位差为90度的线极化电磁波合成为圆极化电磁波，使得圆极化天线200的设计简化，圆极化天线200的端口匹配良好，圆极化波束扫描范围大。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种线极化天线，其特征在于，包括：
介质基板，所述介质基板开设有多个呈周期排布的条状开槽口，所述多个条状开槽口的两端构成的几何轮廓关于所述介质基板沿长度方向的中轴线不对称；及
两个微带，分别与所述介质基板的两端连接。
2.根据权利要求1所述的线极化天线，其特征在于，所述多个条状开槽口的两端构成的几何轮廓与所述介质基板沿长度方向的中轴线的距离小于或等于4.8mm。
3.根据权利要求1所述的线极化天线，其特征在于，所述介质基板上开设有两排通孔，其中一排通孔位于所述多个条状开槽口的一侧，另一排通孔位于所述多个条状开槽口的另一侧，每排通孔包括多个间隔均匀的通孔。
4.根据权利要求3所述的线极化天线，其特征在于，所述通孔为圆孔，每个通孔的直径为0.5±0.01mm。
5.根据权利要求4所述的线极化天线，其特征在于，相邻两个通孔的圆心之间的距离为1±0.1mm。
6.根据权利要求1所述的线极化天线，其特征在于，所述微带包括连接端及过渡端，所述过渡端的两端分别与所述介质基板及所述连接端连接，所述过渡端的宽度自与所述连接端连接的一端向与所述介质基板连接的一端逐渐增大。
7.根据权利要求6所述的线极化天线，其特征在于，所述连接端的宽度均匀且宽度为1.6±0.1mm，所述过渡端与所述介质基板连接处的宽度为2.8±0.1mm，所述连接端及所述过渡端的长度均为5±0.1mm。
8.根据权利要求1所述的线极化天线，其特征在于，所述多个条状开槽口之间的距离相等。
9.一种圆极化天线，包括两个权利要求1-8任意一项所述的线极化天线，其特征在于，还包括相位合成器，所述相位合成器包括第一连接端口、第二连接端口、第三连接端口及第四连接端口，所述第一连接端口与其中一个线极化天线一端的微带连接，所述第二连接端口与另一个线极化天线一端的微带连接，所述第三连接端口及所述第四连接端口与负载连接，两个线极化天线的另一端与馈线连接，所述相位合成器用于将所述两个线极化天线中传输的相位差为90度的线极化电磁波合成为圆极化电磁波。
10.根据权利要求9所述的圆极化天线，其特征在于，所述两个线极化天线中传输的线极化电磁波的相位分别为正45度和负45度。
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