CN115117635B - 基于amc结构的圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于AMC结构的圆极化天线，用于解决现有技术中存在的圆极化天线剖面较高的技术问题，包括由四个对称振子组成并固定在第一介质基板上的辐射体、上下层叠的上表面印制有多个人工磁导体AMC单元的第一介质基板，和下表面印制有金属地板的第二介质基板；对称振子的对称轴线上设置有T型开槽；人工磁导体AMC单元采用四角带有切角的方形贴片结构，其每条边上蚀刻有T型缝隙，中心位置蚀刻有由直线型缝隙和半圆形缝隙组成的四个复合缝隙。

Description

基于AMC结构的圆极化天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种圆极化天线，具体涉及一种基于AMC结构的圆极化天线，可用于卫星导航系统。
背景技术
卫星导航系统是指为地面、海洋、空间及太空的各种载体提供位置、速度、时间等资讯服务的专业系统，可实现对目标的定位、导航、监管和管理，已经在军事和民用等不同领域发挥出重要的作用，成为不可或缺的无线电应用技术。天线是无线系统中重要的部件之一，其电性能决定着整个链路系统的性能。由于星载、机载、车载或手持载体的不同及载体结构尺寸的限制，往往对天线剖面有较高要求。
天线按照极化特性可分为线极化、圆极化和椭圆极化三种，圆极化天线相对于线极化天线具有一些显著优势，如圆极化波的旋向是相互正交的，圆极化天线只能接收相同旋向的圆极化波；任意极化波都可以由一个左旋和一个右旋的圆极化波组成，因此任意极化的天线能够接收圆极化天线的辐射波，并且任意极化天线的辐射波能够被圆极化天线所接收；圆极化波的极化具备旋转性。因此圆极化电磁波可以有效减小多径反射的影响、抑制雨雾等气候引起的去极化效应，圆极化天线被广泛应用在卫星导航系统中。
现有的卫星导航系统中采用的圆极化天线有十字交叉振子，四臂螺旋天线，顺序旋转的振子等形式。这些天线一般是辐射体位于金属反射板上方，且距离金属板四分之一波长，往往造成剖面高的问题，给卫星导航系统的设计带来困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于AMC结构的圆极化天线，用于解决现有技术中存在的圆极化天线剖面较高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
基于AMC结构的圆极化天线，包括辐射体1，以及自上而下依次层叠的第一介质基板2和第二介质基板3；所述辐射体1包括四个对称振子11，以及与每个对称振子连接的馈电网络12；所述第一介质基板2的上表面印制有M*M个周期性排列的人工磁导体AMC单元21；所述第二介质基板3的下表面印制有金属地板4；所述辐射体1固定在第一介质基板2上，其中M≥9。
所述对称振子11，采用对T型金属板的横向臂与纵向臂的连接位置进行垂直弯折后的对称结构，该对称结构的对称轴线上设置有第一矩形开槽，第一矩形开槽位于纵向臂的顶端设置有与第一矩形开槽垂直的第二矩形开槽，第二矩形开槽末端设置第三矩形槽，在横向臂上第一矩形开槽的两侧各设置有八个正方形开槽，该横向臂的两端各设置有一个金属开路枝节；
所述人工磁导体AMC单元21，采用四角带有切角的方形贴片结构，该方形贴片的每条边上蚀刻有T型缝隙，中心位置蚀刻有关于方形贴片中心法线旋转对称的四个复合缝隙，复合缝隙由直线型缝隙和半圆形缝隙组成。
上述基于AMC结构的圆极化天线，所述辐射体1，其包含的四个对称振子11关于第一介质基板2的中心法线旋转对称，且相邻振子之间相差90°，形成方形结构。
上述基于AMC结构的圆极化天线，所述方形结构，其包含的四个对称振子11上的横向臂与第一介质基板2的板面平行，且四个对称振子11上的纵向臂与第一介质基板2的四条边平行。
上述基于AMC结构的圆极化天线，所述第一介质基板2，其相对介电常数和厚度与第二介质基板3不同。
上述基于AMC结构的圆极化天线，所述四角带有切角的方形贴片，其每条边上蚀刻的T型缝隙位于该每条边的中心位置，且T型缝隙的横向部分与其所在的边平行；所述四角带有切角的方形贴片上蚀刻的四个复合缝隙中，直线型缝隙的自由端指向该贴片的中心，且四个直线型缝隙分别位于该贴片的两条对角线上。
上述基于AMC结构的圆极化天线，所述馈电网络12，采用延长线型馈电威尔金森功分器，用于实现辐射体1的圆极化特性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明由于第一介质基板的上表面印制有多个周期性排列的人工磁导体AMC单元，人工磁导体AMC单元带有切角的方形贴片的每条边上蚀刻有T型缝隙，中心位置蚀刻有关于方形贴片中心法线旋转对称的四个复合缝隙，该人工磁导体AMC单元，其反射表面电阻接近无穷大，实现反射相位0度，进而有效降低了天线的剖面高度。
2.本发明的对称振子采用对T型金属板的横向臂与纵向臂的连接位置进行垂直弯折后的对称结构，该对称结构的对称轴线上设置有第一矩形开槽，第一矩形开槽位于纵向臂的顶端设置有与第一矩形开槽垂直的作为巴伦结构的第二矩形开槽，能够增加电流在金属导体表面的流经，缩短纵向臂长度，降低剖面高度，在横向臂上第一矩形开槽的两侧各设置有八个正方形开槽，能够减轻天线本身重量并缩小天线体积；该横向臂的两端各设置有一个金属开路枝节，可以有效缩小天线长度，调节天线端口阻抗，获得良好性能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的对称振子的结构示意图；
图3是本发明的人工磁导体AMC单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步描述：
参照图1，本发明包括辐射体1，以及自上而下依次层叠的第一介质基板2和第二介质基板3。
所述辐射体1包括四个对称振子11，以及与每个对称振子连接的馈电网络12；辐射体1包含的四个对称振子11关于第一介质基板2的中心法线旋转对称，且相邻振子之间相差90°，形成方形结构。方形结构包含的四个对称振子11上的横向臂与第一介质基板2的板面平行，且四个对称振子11上的纵向臂与第一介质基板2的四条边平行。对称振子11关于第一介质基板2的中心法线旋转对称，可以有效改善传统直线排布情况下的方向图不对称问题。
对称振子11的结构如图2所示，采用对T型金属板的横向臂与纵向臂的连接位置进行垂直弯折后的对称结构，对横向臂四个角其中的两个做圆倒角处理，横向臂长度为280mm，宽度为80mm，纵向臂长度为58mm，宽度为50mm，该对称结构的对称轴线上设置有第一矩形开槽，第一矩形开槽的长度为80mm，宽度为8.3mm；第一矩形开槽位于纵向臂的顶端设置有与第一矩形开槽垂直的第二矩形开槽，第二矩形槽长40mm，宽8.3mm，第二矩形槽末端设置与第二矩形开槽垂直的第三矩形开槽，第二矩形槽与第三矩形开槽构成T型槽，第三矩形开槽长度为40mm，宽度为12mm。在横向臂上第一矩形开槽的两侧各设置有八个正方形开槽，正方形开槽边长18mm，横向间隔20mm,两排间隔38mm，对称振子的两个臂的水平部分中间位置矩形槽附近为高频辐射单元馈电点，在馈电点附近，振子的两臂由金属电桥连接，高频馈电同轴线的外臂焊接在振子一臂的馈电点处，同轴线内芯与金属电桥相焊接，与振子的另一臂相连接。每个同轴线并且与长线型馈电威尔金森功分器，用于实现辐射体的圆极化特性。横向臂上第一矩形开槽的两侧各设置有八个正方形开槽，可以减轻天线自身重量，并且增加天线表面电流路径，进一步缩小天线尺寸，对横向臂四个角其中的两个做圆倒角处理，可以改变电流在拐角处的反射；横向臂的两端各设置有一个金属开路枝节，可以增加天线臂的有效长度，纵向臂开槽，可以调节阻抗。
所述第一介质基板2，上表面印制有M*M个周期性排列的人工磁导体AMC单元21；人工磁导体AMC单元21的结构如图3所示，采用四角带有切角的方形贴片结构，所述方形贴片边长132mm，切角为等腰直角三角形，边长为21mm，该方形贴片的每条边上蚀刻有T型缝隙，缝隙宽度4mm，与方形边垂直部分长13mm，与方形边平行部分长22mm，中心位置蚀刻有关于方形贴片中心法线旋转对称的四个复合缝隙，复合缝隙由直线型缝隙和半圆形缝隙组成，其直线型长26mm，宽4mm；半圆形缝隙半径为9mm。正方形贴片四角切角，改变了相邻单元之间电磁耦合强度，该方形贴片的每条边上蚀刻的T型缝隙可以有效改善表面电流方向，进一步使方形贴片小型化，四个复合缝隙的对称结构可以改变入射电磁波散射强度，增加表面阻抗。
所述第一介质板2采用厚度2mm，相对介电常数4.4，损耗正切0.02的FR4材料；所述二介质板3采用厚度18mm，相对介电常数1.03，损耗正切0.018的低损耗泡沫材料。第一介质板与第二介质板设置不同厚度，改变均匀平面波从不同角度入射产生极化差，设置不同相对介电常数，使电磁波反射相位突变点和反射相位零点的频率值重合，实现人工磁导体AMC结构反射相位带宽扩展。

Claims (6)

1.一种基于AMC结构的圆极化天线，包括辐射体(1)，以及自上而下依次层叠的第一介质基板(2)和第二介质基板(3)；所述辐射体(1)包括四个对称振子(11)，以及与每个对称振子连接的馈电网络(12)；所述第一介质基板(2)的上表面印制有M*M个周期性排列的人工磁导体AMC单元(21)；所述第二介质基板(3)的下表面印制有金属地板(4)；所述辐射体(1)固定在第一介质基板(2)上，其中M≥9，其特征在于：
所述对称振子(11)，采用对T型金属板的横向臂与纵向臂的连接位置进行垂直弯折后的对称结构，该对称结构的对称轴线上设置有第一矩形开槽，第一矩形开槽位于纵向臂的顶端设置有与第一矩形开槽垂直的第二矩形开槽，在横向臂上第一矩形开槽的两侧各设置有八个正方形开槽，该横向臂的两端各设置有一个金属开路枝节；
所述人工磁导体AMC单元(21)，采用四角带有切角的方形贴片结构，该方形贴片靠近每条边的位置蚀刻有T型缝隙，中心位置蚀刻有关于方形贴片中心法线旋转对称的四个复合缝隙，复合缝隙由直线型缝隙和半圆形缝隙组成。
2.根据权利要求1所述的基于AMC结构的圆极化天线，其特征在于，所述辐射体(1)，其包含的四个对称振子(11)关于第一介质基板(2)的中心法线旋转对称，且相邻振子之间相差900，形成方形结构。
3.根据权利要求2所述的基于AMC结构的圆极化天线，其特征在于，所述方形结构，其包含的四个对称振子(11)上的横向臂与第一介质基板(2)的板面平行，且四个对称振子(11)上的纵向臂与第一介质基板(2)的四条边平行。
4.根据权利要求1所述的基于AMC结构的圆极化天线，其特征在于，所述第一介质基板(2)，其相对介电常数和厚度与第二介质基板(3)不同。
5.根据权利要求1所述的基于AMC结构的圆极化天线，其特征在于，所述四角带有切角的方形贴片，其靠近每条边位置蚀刻的T型缝隙位于该每条边的中心位置，且T型缝隙的横向部分与其所在的边平行；所述四角带有切角的方形贴片上蚀刻的四个复合缝隙中，直线型缝隙的自由端指向该贴片的中心，且四个直线型缝隙分别位于该贴片的两条对角线上。
6.根据权利要求1所述的基于AMC结构的圆极化天线，其特征在于，所述馈电网络(12)，采用延长线型馈电威尔金森功分器，用于实现辐射体(1)的圆极化特性。
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