CN112271439A - 一种圆极化微带天线 - Google Patents

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杨国栋
崔子卿
高冲
段永强
刘扬
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Abstract

本发明公开了一种圆极化微带天线，属于微带天线技术领域。其包括从上到下层叠设置的匹配介质层、辐射介质层以及馈电网络层；还包括总馈电端口和两个馈电探针；在匹配介质层的上表面设有矩形环状结构的微带贴片单元组，在匹配介质层和辐射介质层之间设有辐射贴片，辐射贴片通过两个馈电探针进行馈电。圆极化馈电网络位于馈电网络介质层的中间，总馈电端口为同轴馈电。本发明可以较好的满足圆极化天线独立使用或者组阵使用。

Description

一种圆极化微带天线
技术领域
本发明涉及到微带天线技术领域，特别涉及一种圆极化微带天线。
背景技术
目前在通信系统中使用的天线有以下几种形式，这几种形式在性能、实现方法等方面各有特色，但也存在各自的优缺点。
1、微带形式的圆极化天线，利用微带贴片切角的方式实现圆极化信号，利用单一馈电既可以实现圆极化信号，但是这种天线的圆极化轴比往往由于贴片的切角带来较小的宽角轴比，在某些领域具有一定的使用性，但是由于微带贴片本来的效率较低，且天线单元不利于小型化，同时也不利于实现波束较宽的轴比特性。
2、螺旋形式的圆极化天线，这种天线非常适合产生圆极化信号，且具有较好的宽角轴比特性，加工实现方法简单，但是由于螺旋天线的高度较高，不利于实现小型化。
3、波导形式的圆极化天线，这种天线实现方式一般为机械加工的方式，需要在波导内部进行增加隔板移相器以实现圆极化，且为了小型化，需要在波导内部增加介质材料，这样就容易降低天线的辐射效率。
4、非对称振子形式的圆极化天线，这种天线采用了不等成的振子臂，通过引入附加相移实现圆极化，该种方式的圆极化信号实现技术较为简单，但振子的尺寸往往较大，不利于天线的小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种圆极化微带天线，该天线具有高效率、低功耗，并且可以较好的适用于单天线或者组阵天线中。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种圆极化微带天线，包括从上到下层叠设置的匹配介质层、辐射介质层以及馈电网络层；还包括总馈电端口和两个馈电探针；
所述匹配介质层的主体为第一介质板，其上表面设置有微带贴片单元组；所述辐射介质层的主体为第二介质板，在第一介质板和第二介质板之间设置有辐射贴片；所述馈电网络层包括从上到下层叠设置的两个馈电介质板，在两个馈电介质板之间设有圆极化馈电网络；在馈电网络层的上表面和下表面均设有金属板，其中，上表面的金属板上设有分别供两个馈电探针穿过的两个小孔；
两个馈电探针连接在辐射贴片的下表面并与其垂直；所述圆极化馈电网络包括一个等功分圆环状微带馈线和依次连接在等功分圆环状微带馈电同一端点的两个不等长的馈电走线，所述两个不等长的馈电走线相互平行；所述两个馈电探针的末端分别连接在圆极化馈电网络的两个端点；所述总馈电端口连接在等功分圆环状微带馈线的延伸的下方，且在馈电网络层下表面的金属板上设有供总馈电端口露出的小孔；
其中，两个不等长的馈电走线之间的相位差为90度，且靠近环状微带馈线的馈电走线短于另一条馈电走线；所述馈电探针和总馈电端口不与馈电网络层上、下表面的金属板接触。
进一步的，所述微带贴片单元组为多个超材料微带贴片单元组成的矩形环状结构。
进一步的，所述辐射贴片位于微带贴片单元组的正下方。
本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明利用圆极化馈电网络实现了天线的圆极化，提高了宽角轴比特性。
2、本发明通过超材料微带贴片单元构成的矩形环状微带贴片单元组，提高了天线效率。
3、本发明具有较宽的波束宽度、轴比特性，满足导航天线的使用要求，天线波束、驻波比以及轴比具有优良的性能。
4、本发明的整个结构可以采用多层印制板一体化压接成型方式，简单可行，可有效降低天线成本。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1中的馈电网络结构示意图。
图3是本发明实施例的驻波比仿真结果。
图4是本发明实施例的方向图仿真结果。
图5是本发明实施例的轴比仿真结果。
图中：1、等功分圆环状微带馈线2、超材料微带贴片单元，3、第一介质板，5、第二介质板，6、短微带走线，7、长微带走线，8、下层馈电介质板，9、上层馈电介质板，10、延伸。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种圆极化微带天线，包括从上到下层叠设置的匹配介质层、辐射介质层以及馈电网络层；还包括总馈电端口和两个馈电探针；
所述匹配介质层的主体为第一介质板，其上表面设置有微带贴片单元组；所述辐射介质层的主体为第二介质板，在第一介质板和第二介质板之间设置有辐射贴片；所述馈电网络层包括从上到下层叠设置的两个馈电介质板，在两个馈电介质板之间设有圆极化馈电网络；在馈电网络层的上表面和下表面均设有金属板，其中，上表面的金属板上设有分别供两个馈电探针穿过的两个小孔；
两个馈电探针连接在辐射贴片的下表面并与其垂直；所述圆极化馈电网络包括一个等功分圆环状微带馈线和依次连接在等功分圆环状微带馈电同一端点的两个不等长的馈电走线，所述两个不等长的馈电走线包括长馈电走线和短馈电走线，且两条馈电走线相互平行；所述两个馈电探针的末端分别连接在圆极化馈电网络的两个端点；所述总馈电端口连接在等功分圆环状微带馈线的延伸的下方，且在馈电网络层下表面的金属板上设有供总馈电端口露出的小孔；
其中，两个不等长的馈电走线之间的相位差为90度，且靠近环状微带馈线的馈电走线短于另一条馈电走线；所述馈电探针和总馈电端口不与馈电网络层上、下表面的金属板接触。
进一步的，所述微带贴片单元组为多个超材料微带贴片单元组成的矩形环状结构。
进一步的，所述辐射贴片位于微带贴片单元组的正下方。
下面为一个更具体的实施例：
参照图1至图2，本实施例由匹配介质层、辐射介质层、圆极化馈电网络、馈电网络层、馈电探针以及总馈电端口等结构组成。
其中，若干个超材料微带贴片单元2为尺寸为2mm×2mm的微带天线，前后间隙均为1.25mm，组成了一个矩形环状结构，位于介电常数2.2、高度为2mm的第一介质板3的上部构成匹配介质层，辐射贴片位于第一介质板3和介电常数21.2高度为7mm的第二介质板5之间，辐射贴片为边长21mm的矩形贴片，辐射贴片和第二介质板5构成辐射介质层。辐射贴片通过两个馈电探针进行馈电。
其中，圆极化馈电网络包括一个等功分圆环状微带馈线1和依次连接在等功分圆环状微带馈电同一端点的两个不等长的馈电走线，所述两个不等长的馈电走线包括长馈电走线7和短馈电走线6，且两条馈电走线相互平行；其位于馈电网络层的两个馈电介质板之间。两个不等长的馈电走线之间的相位差为90度，且靠近环状微带馈线的馈电走线短于另一条馈电走线。
其中，上层馈电介质板9的介电常数为7，厚度为1mm，位于辐射介质层的下面，两者之间设置有金属板，为避免短路，在两个馈电探针与金属板的交界处将部分金属腐蚀掉，并形成圆形小孔。
其中，下层馈电介质板8的介电常数为7，厚度为1mm，位于最底层，其底部设置有金属板，为避免短路，在总馈电端口7与金属板的交界处将部分金属腐蚀掉，并形成圆形小孔。
其中，总馈电端口为同轴馈电。所述总馈电端口连接在等功分圆环状微带馈线的延伸10的下方。
其中，圆极化馈电网络可以按照上述结构进行镜像，以获得相反的圆极化特性。
对该圆极化天线进行仿真，该天线具有宽角覆盖，驻波比小、宽角轴比特性优良等特点，天线的整体尺寸为34mm×34mm×12mm，在仿真的结果中，图3为天线的驻波比曲线，在所需的频带内小于2，图4为天线的方向图曲线，天线增益大于2.5dBi，在±60°内，增益下降小于3.5dB，图5为天线波束的轴比曲线，在±60°内优于3dB。
本发明的工作原理：
当发射信号时，发射机产生的信号进入总馈电端口，通过圆极化馈电网络对信号进行等功分，信号在网络中传输，分别进入两个馈电走线后，由于路径不同，实现了90°的相移，并分别通过两个馈电探针对辐射贴片进行馈电，信号通过辐射贴片辐射出去。其中超材料微带贴片单元2、匹配介质层起到了阻抗匹配的作用。
当接收信号时，空间来的圆极化信号经过匹配介质层后进入辐射贴片，并沿着两个同轴馈电探针进入到馈电网络的支口，形成两路信号，该两路信号分别经过不同的路径进行90°移相，通过合成后的端口进入接收设备。

Claims (3)

1.一种圆极化微带天线，包括从上到下层叠设置的匹配介质层、辐射介质层以及馈电网络层；其特征在于，还包括总馈电端口和两个馈电探针；
所述匹配介质层的主体为第一介质板，其上表面设置有微带贴片单元组；所述辐射介质层的主体为第二介质板，在第一介质板和第二介质板之间设置有辐射贴片；所述馈电网络层包括从上到下层叠设置的两个馈电介质板，在两个馈电介质板之间设有圆极化馈电网络；在馈电网络层的上表面和下表面均设有金属板，其中，上表面的金属板上设有分别供两个馈电探针穿过的两个小孔；
两个馈电探针连接在辐射贴片的下表面并与其垂直；所述圆极化馈电网络包括一个等功分圆环状微带馈线和依次连接在等功分环状微带馈电同一端点的两个不等长的馈电走线，所述两个不等长的馈电走线相互平行；所述两个馈电探针的末端分别连接在圆极化馈电网络的两个端点；所述总馈电端口连接在等功分圆环状微带馈线的延伸的下方，且在馈电网络层下表面的金属板上设有供总馈电端口露出的小孔；
其中，两个不等长的馈电走线之间的相位差为90度，且靠近环状微带馈线的馈电走线短于另一条馈电走线；所述馈电探针和总馈电端口均不与馈电网络层上、下表面的金属板接触。
2.根据权利要求1所述的一种圆极化微带天线，其特征在于，所述微带贴片单元组为多个超材料微带贴片单元组成的矩形环状结构。
3.根据权利要求1所述的一种圆极化微带天线，其特征在于，所述辐射贴片位于微带贴片单元组的正下方。
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