專(zhuān)利名稱(chēng)：一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種圓極化天線，特別是一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)在日常生活及軍事通信中得到了更加廣泛的應(yīng)用。圓極化天線由于具有抑制雨霧干擾、抗多徑反射、可以很好的接收各種極化方式的來(lái)波等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各種衛(wèi)星通信中。特別是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中多選用具有較寬的軸比帶寬和較寬的3dB軸比波束寬度的圓極化天線以接受小功率信號(hào)?！?br> 圓極化微帶天線有多種實(shí)現(xiàn)方式，按饋電方式的不同可以分為兩類(lèi)單饋點(diǎn)法和多饋點(diǎn)法。采用單饋點(diǎn)法時(shí)，天線只有一個(gè)饋電點(diǎn)，通過(guò)在輻射貼片上開(kāi)槽、挖角等微擾技術(shù)得到兩個(gè)極化正交的簡(jiǎn)并模，從而實(shí)現(xiàn)圓極化輻射。單饋點(diǎn)法饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其阻抗帶寬和軸比帶寬都較窄，限制了其應(yīng)用范圍。多饋點(diǎn)法一般包括兩點(diǎn)饋電和四點(diǎn)饋電。兩點(diǎn)饋電通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)得到兩個(gè)幅度相等相位相差90°的射頻信號(hào)，激勵(lì)輻射貼片獲得圓極化輻射。兩點(diǎn)饋電可以得到較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬，但其3dB軸比波束寬度一般只有70°，無(wú)法滿足某些應(yīng)用場(chǎng)合中軸比寬波束的要求。四點(diǎn)饋電與兩點(diǎn)饋電相似，通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)得到四個(gè)幅度相等相位依次相差90°的射頻信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圓極化。四點(diǎn)饋電使得激勵(lì)貼片上表面電流的路徑更為規(guī)則，故天線的圓極化性能更好，3dB軸比波束寬度更寬。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)寬波束圓極化天線進(jìn)行了一系列的研究并取得了一些成果。研究中多采用四臂螺旋天線和四點(diǎn)饋電介質(zhì)諧振器天線，來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的寬波束圓極化特性。Gabriel Massie 等人在 IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters 2010 年第九期發(fā)表了論文 “A New Wideband Circularly Polarized Hybrid Dielectric ResonatorAntenna”。該論文介紹一種四個(gè)饋電點(diǎn)縫隙稱(chēng)合激勵(lì)介質(zhì)諧振器天線,實(shí)現(xiàn)寬帶寬波束圓極化。其阻抗帶寬為50%，3dB軸比帶寬為28. 5%，3dB軸比波束寬度大于100°，但天線高度為0. 116λ。有些研究人員采用微帶天線，選擇多種微擾方式組合實(shí)現(xiàn)較寬的3dB軸比波束寬度，但其軸比帶寬較窄，調(diào)試也有一定難度。Nasimuddin等人2010年在IEEE Trans,on Antennas and Propagation上發(fā)表了一篇論文“Asymmetric-Circular Shaped SlottedMicrostrip Antennas for Circular Polarization and RFID Applications，，,文中給出了一種微帶天線，在矩形貼片的對(duì)角線上開(kāi)有四個(gè)不同半徑的圓形縫隙，通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)圓形縫隙的半徑，實(shí)現(xiàn)寬波束圓極化。該天線尺寸僅為0. 27 λ Χ0. 27 λ Χ0. 0137λ，其3dB軸比波束寬度為100°。但其軸比帶寬較窄，為1.2%。綜上所述，圓極化天線的低剖面、寬頻帶和寬波束特性較難同時(shí)得到滿足
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時(shí)具有低剖面、易加工、較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬、較寬的波束寬度等優(yōu)點(diǎn)的小型化寬帶寬波束圓極化微帶天線，以滿足衛(wèi)星通信等領(lǐng)域的要求。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，包括包括若干寄生貼片、第一層介質(zhì)板、若干激勵(lì)貼片、第二層介質(zhì)板、金屬地板、第三層介質(zhì)板、天線端口和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述若干寄生貼片位于第一層介質(zhì)板的上表面，所述若干激勵(lì)貼片位于第二層介質(zhì)板的上表面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)位于第三層介質(zhì)板的下表面，所述金屬地板位于第二層介質(zhì)板 與第三層介質(zhì)板之間，寄生貼片和激勵(lì)貼片通過(guò)金屬通孔與金屬地板相連接，激勵(lì)貼片與饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)探針相連接，天線端口固定于金屬地板一側(cè)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述若干寄生貼片在所述第一層介質(zhì)板的上表面呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述寄生貼片的個(gè)數(shù)為四個(gè)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述寄生貼片呈矩形。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述若干激勵(lì)貼片在所述第二層介質(zhì)板的上表面呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述激勵(lì)貼片的個(gè)數(shù)為四個(gè)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述激勵(lì)貼片呈矩形。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述激勵(lì)貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)共用一塊金屬地板。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述饋電網(wǎng)絡(luò)與激勵(lì)貼片通過(guò)金屬地板隔開(kāi)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述饋電網(wǎng)絡(luò)采用兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)可得到四個(gè)幅度相等且相位依次相差90°的射頻信號(hào)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)中，第一級(jí)饋電網(wǎng)絡(luò)為二次迭代Moore混合網(wǎng)絡(luò)，第二級(jí)饋電網(wǎng)絡(luò)為一次迭代Sierpinski混合網(wǎng)絡(luò),兩級(jí)饋電網(wǎng)絡(luò)均在隔離端口接50 Ω貼片電阻。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，所述第一層介質(zhì)板和第二層介質(zhì)板均為低介電常數(shù)微波板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果
采用雙層貼片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)天線的寬帶阻抗特性，采用短路技術(shù)實(shí)現(xiàn)天線的小型化特性，通過(guò)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)結(jié)合多點(diǎn)饋電實(shí)現(xiàn)天線的寬波束圓極化輻射特性。本發(fā)明同時(shí)具有低剖面、易加工、較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬、較寬的波束寬度等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的三維結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第一層介質(zhì)板上表面結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第二層介質(zhì)板上表面結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第三層介質(zhì)板下表面結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第一層介質(zhì)板和第 二層介質(zhì)板的局部放大 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第三層介質(zhì)板的局部放大 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的仿真駐波比；
圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在中心頻點(diǎn)I. 5GHz處Φ=0°截面的仿真方向 圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在中心頻點(diǎn)I. 5GHz處Φ=90°截面的仿真方向 圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在I. 42GHz處的仿真軸比 圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在I. 5GHz處的仿真軸比 圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在I. 58GHz處的仿真軸比 圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的仿真增益圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施實(shí)例。參見(jiàn)附圖1-4，本發(fā)明所述一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，包括若干寄生貼片I、若干激勵(lì)貼片2、金屬地板3、小型化饋電網(wǎng)絡(luò)4、金屬通孔5、探針6、第一層介質(zhì)板
7、第二層介質(zhì)板8、第三層介質(zhì)板9、SMA接頭10和50 Ω貼片電阻11。若干寄生貼片I位于第一層介質(zhì)板7的上表面，若干激勵(lì)貼片2位于第二層介質(zhì)板8的上表面，金屬地板3位于第二層介質(zhì)板8與第三層介質(zhì)板9之間，寄生貼片I和激勵(lì)貼片2通過(guò)金屬通孔5與金屬地板3相連接，小型化饋電網(wǎng)絡(luò)4位于第三層介質(zhì)板9的下表面。所述寄生貼片I和激勵(lì)貼片2的個(gè)數(shù)優(yōu)選為四個(gè)，貼片形狀優(yōu)選為矩形，且均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)兩個(gè)激勵(lì)貼片2之間的距離，能夠改善圓極化軸比特性。激勵(lì)貼片2與饋電網(wǎng)絡(luò)4之間通過(guò)探針6相連接，探針6位置對(duì)天線的阻抗特性和圓極化軸比特性均有影響。通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)4分別獲得0°、90°、180°和270°相位的等幅激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)圓極化輻射。饋電網(wǎng)絡(luò)4采用兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)寬帶和軸比寬波束特性第一級(jí)混合電橋采用二次迭代Moore混合網(wǎng)絡(luò)，得到兩路幅度相等相位相差180°的射頻信號(hào)；第二級(jí)混合電橋采用一次迭代Sierpinski 混合網(wǎng)絡(luò)。對(duì)每一級(jí)混合電橋,其隔離端口均接有50 Ω貼片電阻11。通過(guò)兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)得到四個(gè)幅度相等且相位依次相差90°的射頻信號(hào)，分別給四個(gè)激勵(lì)貼片2饋電，從而實(shí)現(xiàn)寬波束圓極化輻射。天線端口固定于金屬地板一側(cè)，天線的總輸入端口為SM接頭10。所述第一層介質(zhì)板7、第二層介質(zhì)板8和第三層介質(zhì)板9的形狀優(yōu)選為正方形，通過(guò)天線四個(gè)角上的塑料螺釘固定，其中第一層介質(zhì)板7和第二層介質(zhì)板8為低介電常數(shù)微波板。參見(jiàn)附圖2，一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第一層介質(zhì)板7上表面結(jié)構(gòu)示意圖，所述的寄生貼片I尺寸為L(zhǎng)1XW1，在本實(shí)施例中大小為O. 155 λ Χ0. 141 λ。貼片間距為dl，在本實(shí)施實(shí)例中為O. 04入。參見(jiàn)附圖3，一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的第二層介質(zhì)板8上表面結(jié)構(gòu)示意圖，所述的激勵(lì)貼片2尺寸L2XW2，在本實(shí)施例中大小為O. 155 λ Χ0. 151 λ。貼片間距為d2，在本實(shí)施實(shí)例中為O. 03λ。饋電點(diǎn)與短路邊之間的距離為S，在本實(shí)施實(shí)例中為
O.0615 λ。參見(jiàn)附圖4，所述的第三層介質(zhì)板9的尺寸GXG，在本實(shí)施實(shí)例中為
0.43 λ Χ0. 43 λ。在本實(shí)施例中，第一層介質(zhì)板7、第二層介質(zhì)板8、第三層介質(zhì)板9和金屬地板3的尺寸均為GXGJP O. 43 λ Χ0. 43 λ。參見(jiàn)圖5，所述的第一層介質(zhì)板7與第二層介質(zhì)板8的介電常數(shù)均為2. 55，厚度均為Ii1，在本實(shí)施實(shí)例中為O. 01524 λ。參見(jiàn)圖6，所述的第三層介質(zhì)板9的介電常數(shù)為6. 15，厚度為h2，在本實(shí)施實(shí)例中為 O. 00381 λ。所述的波長(zhǎng)λ是指天線工作于中心頻點(diǎn)時(shí)輻射于自由空間中的電磁波的波長(zhǎng)。參見(jiàn)附圖7是本發(fā)明一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的仿真駐波比。由圖可以看出，駐波比小于2所覆蓋的頻率范圍為I. 4 -I. 7 GHz，相對(duì)阻抗帶寬為19. 4%。參見(jiàn)附圖8和9，是本發(fā)明一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在中心頻點(diǎn)1.56Ηζ&Φ=0°和Φ=90°截面的仿真方向圖，可以看出，其半功率波束寬度均大于100°。該天線在I. 42GHz至I. 58GHz的頻帶寬度內(nèi)，具有較寬的穩(wěn)定的波束寬度。參見(jiàn)附圖10-12，分別是本發(fā)明一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線在
1.42GHz、I. 5GHz和I. 58GHz處的仿真軸比圖，其3dB軸比波束寬度均大于150°，大于天線的半功率波束寬度。參見(jiàn)附圖13是本發(fā)明一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線的仿真增益。在I. 42GHz至I. 58GHz的頻帶內(nèi)，其增益均大于4. 5dB。以上公開(kāi)的僅為本申請(qǐng)的一個(gè)具體實(shí)施例，但本申請(qǐng)并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，包括若干寄生貼片、第一層介質(zhì)板、若干激勵(lì)貼片、第二層介質(zhì)板、金屬地板、第三層介質(zhì)板、天線端口和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述若干寄生貼片位于第一層介質(zhì)板的上表面，所述若干激勵(lì)貼片位于第二層介質(zhì)板的上表面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)位于第三層介質(zhì)板的下表面，所述金屬地板位于第二層介質(zhì)板與第三層介質(zhì)板之間，寄生貼片和激勵(lì)貼片通過(guò)金屬通孔與金屬地板相連接，激勵(lì)貼片與饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)探針相連接，天線端口固定于金屬地板一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，若干寄生貼片在所述第一層介質(zhì)板的上表面呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述寄生貼片的個(gè)數(shù)為四個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述寄生貼片呈矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，若干激勵(lì)貼片在所述第二層介質(zhì)板的上表面呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述激勵(lì)貼片的個(gè)數(shù)為四個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述激勵(lì)貼片呈矩形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述激勵(lì)貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)共用一塊金屬地板。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)與激勵(lì)貼片通過(guò)金屬地板隔開(kāi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)采用兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)可得到四個(gè)幅度相等且相位依次相差90°的射頻信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述兩級(jí)混合電橋網(wǎng)絡(luò)中，第一級(jí)饋電網(wǎng)絡(luò)為二次迭代Moore混合網(wǎng)絡(luò)，第二級(jí)饋電網(wǎng)絡(luò)為一次迭代Sierpinski混合網(wǎng)絡(luò)，兩級(jí)饋電網(wǎng)絡(luò)均在隔離端口接50 Ω貼片電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，其特征在于，所述第一層介質(zhì)板和第二層介質(zhì)板均為低介電常數(shù)微波板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種小型寬帶寬波束圓極化微帶天線，包括若干寄生貼片、第一層介質(zhì)板、若干激勵(lì)貼片、第二層介質(zhì)板、金屬地板、第三層介質(zhì)板、天線端口和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述若干寄生貼片位于第一層介質(zhì)板的上表面，所述若干激勵(lì)貼片位于第二層介質(zhì)板的上表面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)位于第三層介質(zhì)板的下表面，所述金屬地板位于第二層介質(zhì)板與第三層介質(zhì)板之間，寄生貼片和激勵(lì)貼片通過(guò)金屬通孔與金屬地板相連接，激勵(lì)貼片與饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)探針相連接，天線端口固定于金屬地板一側(cè)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了寬帶寬波束圓極化功能，同時(shí)具有小型化優(yōu)勢(shì)，可用于衛(wèi)星通信及衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK102904009SQ201210337989
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者郭倩, 梁仙靈, 葉聲, 金榮洪, 耿軍平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)