CN209401838U - 一种宽带圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种宽带圆极化天线，由于采用条状矩形结构的第一微带贴片和包括两个同向90度折弯的条状矩形结构的第二微带贴片构成微带贴片，通过单个馈点馈电探针分支出两条相位差为90度的单个微带贴片进行馈电，进而构成两个谐振点，形成一个双峰谐振形式，以实现单馈与多馈相结合的方式实现圆极化技术的方案，具有较宽的轴比带宽，且通频带内形成双谐振峰形式进一步展宽了天线驻波带宽，并且天线结构简单，加工方便，成本低，能够满足系统的电气性能指标要求。

Description

一种宽带圆极化天线

技术领域

本实用新型涉及无线通讯及天线技术领域，具体涉及一种宽带圆极化天线。

背景技术

现代通信技术中圆极化天线已经广泛应用于卫星导航、卫星通信、军事通信等多个领域中。线极化波辐射情况下易导致极化方向变化引起波的衰减，而圆极化波则在经过物体时导致反射，入射波和反射波之间极化方式刚好相反，存在极化隔离。近年来，通信领域的高速发展，一些宽带多频的圆极化天线也成为了新的研究热点。

从微带天线的概念提出以来，由于它具有结构简单、体积小、重量轻、低剖面、易与载体共形等优点，已广泛的应用于卫星通信、雷达、射频识别、导航等领域。其中圆极化微带天线又因其能够接受任意极化的来波，且其辐射的圆极化波可以被任意极化的天线所接收的优点而越来越受到青睐。微带天线产生圆极化波的关键是产生幅度相等，相位相差90度的两个相互正交的线极化波，即产生两个在空间和时间上都正交的线极化波。

为达到上述要求，圆极化微带天线在结构上主要可以分为单点馈电和多点馈电。单点馈电是指微带贴片只有一个馈电点，一个形状规则的单片微带天线由一点馈电可产生极化正交、幅度相等的两个简并模，但一般不能形成90度相位差，但通过引入几何微扰，使简并正交模的谐振频率产生分离，工作频率选在两个谐振频率之间，当几何微扰选择合适时，对工作频率而言，一个模的阻抗相角超前45度，而另一模的阻抗相角滞后45度，由此形成圆极化辐射。单馈法的优点是无需外加的相移网络和功率分配器，结构简单，成本低。缺点是轴比带宽较窄。多点馈电是指采用馈电网络，并且馈电网络输出端信号应该幅度相等，相位正交，以保证圆极化工作条件。馈电网络常采用T形分支或同频合路器。多点馈电的优点是可以提高阻抗带宽及轴比带宽，抑制交叉极化。缺点是馈电网络较复杂，尺寸较大，阻抗带宽窄效率较低。无论采用单点馈电还是多点馈电的微带天线具存在频带窄、损耗大、功率容量小等缺点。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是现有技术中微带天线频带窄的技术问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种宽带圆极化天线，包括天线组件和馈电组件；

所述馈电组件包括馈电探针，用于连接馈电网络和天线组件；

所述天线组件包括微带贴片；

所述微带贴片包括设置在同一平面的第一微带贴片和第二微带贴片；

所述第一微带贴片是条状矩形结构；

所述第二微带贴片是包括两个同向90度折弯的条状矩形结构；

所述第一微带贴片的一端与所述第二微带贴片的一端连接，其连接处与所述馈电探针电连接；

所述第二微带贴片的另一端与所述第一微带贴片的另一端正交。

进一步，所述天线组件还包括第一介质板和天线辐射单元；

所述第一介质板，用于隔离设置在所述微带贴片和所述天线辐射单元之间。

进一步，所述天线辐射单元(21)包括两条垂直的辐射边，其中一个辐射边与矩形的所述第一微带贴片(12)的长边方向垂直；所述天线辐射单元上设置有两条互相垂直的矩形缝隙，且分别与两条所述辐射边平行；其中一条所述矩形缝隙与所述第一微带贴片正交；另一条所述矩形缝隙与所述第二微带贴片正交。

进一步，所述天线辐射单元为圆形结构，其上设置有两条互相垂直的矩形缝隙；其中一条所述矩形缝隙与所述第一微带贴片正交；另一条所述矩形缝隙与所述第二微带贴片正交。

进一步，所述第一介质板20设置有第一介质板通孔24，用于固定所述第一介质板20。

进一步，所述天线组件还包括第二介质板；所述第二介质板的一侧与所述微带贴片紧密贴合设置；所述第二介质板的另一侧用于设置接地板。

进一步，所述第二介质板设置有通孔，用于所述馈电探针贯穿所述第二介质板。

进一步，所述第二介质板大于所述第一介质板，并预留出所述第一微带贴片和所述第二微带贴片的连接处。

进一步，所述第二介质板上设置有固定通孔，用于固定所述天线。

进一步，所述第一微带贴片和所述第二微带贴片长度相差为1/4个工作波长。

依据上述实施例的一种宽带圆极化天线，采用条状矩形结构的第一微带贴片和包括两个同向90度折弯的条状矩形结构的第二微带贴片构成微带贴片，通过单个馈点馈电探针分支出两条相位差为90度的单个微带贴片进行馈电，进而构成两个谐振点，形成一个双峰谐振形式，从而实现宽带双频圆极化特性，并且天线结构简单，加工方便，成本低，能够满足系统的电气性能指标要求。

附图说明

图1为一种实施例的宽带圆极化天线的结构示意图；

图2为一种实施例的宽带圆极化天线的正视图；

图3为一种实施例的宽带圆极化天线的侧视图；

图4为一种实施例的宽带圆极化天线的后视图；

图5为一种实施例的宽带圆极化天线的第二介质板的结构示意图；

图6为另一种实施例的宽带圆极化天线的侧视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

圆极化天线处了驻波比、增益、方向图等基本的电参数，还包括轴比、交叉极化等特有的电参量。电场矢量取向随时间而变化，其矢量端点在垂直于传播方向的平面内描绘的轨迹是一个椭圆。这个椭圆的长轴与短轴之比称为轴比，记为AR(Axial-Ratio),单位分贝(dB)。一般认为轴比不大于3dB的频率范围为圆极化带宽；某一频点或频段主辐射方向上轴比不大于3dB的波束宽度为该频点或频段的轴比波束宽度。实际上对于圆极化天线来说，其发射或者接收的电磁波通常不可能是标准的纯圆极化波，对这个电磁波进行数学分解，把所需要的圆极化分量称为主极化分量，而把与之旋向相反的不利分量叫做交叉极化分量。用交叉极化鉴别率来描述天线辐射或接收电磁波的极化纯度，在圆极化天线上，定义为给定方向上主极化分量和交叉极化分量的辐射功率密度之比，可由轴比得出。

由腔模理论分析可知，对一个形状规则的微带贴片天线单点馈电，能产生两个正交极化的简单并模。在规则贴片上引入大小与位置合适的微扰结构即简并模分离单元，使得贴片的内部激励起两个幅度相同、相差为90度的正交简并模分离单元，从而在远场辐射圆极化波。理论上，在贴片上与微带馈线或者馈电点到贴片中心的连线成45度或135度的位置上引入大小合适的简并模分离单元，都能激励出圆极化辐射，且简并模分离单元即可以对辐射贴片的增加也可以是挖除。单馈法简单易实现，但是带宽窄，且极化性能差。

现有技术中，单点馈电圆极天线是在正方形贴片正交方向分别开长度不等的两对槽，并沿贴片对角线馈电，可形成圆极化辐射，其缺点是圆极化的实现依赖于两对槽长度的细微差异，对制作工差要求苛刻。在常规圆极化微带天线表面引入十字型槽能使天线小型化，但当尺寸减小20％以上时，由于贴片中心开槽、馈点接近中心而无法用探针馈电。表面开槽是尺寸减小52％，但带宽不足1％。

在本申请实施例中，采用条状矩形结构的第一微带贴片和包括两个同向90度折弯的条状矩形结构的第二微带贴片构成微带贴片，通过单个馈点馈电探针分支出两条相位差为90度的单个微带贴片进行馈电，进而构成两个谐振点，形成一个双峰谐振形式，从而实现宽带双频圆极化特性。

实施例一：

如图1至4所示，为一种实施例的宽带圆极化天线的结构示意图、正视图、侧视图和后视图，包括天线组件和馈电组件。馈电组件用于对天线上的天线辐射单元21进行耦合馈电，从而展宽带宽。馈电组件包括金属材质的馈电探针30，用于连接馈电网络和天线组件，馈电网络设置在天线组件下面。天线组件包括从下到上依次重叠排列的第二介质板10、微带贴片、第一介质板20、天线辐射单元21和。

微带贴片包括设置在同一平面的第一微带贴片12和第二微带贴片13。第一微带贴片12是条状矩形结构。第二微带贴片13是包括两个同向90度折弯的条状矩形结构，包括三段，第一段与第一微带贴片12连接，第二段位于第一段和第三段之间，且分别与第一段和第三段垂直，第三段的终端与第一微带贴片12的终端相对。第一微带贴片12和第二微带贴片的相对位置则决定于辐射出圆极化波的旋向。第一微带贴片12的一端与第二微带贴片13的一端连接，其连接处与馈电探针电连接。第二微带贴片13的另一端与第一微带贴片12的另一端正交，具体是第二微带贴片13的终端线与第一微带贴片12的一侧边平行，第二微带贴片13终端的一侧边与第一微带贴片12的终端线在同一直线上。即，第一微带贴片12和第二微带贴片合路至馈电探针30处，第一微带贴片12和第二微带贴片13形成一“口”字形，第一微带贴片12的终端和第二微带贴片13终端之间有缝，第一微带贴片12和第二微带贴片13的连接处有突出部，突出部设置有开口。此开口用于馈电探针30穿过微带贴片，且与微带贴片电连接。

第一介质板20用于隔离设置在微带贴片和天线辐射单元21之间。第一介质板20至少设置有一个第一介质板通孔24，用于固定所述第一介质板20。第一介质板通孔24的位置设置在天线辐射单元21的外侧。天线辐射单元21贴合设置在第一介质板20的表面。一实施例中，天线辐射单元21包括两条垂直的辐射边，其中一个辐射边与矩形的第一微带贴片12的长边方向垂直。另一辐射边与第二微带贴片13的第一段垂直。例如天线辐射单元21是矩形，矩形其中的一边与第一微带贴片12的长边方向垂直，矩形其中的另一边与第二微带贴片13的第一段垂直。天线辐射单元21上设置有两条互相垂直的矩形缝隙，为第一缝隙22和第二缝隙23。两条互相垂直的矩形缝隙分别正对于下方的第一微带贴片12和第二微带贴片13，且与第一微带贴片12和第二微带贴片13正交。一实施例中，天线辐射单元21为正方形，四个边为辐射边，两条互相垂直的第一缝隙22和第二缝隙23分别与两条辐射边平行。第一缝隙22与第一微带贴片12正交，第二缝隙23与第二微带贴片13正交。即，第一缝隙22长边方向的中轴线位于第一微带贴片12正交面上，第二缝隙23长边方向的中轴线位于第二微带贴片13的第三段的正交面上。一实施例中，天线辐射单元21为圆形结构，其上设置有两条互相垂直的矩形缝隙。其中一条矩形缝隙与第一微带贴片12正交。另一条矩形缝隙与第二微带贴片13正交。即，一条矩形缝隙长边方向的中轴线位于第一微带贴片12正交面上，另一条矩形缝隙长边方向的中轴线位于第二微带贴片13的第三段的正交面上。

天线组件还包括第二介质板10，其一侧与微带贴片紧密贴合设置，其另一侧用于设置接地板。第一介质板20设置于第二介质板10的正上方。如图5所示，为一种实施例的宽带圆极化天线的第二介质板的结构示意图，一实施例中，

第二介质板10大于第一介质板20，其大于第一介质板20的位置预留出第一微带贴片12和第二微带贴片13的连接处。一实施例中，预留出第一微带贴片12和第二微带贴片13连接处的突出位置，因突出位置设置有馈电探针30，用于设置馈电探针30。进一步，还预留出第二微带贴片13的第一段。一实施例中，第二介质板10设置有固定通孔31，用于馈电探针30贯穿第二介质板10。第二介质板10还设置有至少一个通孔11，用于固定天线。在第二介质板10上与第一介质板20的第一介质板通孔24相对应的位置还设置有通孔14，用于第一介质板20的固定。

一实施例中，第一微带贴片12和第二微带贴片13长度相差为1/4个工作波长，相位滞后90度，其作用是实现天线的圆极化。

如图6所示，为另一种实施例的宽带圆极化天线的侧视图，第二介质板10的一侧设置有凹槽，该凹槽用于微带贴片嵌入到第二介质板10内，进而使第二介质板10与第一介质板20紧密面接触。一实施例中，第二介质板10的设置的凹槽的形状及深度与微带贴片正好咬合。

本申请公开的实施例中，由于采用条状矩形结构的第一微带贴片和包括两个同向90度折弯的条状矩形结构的第二微带贴片构成微带贴片，通过单个馈点馈电探针30分支出两条相位差为90度的单个微带贴片进行馈电，进而构成两个谐振点，形成一个双峰谐振形式，以实现单馈与多馈相结合的方式实现圆极化技术的方案，具有较宽的轴比带宽，且通频带内形成双谐振峰形式进一步展宽了天线驻波带宽。本申请公开的宽带圆极化天线，相比现有技术中的单馈电圆极化天线，可以实现更宽的阻抗带宽和方向图带宽，达成约13％带宽，相比普通的双馈电圆极化天线，馈电形式更为简单效率更高，且更容易实现双频工作特性的特性，在卫星通信等双工通信领域的应用具有独特的优势。

以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种宽带圆极化天线，其特征在于，包括天线组件和馈电组件；

所述馈电组件包括馈电探针(30)，用于连接馈电网络和天线组件；

所述天线组件包括微带贴片；

所述微带贴片包括设置在同一平面的第一微带贴片(12)和第二微带贴片(13)；

所述第一微带贴片(12)是条状矩形结构；

所述第二微带贴片(13)是包括两个同向90度折弯的条状矩形结构；

所述第一微带贴片(12)的一端与所述第二微带贴片(13)的一端连接，其连接处与所述馈电探针电连接；

所述第二微带贴片(13)的另一端与所述第一微带贴片(12)的另一端正交。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线组件还包括第一介质板(20)和天线辐射单元(21)；

所述第一介质板(20)，用于隔离设置在所述微带贴片和所述天线辐射单元(21)之间。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一介质板(20)设置有第一介质板通孔(24)，用于固定所述第一介质板(20)。

4.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线辐射单元(21)包括两条垂直的辐射边，其中一个辐射边与矩形的所述第一微带贴片(12)的长边方向垂直；所述天线辐射单元(21)上设置有两条互相垂直的矩形缝隙，且分别与两条所述辐射边平行；其中一条所述矩形缝隙与所述第一微带贴片(12)正交；另一条所述矩形缝隙与所述第二微带贴片(13)正交。

5.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线辐射单元(21)为圆形结构，其上设置有两条互相垂直的矩形缝隙；其中一条所述矩形缝隙与所述第一微带贴片(12)正交；另一条所述矩形缝隙与所述第二微带贴片(13)正交。

6.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线组件还包括第二介质板(10)；所述第二介质板(10)的一侧与所述微带贴片紧密贴合设置；所述第二介质板(10)的另一侧用于设置接地板。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第二介质板(10)设置有通孔(31)，用于所述馈电探针(30)贯穿所述第二介质板(10)。

8.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第二介质板(10)大于所述第一介质板(20)，并预留出所述第一微带贴片(12)和所述第二微带贴片(13) 的连接处。

9.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第二介质板(10)上设置有固定通孔(11)，用于固定所述天线。

10.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一微带贴片(12)和所述第二微带贴片(13)长度相差为1/4个工作波长。