CN114899595A - 一种低剖面圆极化辐射天线及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低剖面圆极化辐射天线，包括依次层叠的金属地板、第一介质板和主结构层；所述主结构层包括馈电网络和辐射圆极化波的辐射单元；所述辐射单元设置有辐射圆环、第一枝节、第二枝节以及依次连接的阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线；所述阻抗变换枝节还与所述馈电网络连接；所述弧形耦合线与所述辐射圆环耦合；所述阻抗变换枝节、连接微带和弧形耦合线的投影均落在所述辐射圆环内；所述第一枝节和所述第二枝节均位于所述辐射圆环的内环边沿上。通过在辐射圆环内设置第一枝节和第二枝节，能够在不增加天线剖面的条件下实现圆极化。采用该天线的UWB定位系统具有剖面低、定位精度高的特点。

Description

一种低剖面圆极化辐射天线及其应用

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是指一种低剖面圆极化辐射天线及其应用。

背景技术

超宽带（Ultra-Wideband，UWB）室内定位技术具有极高的时间分辨率、抗多径、高速率、低功耗、穿透能力强等特点，在短距离精确定位方面具有独特的优势。因此，近年来，UWB室内定位技术受到了越来越热切的关注。

现阶段的UWB定位天线大部分都是使用线极化，相比于线极化天线，圆极化天线具有显著提高定位系统精度的优点，由于被定位的物体多种多样，包括可能有旋转的物体，圆极化可以避免信号的极化失配，可以接受到所有极化方向的线极化天线，从而大大增加了定位系统的精度。

文献《UWB Positioning System with Orientation-IndependentCharacteristic by Using Omnidirectional Circularly Polarized Antenna》（W. -T.Tsai, Y. -Y. Chen, C. -Y. Liou and S. -G. Mao, 2019 IEEE MTT-S InternationalMicrowave Symposium (IMS), 2019, pp. 416-419）设计了一款基于UWB定位系统的圆极化天线，该天线实现了14.3%的10 dB定义的回波损耗带宽，并实现了较为稳定的圆极化辐射，但其缺点在于其为了保证带宽，导致天线整体剖面过高，不适合放置到体积较小的终端设备中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计一款低剖面圆极化辐射天线，使其适用于体积较小的终端设备中，实现UWB定位。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低剖面圆极化辐射天线，包括依次层叠的金属地板、第一介质板和主结构层；所述主结构层包括馈电网络和辐射圆极化波的辐射单元；所述辐射单元设置有辐射圆环、第一枝节、第二枝节以及依次连接的阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线；所述阻抗变换枝节与所述馈电网络连接；所述弧形耦合线与所述辐射圆环耦合；所述阻抗变换枝节、连接微带和弧形耦合线的投影均落在所述辐射圆环内；所述第一枝节和所述第二枝节均位于所述辐射圆环的内环边沿上。

进一步地，所述第一枝节和所述第二枝节的中轴线位于同一直线上，所述直线为过所述辐射圆环中心的直线；通过调节第一枝节、第二枝节与弧形耦合线的相对位置实现辐射单元辐射左旋或右旋的圆极化波。

进一步地，所述馈电网络包括依次连接的端口、带状线和传输线，所述馈电网络通过所述传输线与所述阻抗变换枝节连接；所述馈电网络还包括用于防止带状线能量损耗的辅助部件，所述辅助部件沿着带状线的延伸方向从端口位置旁延伸至带状线与传输线的连接位置旁；所述辅助部件包括第一辅助金属片和短路组件，所述第一辅助金属片通过所述短路组件与所述金属地板连接，所述带状线位于所述第一辅助金属片与所述第一介质板之间。

进一步地，所述主结构层还包括第二介质板，所述辅助部件还包括两片第二辅助金属片；所述第二辅助金属片与所述带状线位于同一平面上，且带状线位于两第二辅助金属片之间；所述第一辅助金属片通过所述短路组件与所述金属地板连接时，所述短路组件依次穿过第二介质板、第二辅助金属片、第一介质板；所述短路组件由两组第一短路金属柱组和两组第二短路金属柱组组成；每片所述第二辅助金属片均通过一组第一短路金属柱组与所述第一辅助金属片连接，且每片第二辅助金属片还通过一组第二短路金属柱组与所述金属地板连接。

进一步地，所述带状线、传输线、阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线、第二辅助金属片均位于第一平面上，所述辐射圆环、第一枝节、第二枝节、第一辅助金属片均位于第二平面上，所述第一平面和所述第二平面分居所述第二介质板的两侧面上。

或进一步地，所述带状线、传输线、第二辅助金属片均位于第一平面上，所述辐射圆环、第一枝节、第二枝节、阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线、第一辅助金属片均位于第二平面上；所述第一平面和所述第二平面分居所述第二介质板的两侧面上；所述主结构层还包括第三短路金属柱，所述传输线通过第三短路金属柱与所述阻抗变换枝节连接。

进一步地，所述第一介质板的介电常数为2.5~3.1，厚度为0.003~0.004个真空波长；所述第二介质板的介电常数为2.5~3.1，厚度为0.003~0.004个真空波长；所述连接微带的特征阻抗为50 Ω，所述带状线的特征阻抗为50 Ω，所述传输线的特征阻抗为50 Ω；所述天线的中心工作频率波长为λ，所述辐射圆环的外沿直径为0.37λ~0.40λ，圆环宽度为0.036λ~0.041λ；所述弧形耦合线的弧长为0.24λ~0.29λ，宽度为0.014λ~0.02λ；所述弧形耦合线到所述辐射圆环的距离为0.014λ~0.027λ；沿着辐射圆环的直径方向，所述第一枝节的长度为0.014λ~0.026λ，所述第二枝节的长度为0.014λ~0.026λ；所述第一短路金属柱组由间距为0.067λ~0.07λ的第一金属柱组成，所述第二短路金属柱组由间距为0.069λ~0.075λ的第二金属柱组成。

一种低剖面圆极化天线的应用，采用上述任一结构所述的低剖面圆极化天线，应用于无线通讯系统中。

进一步地，所述无线通讯系统为UWB定位系统，所述低剖面圆极化天线包括三个，三个所述低剖面圆极化天线均在同一第三平面上且呈三角形的形状摆放。

进一步地，摆放距离最大的两个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相同，二者所辐射的圆极化波的旋向与第三个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相反。

进一步地，三个所述低剖面圆极化天线呈直角三角形的形状摆放；位于三角形直角位置的低剖面圆极化天线关于所述直角三角形一直角边的中垂线与对应的一低剖面圆极化天线呈镜像对称，位于直角三角形直角位置的低剖面圆极化天线关于所述直角三角形的另一直角边的中垂线与对应的另一低剖面圆极化天线呈镜像对称。

或进一步地，在所述UWB定位系统中，三个所述低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相同。

本发明的有益效果在于：本发明的低剖面圆极化天线，通过在辐射圆环内设置第一枝节和第二枝节，能够在不增加天线剖面的条件下实现圆极化。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构：

图1为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的层状结构图；

图2为采用本发明的低剖面圆极化天线的UWB定位系统的第一平面上的部分结构样例图一；

图3为采用本发明的三个相同极化的低剖面圆极化天线的UWB定位系统的第二平面上的部分结构样例图一；

图4为采用本发明的低剖面圆极化天线的UWB定位系统的第一平面上的部分结构样例图二；

图5为采用本发明的三个相同极化的低剖面圆极化天线的UWB定位系统的第二平面上的部分结构样例图二；

图6为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的三个相同极化天线的反射系数结果图；

图7为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的三个相同极化天线的隔离度结果图；

图8为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的三个相同极化天线的轴比随频率变化的结果图；

图9a-图9c为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统中，在8 GHz时，三个相同极化天线的轴比随θ变化的结果图；

图10a-图10c为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的三个相同极化天线的φ= 0°和φ= 90°的辐射方向图；

图11为采用本发明的不同极化的低剖面圆极化天线的UWB定位系统的第二平面上的部分结构样例图三；

图12为采用本发明的不同极化的低剖面圆极化天线的UWB定位系统的第二平面上的部分结构样例图四；

图13为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的不同极化天线的反射系数结果图；

图14为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的三个不同极化天线的隔离度结果图；

图15为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的不同极化天线的轴比随频率变化的结果图；

图16a-图16c为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统中，在8GHz时，不同极化天线轴比随θ变化的结果图；

图17a-图17c为采用本发明的一种低剖面圆极化天线的UWB定位系统的三个相同极化天线的φ= 0°和φ= 90°的辐射方向图；

其中，1-金属地板，2-第一介质板；3-第一平面，31-端口，32-带状线，33-传输线，4-第二介质板，5-第二平面，50-辐射圆环，51-第一枝节，52-第二枝节，53-弧形耦合线，54-连接微带，55-阻抗变换枝节，6-第三短路金属柱，71-第一辅助金属片，72-第二辅助金属片，73-短路组件。

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。

实施例1

请参阅图1至图5、图11以及图12，一种低剖面圆极化辐射天线，包括依次层叠的金属地板1、第一介质板2和主结构层；所述主结构层包括馈电网络和辐射圆极化波的辐射单元；所述辐射单元设置有辐射圆环50、第一枝节51、第二枝节52以及依次连接的阻抗变换枝节55、连接微带54、弧形耦合线53；所述阻抗变换枝节55与所述馈电网络连接；所述弧形耦合线53与所述辐射圆环50耦合；所述阻抗变换枝节55、连接微带54和弧形耦合线53的投影均落在所述辐射圆环50内(照射光线垂直于金属地板1）；所述第一枝节51和所述第二枝节52均位于所述辐射圆环50的内环边沿上。

传统贴片天线的边缘位置基模阻抗偏大，而本实施例提供的低剖面圆极化辐射天线的辐射圆环50就相当于挖去中间部分而只保留边缘的贴片天线，故其基模整体阻抗都偏大，无法用探针直接接触馈电。本发明中，采用弧形耦合线53耦合馈电的优势在于：能够通过改变弧形耦合线53与辐射圆环50的间距来控制耦合强度，从而可灵活的调节输入阻抗，使天线较为容易达成匹配。进一步地，所设置的阻抗变换枝节55能够令天线更为容易调节至阻抗匹配。该天线通过在辐射圆环50内设置第一枝节51和第二枝节52，能够实现在不增加天线剖面的条件下（即不增加纵向尺寸）实现圆极化，且易于加工。又由于阻抗变换枝节55、连接微带54和弧形耦合线53的投影均落在所述辐射圆环50内，所以，设置第一枝节51、第二枝节52、阻抗变换枝节55、连接微带54和弧形耦合线53后，也不会增加天线的横向尺寸。

实施例2

在上述结构基础上，所述第一枝节51和所述第二枝节52的中轴线均位于同一直线上，所述直线为过所述辐射圆环50中心的直线，此时，天线的圆极化性能更佳；通过调节第一枝节51、第二枝节52与弧形耦合线53的相对位置实现辐射单元辐射左旋或右旋的圆极化波。通过第一枝节51和第二枝节52，实现天线基模的简并模分离，从而实现圆极化。

实施例3

在上述结构基础上，所述馈电网络包括依次连接的端口31、带状线32和传输线33，所述馈电网络通过所述传输线33与所述阻抗变换枝节55连接；所述馈电网络还包括用于防止带状线32能量损耗的辅助部件，所述辅助部件沿着带状线的延伸方向从端口31位置旁延伸至带状线32与传输线33的连接位置旁；所述辅助部件包括第一辅助金属片71和短路组件73，所述第一辅助金属片71通过所述短路组件73与所述金属地板1连接，所述带状线32位于所述第一辅助金属片71与所述第一介质板2之间。即带状线32穿行于由第一辅助金属片71、短路组件73和金属地板1构成的“隧道”中，受“隧道”的屏蔽作用，带状线32的能量损耗极低，方便天线在离辐射单元较远的地方设置馈电端口。

实施例4

在上述结构基础上，所述主结构层还包括第二介质板4，所述辅助部件还包括两片第二辅助金属片72；所述第二辅助金属片72与所述带状线32位于同一平面上，且带状线32位于两第二辅助金属片72之间；所述第一辅助金属片71通过所述短路组件73与所述金属地板1连接时，所述短路组件73依次穿过第二介质板4、第二辅助金属片72、第一介质板2；所述短路组件73由两组第一短路金属柱组和两组第二短路金属柱组组成；每片所述第二辅助金属片72均通过一组第一短路金属柱组与所述第一辅助金属片71连接，且每片第二辅助金属片72还通过一组第二短路金属柱组与所述金属地板1连接。因为在实际加工中，为降低成本、降低加工难度、提高天线结构稳定性，通常采用两块芯板进行加工，所以本发明中在实际加工时，增加设置两片第二辅助金属片72可以方便实现第一辅助金属片与金属地板之间的良好连接。

实施例5

在上述结构基础上，请参阅图2、图3和图11，所述带状线32、传输线33、阻抗变换枝节55、连接微带54、弧形耦合线53、第二辅助金属片72均位于第一平面3上，所述辐射圆环50、第一枝节51、第二枝节52、第一辅助金属片71均位于第二平面5上，所述第一平面3和所述第二平面5分居所述第二介质板4的两侧面上。

实施例6

或在上述实施例1至4任一结构基础上，请参阅图4、图5和图12，所述带状线32、传输线33、第二辅助金属片72均位于第一平面3上，所述辐射圆环50、第一枝节51、第二枝节52、阻抗变换枝节55、连接微带54、弧形耦合线53、第一辅助金属片71均位于第二平面5上；所述第一平面3和所述第二平面5分居所述第二介质板4的两侧面上；所述主结构层还包括第三短路金属柱6，所述传输线33通过第三短路金属柱6与所述阻抗变换枝节55连接。第三短路金属柱6与阻抗变换枝节55的连接点偏离阻抗变换枝节55的中心。

优选地，实施例5和实施例6中，阻抗变换枝节55设置成矩形或圆形或梯形或三角形或正多边形（正多边形的边数大于等于5），第一枝节51和第二枝节52可设置成矩形或梯形或三角形或扇形或扇环或正多边形（正多边形的边数大于等于5）。

实施例7

在上述结构基础上，所述第一介质板2的介电常数为2.5~3.1，厚度为0.003~0.004个真空波长；所述第二介质板4的介电常数为2.5~3.1，厚度为0.003~0.004个真空波长；所述连接微带54的特征阻抗为50 Ω，所述带状线32的特征阻抗为50 Ω，所述传输线33的特征阻抗为50 Ω；所述天线的中心工作频率波长为λ，所述辐射圆环50的外沿直径为0.37λ~0.40λ，圆环宽度为0.036λ~0.041λ；所述弧形耦合线53的弧长为0.24λ~0.29λ，宽度为0.014λ~0.02λ；所述弧形耦合线53到所述辐射圆环50的距离为0.014λ~0.027λ；沿着辐射圆环50的直径方向，所述第一枝节51的长度为0.014λ~0.026λ，所述第二枝节52的长度为0.014λ~0.026λ；所述第一短路金属柱组由间距为0.067λ~0.07λ的第一金属柱组成，所述第二短路金属柱组由间距为0.069λ~0.075λ的第二金属柱组成。在此结构下，天线性能得到进一步优化。

实施例8

一种低剖面圆极化天线的应用，采用上述任一结构所述的低剖面圆极化天线，应用于无线通讯系统中。该无线通讯系统具有剖面低的特点。

实施例9

在上述结构基础上，请参阅图1至图5、图11以及图12，所述无线通讯系统为UWB定位系统，所述低剖面圆极化天线包括三个，三个所述低剖面圆极化天线均在同一第三平面上且呈三角形的形状摆放。在加工时，三个低剖面圆极化天线共用同一金属地板1，辐射单元均在金属地板1的同一侧，此时，所得的UWB的定位系统的剖面跟所述低剖面圆极化天线的剖面相同。三个低剖面圆极化天线可以同为右旋圆极化的天线（称为极化相同），或同为三个低剖面圆极化天线可以使同为左旋圆极化的天线（也称为极化相同），或其中一个圆极化天线的旋向与另外的两个圆极化天线的旋向相反（称为极化不同，包括：1.两个左旋圆极化和一个右旋圆极化的组合；2.两个右旋圆极化和一个左旋圆极化的组合。）。该UWB定位系统具有剖面低、定位精度高的特点。当三个低剖面圆极化天线的极化相同时，天线与UWB定位系统的适配性更强。当UWB定位系统中天线间距较远时，相同极化和不同极化的两种情况的UWB定位系统性能相差不大，但当UWB定位系统中天线间设计更为紧凑时，同等条件下，三个极化不同的天线间的隔离度更好，性能相对更佳。

实施例10

在上述结构基础上，摆放距离最大的两个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相同，二者所辐射的圆极化波的旋向与第三个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相反。

实施例11

在上述结构基础上，请参阅图2、图4、图11以及图12，三个所述低剖面圆极化天线呈直角三角形的形状摆放；位于直角三角形斜边上的两个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相同，二者与位于直角三角形直角位置的低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相反；

位于三角形直角位置的低剖面圆极化天线关于所述直角三角形一直角边的中垂线与对应的一低剖面圆极化天线呈镜像对称，位于直角三角形直角位置的低剖面圆极化天线关于所述直角三角形的另一直角边的中垂线与对应的另一低剖面圆极化天线呈镜像对称。

此外，由于由第一辅助金属片71、第二辅助金属片72、短路组件73和金属地板1构成的“隧道”结构内信号屏蔽效果好，在馈电网络布局时，相邻两个所述低剖面圆极化天线的第二辅助金属片72、短路组件73可以共用部分结构，进而使得整个UWB定位系统的结构更为紧凑。

为了进一步说明采用本发明低剖面圆极化天线的UWB定位系统的效果，分别对采用三个相同圆极化和采用三个不同圆极化的UWB定位系统进行效果说明，其中，图6至图8，图9a-图9c，图10a-图10c为采用三个相同圆极化的UWB定位系统的性能效果，图13至图15，图16a-图16c，图17a-图17c为采用三个不同圆极化的UWB定位系统的性能效果。

图6展示的是极化相同时的三个天线的反射系数结果，从图6中可以看到，极化相同的三个天线均能在8 GHz实现匹配，其中，天线A在-6 dB定义的反射系数带宽（S ₁₁）为186MHz左右，天线B在-6 dB定义的反射系数带宽（S ₂₂）为135 MHz左右，天线C在-6 dB定义的反射系数带宽(S ₃₃)为178 MHz左右。

图7展示的是极化相同时的三个天线的隔离度结果，从图7中可以看到，极化相同的三个天线的隔离度均能达到20 dB以上，可保证三个天线端口之间的影响最小，使三个天线能够正常工作。

图8展示的是极化相同时的三个天线的轴比随频率变化的结果，从图8中可以看到，极化相同的三个天线在8 GHz均能实现6 dB以下的轴比，其中，天线A的6 dB轴比带宽（port1）为76 MHz，天线B的6 dB轴比带宽(port2)为47 MHz，天线C的6 dB轴比带宽(port3)为35 MHz，均满足UWB定位技术的应用需求，符合设计条件。

图9a-图9c展示的是极化相同时的三个天线在8 GHz时轴比随θ的变化结果，其中，图9a为一靠近端口位置的一个天线（后续简称天线A）的轴比随θ变化的结果图，图9b为远离端口位置的一个天线（后续简称天线B）的轴比随θ变化的结果图，图9c为另一靠近端口位置的天线（后续简称天线C）的轴比随θ变化的结果图，天线B到天线A的距离小于天线B到天线C的距离，即天线B到端口的距离均大于天线A和天线C到端口的距离。从图9a-图9c中可以看到，天线A的6 dB轴比波宽大致为90°，天线B的6 dB轴比波宽为98°左右，天线C的6 dB轴比波宽在φ = 0°面和φ = 90°面的6 dB轴比波宽均为100°以上，故其公共部分有43°。

图10a-图10c展示的是极化相同时的三个天线的方向图结果，其中，图10a为天线A的辐射方向图，图10b为天线B的辐射方向图, 图10c为天线C的辐射方向图。从图10a-图10c中可以看到，三个天线均为向上方辐射，且均为左旋圆极化。虽然由于所用介质基板过薄，导致天线的辐射效率较低，但也已经满足设计需求，可以应用于UWB定位技术中。

图13展示的是极化不同时的三个天线的反射系数结果，从图13中可以看到，极化不同时的三个天线均能在8 GHz实现匹配，其中，天线A在6 dB定义的回波损耗带宽（S ₁₁）和天线C在6 dB定义的回波损耗带宽(S ₃₃)大致为200 MHz，天线B在6 dB定义的回波损耗带宽(S ₂₂)为150 MHz左右。

图14展示的是极化不同时的三个天线的隔离度结果，从图14中可以看到，相较于极化相同的天线的隔离度，极化不同的三个天线的隔离度可达到22 dB以上，此时也可保证三个天线端口之间的影响最小，使三个天线能够正常工作。

图15展示的是极化不同时的三个天线的轴比随频率变化的结果，从图15中可以看到，极化不同时的三个天线在8 GHz均能达到6 dB以下的轴比，虽然三个天线轴比带宽仅有20-40 MHz，但已满足该技术的应用需求，符合设计条件。

图16a-图16c展示的是极化不同时的三个天线在8 GHz时轴比随θ的变化结果，其中，图16a为天线A的轴比随θ变化的结果图，图16b为天线B的轴比随θ变化的结果图，图16c为天线C的轴比随θ变化的结果图。从图16a-图16c中可以看到，天线A的轴比波宽大致为90°，天线B的轴比波宽为90°左右，天线C在φ= 0°面和φ= 90°面的轴比波宽均为130°左右，其中，公共部分有40°。

图17a-图17c展示的是极化不同时的三个天线的方向图结果，其中，图17a为天线A的辐射方向图，图17b为天线B的辐射方向图, 图17c为天线C的辐射方向图。从图17a-图17c中可以看到，极化不同时的三个天线均为向上方辐射，即使为了达到轻薄化设计使用过薄的介质板而致使天线的辐射效率较低，但也依然能够满足设计需求，可以应用于UWB定位技术中。

本发明提出了一种低剖面圆极化辐射天线及其应用于UWB定位技术的方案，其中，UWB定位技术中，采用三端口馈电的方式给三个天线馈电。所述低剖面圆极化辐射天线中，为了使天线能够保持较好的匹配，在不占用外部空间的情况下，设置了投影落在天线的辐射圆环内部的阻抗匹配枝节、连接微带和弧形耦合线；在辐射圆环的内环边沿上设置第一枝节和第二枝节实现辐射左旋或右旋的圆极化波，所以整个圆极化辐射天线的剖面低，进而保证采用所述低剖面圆极化辐射天线的UWB定位系统的剖面也很低。

此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，包括依次层叠的金属地板、第一介质板和主结构层；

所述主结构层包括馈电网络和辐射圆极化波的辐射单元；

所述辐射单元设置有辐射圆环、第一枝节、第二枝节以及依次连接的阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线；所述阻抗变换枝节与所述馈电网络连接；所述弧形耦合线与所述辐射圆环耦合；所述阻抗变换枝节、连接微带和弧形耦合线的投影均落在所述辐射圆环内；所述第一枝节和所述第二枝节均位于所述辐射圆环的内环边沿上。

2.如权利要求1所述的低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，所述第一枝节和所述第二枝节的中轴线位于同一直线上，所述直线为过所述辐射圆环中心的直线；通过调节第一枝节、第二枝节与弧形耦合线的相对位置实现辐射单元辐射左旋或右旋的圆极化波。

3.如权利要求2所述的低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，所述馈电网络包括依次连接的端口、带状线和传输线，所述馈电网络通过所述传输线与所述阻抗变换枝节连接；所述馈电网络还包括用于防止带状线能量损耗的辅助部件，所述辅助部件沿着带状线的延伸方向从端口位置旁延伸至带状线与传输线的连接位置旁；所述辅助部件包括第一辅助金属片和短路组件，所述第一辅助金属片通过所述短路组件与所述金属地板连接，所述带状线位于所述第一辅助金属片与所述第一介质板之间。

4.如权利要求3所述的低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，所述主结构层还包括第二介质板，所述辅助部件还包括两片第二辅助金属片；所述第二辅助金属片与所述带状线位于同一平面上，且带状线位于两第二辅助金属片之间；所述第一辅助金属片通过所述短路组件与所述金属地板连接时，所述短路组件依次穿过第二介质板、第二辅助金属片、第一介质板；所述短路组件由两组第一短路金属柱组和两组第二短路金属柱组组成；每片所述第二辅助金属片均通过一组第一短路金属柱组与所述第一辅助金属片连接，且每片第二辅助金属片还通过一组第二短路金属柱组与所述金属地板连接。

5.如权利要求4所述的低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，所述带状线、传输线、阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线、第二辅助金属片均位于第一平面上，所述辐射圆环、第一枝节、第二枝节、第一辅助金属片均位于第二平面上，所述第一平面和所述第二平面分居所述第二介质板的两侧面上。

6.如权利要求4所述的低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，所述带状线、传输线、第二辅助金属片均位于第一平面上，所述辐射圆环、第一枝节、第二枝节、阻抗变换枝节、连接微带、弧形耦合线、第一辅助金属片均位于第二平面上；所述第一平面和所述第二平面分居所述第二介质板的两侧面上；所述主结构层还包括第三短路金属柱，所述传输线通过第三短路金属柱与所述阻抗变换枝节连接。

7.如权利要求5或6所述的低剖面圆极化辐射天线，其特征在于，所述第一介质板的介电常数为2.5~3.1，厚度为0.003~0.004个真空波长；所述第二介质板的介电常数为2.5~3.1，厚度为0.003~0.004个真空波长；所述连接微带的特征阻抗为50 Ω，所述带状线的特征阻抗为50 Ω，所述传输线的特征阻抗为50 Ω；所述天线的中心工作频率波长为λ，所述辐射圆环的外沿直径为0.37λ~0.40λ，圆环宽度为0.036λ~0.041λ；所述弧形耦合线的弧长为0.24λ~0.29λ，宽度为0.014λ~0.02λ；所述弧形耦合线到所述辐射圆环的距离为0.014λ~0.027λ；沿着辐射圆环的直径方向，所述第一枝节的长度为0.014λ~0.026λ，所述第二枝节的长度为0.014λ~0.026λ；所述第一短路金属柱组由间距为0.067λ~0.07λ的第一金属柱组成，所述第二短路金属柱组由间距为0.069λ~0.075λ的第二金属柱组成。

8.一种低剖面圆极化天线的应用，其特征在于，采用1至7任一所述的低剖面圆极化天线，应用于无线通讯系统中。

9.如权利要求8所述的低剖面圆极化天线的应用，其特征在于，所述无线通讯系统为UWB定位系统，所述低剖面圆极化天线包括三个，三个所述低剖面圆极化天线均在同一第三平面上且呈三角形的形状摆放。

10.如权利要求9所述的低剖面圆极化天线的应用，其特征在于，摆放距离最大的两个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相同，二者所辐射的圆极化波的旋向与第三个低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相反。

11.如权利要求10所述的低剖面圆极化天线的应用，其特征在于，三个所述低剖面圆极化天线呈直角三角形的形状摆放；

位于三角形直角位置的低剖面圆极化天线关于所述直角三角形一直角边的中垂线与对应的一低剖面圆极化天线呈镜像对称，位于直角三角形直角位置的低剖面圆极化天线关于所述直角三角形的另一直角边的中垂线与对应的另一低剖面圆极化天线呈镜像对称。

12.如权利要求9所述的低剖面圆极化天线的应用，其特征在于，三个所述低剖面圆极化天线所辐射的圆极化波的旋向相同。

Images