CN216251122U - 宽带双圆极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带双圆极化微带天线，包括上层PCB、下层PCB、支撑框、接地板；本申请采用层叠结构拓宽微带天线的轴比带宽以及驻波带宽，在贴片上开C型槽实现双圆极化；上下两层贴片采用特制结构作为支撑，采用本结构的圆极化微带天线,可实现在较宽频带内的双圆极化，特殊设计的支撑结构，可极大的降低固定螺钉对顶层贴片天线方向图的影响；因此带来的效果是本发明的圆极化微带天线3dB波束宽度为80°左右，在将该天线作为相控阵天线的阵元时，有助于提高相控阵天线的扫描范围。

Description

宽带双圆极化微带天线

技术领域

本实用新型涉及卫星通信领域技术领域，尤其涉及一种宽带双圆极化微带天线。

背景技术

在通信系统中，圆极化天线具有抗云雨干扰，消除电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变影响等优点。微带天线因具有体积小、重量轻，剖面低、馈电方式灵活、成本低、易于制造且易与飞行器共型等优点，现今，它已广泛应用于无线通信中。天线的极化方式有线极化和圆极化，圆极化又分为左旋圆极化及右旋圆极化，左旋圆极化和右旋圆极化互为相互正交的极化分量。为充分利用频率资源，在通信系统中圆极化天线往往需要满足两个极化，即既能辐射左旋圆极化波又能辐射右旋圆极化波。传统的微带天线要实现圆极化，单馈点形式的多采用在辐射贴片上切角的形式。这种结构的圆极化微带天线只有一个旋向，且轴比带宽和驻波带宽都较窄。双馈电结构的微带天线，两个馈点正交分布。这种结构的圆极化微带天线同样轴比带宽和驻波带宽都较窄，只有5％左右。

另外，目前，微带天线要实现圆极化有以下几种方法：

1：单馈点方形贴片切角法。此种方法只能实现单圆极化，且带宽较窄，轴比较大；

2：双馈点实现圆极化法。此种方法可实现双圆极化，但是轴比带宽及驻波带宽都较窄；

目前微带天线固定的方法有以下几种：

1：螺钉固定法：此种方法直接用螺钉固定贴片天线，螺钉与下层金属地连通，对天线的方向图有很大的影响。

2：胶水粘接法：此种方法直接用胶水把天线与固定结构粘接在一起，众所周知，胶水受温度及载体震动等的影响较大，不满足在环境复杂条件下使用。

微带天线的带宽往往都比较窄,这是其一个主要缺点。当一个基板不是很厚的微带贴片天线工作于基模时,其典型的工作带宽只有3％左右。微带贴片天线的窄频带特性是由其高Q的谐振本性所决定的。也就是说天线储存的能量远大于辐射和损耗的能量。这导致了谐振时实现匹配的天线在当频率偏离谐振点时,电抗分量急剧的变化使天线失配。展宽频带的基本途径是降低等效谐振电路的Q值。基本途径为：增大微带天线介质基片的厚度，降低介质基片的介电常数。基板过厚,即基板厚度相对于波长过大，会引起表面波的明显激励，且会一定程度上破坏天线的低剖面性。减小微带天线基板介电常数以增加带宽的方法潜力也是有限的，因为介电常数最小值为εr＝1即空气介质,且基板介电常数降低会增宽微带馈线和增大贴片尺寸,不利于微带天线的小型化。

因此需要研发出一种宽带双圆极化微带天线来解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题设计了一种宽带双圆极化微带天线。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

宽带双圆极化微带天线，包括：

上层PCB；上层PCB包括辐射贴片、上层介质基片，辐射贴片安装在上层介质基片上，在辐射贴片上开设有第一C型槽；

下层PCB；下层PCB包括激励贴片、下层介质基片，激励贴片安装在下层介质基片上，在激励贴片上开设有第二C型槽；第二C型槽内侧设置有左旋馈点、右旋馈点；

支撑框；上层PCB安装在支撑框上端；下层PCB安装在支撑框下端；

接地板；上层PCB安装在接地板上部。

具体地，支撑框形成为长方体形，支撑框的中心设置有贯穿其上下端的第二通孔，支撑框的四个角部中心均开设有连接槽，在支撑框的上端面的四个角部设置有四个第三通孔，四个第三通孔分别与四个连接槽连通，在支撑框的下端面的四个角部设置有四个第四通孔，四个第四通孔分别与四个连接槽连通，对应地，上层介质基片的四个角部均设置有第一通孔，下层介质基片的四个角部均设置有第五通孔，接地板上对应支撑框上的四个第四通孔设置有四个螺孔；上层介质基片与支撑框之间通过螺栓穿过第一通孔和第二通孔连接，下层介质基片、支撑框、接地板之间通过螺钉依次穿过第四通孔、第五通孔后旋入接地板上的螺孔连接。

优选地，辐射贴片和激励贴片均形成为带圆角的矩形。

具体地，第二通孔为矩形通孔，辐射贴片置于上层介质基片的中心，激励贴片置于下层介质基片的中心，辐射贴片、激励贴片分别置于第二通孔的两端，且辐射贴片、激励贴片的长度均≤第二通孔的长度；辐射贴片、激励贴片的宽度均≤第二通孔的宽度。

具体地，第一C型槽贴近辐射贴片的一侧边设置，且其开口方向朝向辐射贴片中部；第二C型槽贴近激励贴片的一侧边设置，且其开口方向朝向激励贴片中部。

本实用新型的有益效果在于：

本申请采用层叠结构拓宽微带天线的轴比带宽以及驻波带宽，在贴片上开C型槽实现双圆极化；上下两层贴片采用特制结构作为支撑，采用本结构的圆极化微带天线,可实现在较宽频带内的双圆极化，特殊设计的支撑结构，可极大的降低固定螺钉对顶层贴片天线方向图的影响；因此带来的效果是本发明的圆极化微带天线3dB波束宽度为80°左右，在将该天线作为相控阵天线的阵元时，有助于提高相控阵天线的扫描范围。

附图说明

图1为本申请的立体结构示意图；

图2为本申请中上层PCB的结构示意图；

图3为本申请中支撑框的结构示意图；

图4为本申请中下层PCB的结构示意图；

图5为本申请中馈电金属探针的结构示意图；

其中，1、上层PCB，11、辐射贴片，12、上层介质基片，13、第一C型槽，14、第一通孔，2、支撑框，21、连接槽，22、第二通孔，23、第三通孔，24、第四通孔，3、下层PCB，31、激励贴片，32、下层介质基片，33、第二C型槽，34、左旋馈点，35、右旋馈点，36、第五通孔，4、接地板，5、馈电金属探针。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，宽带双圆极化微带天线，包括：

上层PCB1；上层PCB1包括辐射贴片11、上层介质基片12，辐射贴片11安装在上层介质基片12上，在辐射贴片11上开设有第一C型槽13；

下层PCB3；下层PCB3包括激励贴片31、下层介质基片32，激励贴片31安装在下层介质基片32上，在激励贴片31上开设有第二C型槽33；第二C型槽33内侧设置有左旋馈点34、右旋馈点35；

支撑框2；上层PCB1安装在支撑框2上端；下层PCB3安装在支撑框2下端；

接地板4；上层PCB1安装在接地板4上部。

如图1-4所示，支撑框2形成为长方体形，支撑框2的中心设置有贯穿其上下端的第二通孔22，支撑框2的四个角部中心均开设有连接槽21，在支撑框2的上端面的四个角部设置有四个第三通孔23，四个第三通孔23分别与四个连接槽21连通，在支撑框2的下端面的四个角部设置有四个第四通孔24，四个第四通孔24分别与四个连接槽21连通，对应地，上层介质基片12的四个角部均设置有第一通孔14，下层介质基片32的四个角部均设置有第五通孔36，接地板4上对应支撑框2上的四个第四通孔24设置有四个螺孔；上层介质基片12与支撑框2之间通过螺栓穿过第一通孔14和第二通孔22连接，下层介质基片32、支撑框2、接地板4之间通过螺钉依次穿过第四通孔24、第五通孔36后旋入接地板4上的螺孔连接。

如图2和4所示，辐射贴片11和激励贴片31均形成为带圆角的矩形。

如图2-4所示，第二通孔22为矩形通孔，辐射贴片11置于上层介质基片12的中心，激励贴片31置于下层介质基片32的中心，辐射贴片11、激励贴片31分别置于第二通孔22的两端，且辐射贴片11、激励贴片31的长度均≤第二通孔22的长度；辐射贴片11、激励贴片31的宽度均≤第二通孔22的宽度。

如图2-4所示，第一C型槽13贴近辐射贴片11的一侧边设置，且其开口方向朝向辐射贴片11中部；第二C型槽33贴近激励贴片31的一侧边设置，且其开口方向朝向激励贴片31中部。

本申请为了解决传统的圆极化微带天线带宽较窄的问题而采用的对应的技术方案：

1：增大圆极化微带天线带宽的方案

a)展宽微带天线带宽的方案

本申请采用层叠结构拓宽微带天线的轴比带宽以及驻波带宽，在贴片上开C型槽实现双圆极化。层叠结构及采用双层贴片，具体结构如下图1-4所示。下层贴片作为激励贴片31，上层贴片作为辐射贴片11，上下层之间通过支撑结构支撑。双层结构由于有两个贴片，因而可以形成两个谐振电路，具有两个谐振峰。通过合理的设计，可使两个谐振峰靠近，最终形成频带大为展宽的双峰谐振电路。由于上下层之间为空气，也变相的减小了贴片天线的介电常数，从而更有利于展宽微带天线的带宽。

b)双层微带天线实现双圆极化的方案

本申请采用将辐射贴片11和激励贴片31圆角处理

贴片上开C型槽的方式实现圆极化。开槽对贴片表面的电流形成了扰动，从而得到了产生圆极化波的条件：幅度相等，相位相差90度的两个正交线极化波。此外，扰动还会使天线形成两个谐振点，进一步的对展宽天线带宽做贡献。天线的馈点如下图所示，位于下层激励贴片31的C型槽内侧特定的匹配点处，一个馈点为左旋圆极化馈入信号点，另一个馈点为右旋圆极化馈入信号点。

本申请为了解决传统的螺钉固定方式对天线方向图的影响较大的问题而采用的对应的技术方案：

减小螺钉对天线的影响的方案

传统的微带天线固定方式是直接用螺钉从天线顶部打孔，穿透整个微带天线的介质基片，在接地板4上打螺纹孔，然后螺钉压在介质基片上，下端旋进接地板4。这种安装方式，螺钉会影响天线的电场结构，从而影响天线的方向图。本申请采用特殊设计的支撑结构，使得安装螺钉不与接地板4相连，基本不影响天线的方向图。支撑结构如图3所示，材料为特福伦。支撑框2上部和下部四个角均设计有通孔，上层PCB1板通过螺钉及螺帽固定在支撑框2上部，下层PCB3板固定在支撑框2下部，螺钉穿过支撑框2及下层PCB3板，在接地板4处设计螺纹孔，即可牢靠的固定住该微带天线。上层PCB1板固定的螺钉没有与接地板4接触，不会影响天线方向图。

微带天线的安装步骤：

步骤一：固定微带天线下层PCB3板及支撑框2：将支撑框2、下层PCB3板及金属接地板4依次按从上往下的顺序叠放，确保安装孔同心，然后用螺钉进行撑框、下层PCB3板及金属接地板4的连接。

步骤二：安装微带天线馈电金属探针5，馈电金属探针5结构如图5所示：将微带天线馈电金属探针5从金属接地板4(金属接地板4上亦开设有安装孔)方向穿进步骤一所固定好的部件内，馈电金属探针5需穿过下层介质基片32上所开的安装孔，馈电金属探针5下方特福伦固定部分需与金属接地板4保持一致的厚度(特福伦部分可看作是同轴线，馈电金属探针5为内导体，特福伦部分为同轴线内介质，金属接地板4为同轴线外导体)。保证好以上条件后可用焊锡丝将馈电金属探针5焊接在下层PCB3板上。

步骤三：固定微带天线上层PCB1板：将微带天线上层PCB1板叠放在步骤二安装好后的支撑框2上，确保安装孔对齐，用螺栓固定。

步骤四：完成以上步骤后，微带天线即安装完成。在调试或者使用时，可在金属接地板4下端冒出的馈电金属探针5部分安装SMA连接器或者是通过馈电金属探针5再与微带天线后端PCB板连接。

Claims (5)

1.宽带双圆极化微带天线，其特征在于，包括：

上层PCB；上层PCB包括辐射贴片、上层介质基片，辐射贴片安装在上层介质基片上，在辐射贴片上开设有第一C型槽；

下层PCB；下层PCB包括激励贴片、下层介质基片，激励贴片安装在下层介质基片上，在激励贴片上开设有第二C型槽；第二C型槽内侧设置有左旋馈点、右旋馈点；

支撑框；上层PCB安装在支撑框上端；下层PCB安装在支撑框下端；

接地板；上层PCB安装在接地板上部。

2.根据权利要求1所述的宽带双圆极化微带天线，其特征在于，支撑框形成为长方体形，支撑框的中心设置有贯穿其上下端的第二通孔，支撑框的四个角部中心均开设有连接槽，在支撑框的上端面的四个角部设置有四个第三通孔，四个第三通孔分别与四个连接槽连通，在支撑框的下端面的四个角部设置有四个第四通孔，四个第四通孔分别与四个连接槽连通，对应地，上层介质基片的四个角部均设置有第一通孔，下层介质基片的四个角部均设置有第五通孔，接地板上对应支撑框上的四个第四通孔设置有四个螺孔；上层介质基片与支撑框之间通过螺栓穿过第一通孔和第二通孔连接，下层介质基片、支撑框、接地板之间通过螺钉依次穿过第四通孔、第五通孔后旋入接地板上的螺孔连接。

3.根据权利要求1所述的宽带双圆极化微带天线，其特征在于，辐射贴片和激励贴片均形成为带圆角的矩形。

4.根据权利要求2所述的宽带双圆极化微带天线，其特征在于，第二通孔为矩形通孔，辐射贴片置于上层介质基片的中心，激励贴片置于下层介质基片的中心，辐射贴片、激励贴片分别置于第二通孔的两端，且辐射贴片、激励贴片的长度均≤第二通孔的长度；辐射贴片、激励贴片的宽度均≤第二通孔的宽度。

5.根据权利要求3所述的宽带双圆极化微带天线，其特征在于，第一C型槽贴近辐射贴片的一侧边设置，且其开口方向朝向辐射贴片中部；第二C型槽贴近激励贴片的一侧边设置，且其开口方向朝向激励贴片中部。

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