本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，是基于多層電路技術(shù)的寬頻帶高集成度天線,具體涉及饋電結(jié)構(gòu)帶有諧振環(huán)的寬頻帶圓極化交叉偶極子天線。

背景技術(shù)：

天線是無線電通信、廣播、導(dǎo)航、雷達(dá)、測控、微波遙感、射電天文以及電子對抗等各種民用和軍用無線電系統(tǒng)必不可少的設(shè)備之一。

近幾十年來，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活的日益現(xiàn)代化和社會化，對電子技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如電視、廣播、遙測技術(shù)、宇航和衛(wèi)星通訊等，不僅要求高質(zhì)量地傳輸信息，還要求設(shè)備的寬帶化。為此，與無線電設(shè)備發(fā)展趨勢相適應(yīng)，寬頻帶天線的研究也日益活躍，成為天線學(xué)科研究領(lǐng)域中的一個重要分支。

圓極化天線具有抗霧雨干擾和多徑反射能力，并且能消除由電離層法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的極化畸變等優(yōu)勢，越來越受到人們的重視。

與此同時，作為眾多天線類型之一的偶極子天線，以其簡單的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的性能，至今仍被廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的偶極子天線阻抗匹配帶寬很小，同時，利用偶極子天線實現(xiàn)圓極化的方法也很少。因此，實現(xiàn)寬阻抗匹配和寬3-dB軸比帶寬的圓極化偶極子天線是一個巨大的挑戰(zhàn)。為此，國內(nèi)外許多研究者做出了巨大的努力。

2005年，F(xiàn)an Yang和YahyaRahmat-Samii利用人工地結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了圓極化偶極子天線(F.Yang and Y.Rahmat-Samii,“A low profile single dipole antenna radiatingcircularly polarized waves,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.53,no.9, pp.3083–3086,Sep.2005.)，但其3-dB軸比帶寬只有5.6％。2008年，J.-W.Baik，K.-J.Lee，W.-S.Yoon，T.-H.Lee和Y.-S.Kim提出了一種交叉偶極子(J.W.Baik,K.J.Lee,W.S.Yoon,T.H.Lee,and Y.S.Kim,“Circularlypolarized printed crossed dipole antennas with broadband axial ratio,”Electron.Lett.,vol.44,no.13,pp.785–786,2008.)，可以實現(xiàn)較寬的3-dB軸比，并利用該圓極化單元，進(jìn)一步設(shè)計了圓極化陣列，展寬了軸比帶寬，該圓極化單元可以實現(xiàn)15.6％的3-dB軸比帶寬。2014年，Yejun He，Wei He和Hang Wong設(shè)計了一種交叉偶極子圓極化天線(Y.J.He,W.He,and H.Wong,“A wideband circularly polarized crossdipoleAntenna,”IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.13,pp.67–70,Jan.2014.)，該天線擁有50.2％的阻抗匹配帶寬以及27％的3-dB軸比帶寬。

上述文獻(xiàn)中提到的交叉偶極子天線，大多采用同軸饋電，此種饋電方式不利于天線集成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在問題或不足，為解決饋電方式不利于天線集成的問題，本發(fā)明提供了一種饋電結(jié)構(gòu)帶有諧振環(huán)的寬頻帶圓極化交叉偶極子天線。

該饋電結(jié)構(gòu)帶有諧振環(huán)的寬頻帶圓極化交叉偶極子天線，包含兩個偏饋偶極子、平行雙線和50Ω平面?zhèn)鬏斁€。采用平行雙線垂直饋電，該平行雙線垂直連接帶有地板的50Ω平面?zhèn)鬏斁€，整個天線由該平面?zhèn)鬏斁€進(jìn)行饋電。

兩個偏饋偶極子的形狀、大小相同且相互垂直，設(shè)置于天線最上方，并通過兩個相同的圓環(huán)形金屬導(dǎo)帶即相位延遲線，在相對應(yīng)饋點(diǎn)位置上相互連接，并由平行雙線進(jìn)行偏饋；偏饋偶極子單個總長度為0.5～0.6λ，偏饋比例即長短臂比值為：1.3比1～1.5比1，寬度為0.05～0.1λ，距離地0.2～0.3λ，λ為中心頻率處電磁波在介質(zhì)中的波長。

平行雙線的其中一條并聯(lián)一個諧振環(huán)，諧振環(huán)設(shè)有一個用于連接該條線且大小相適應(yīng)的缺口，然后該條線通過地所設(shè)的圓形缺口連接到50Ω平面?zhèn)鬏斁€，另一條線連接到地，50Ω平面?zhèn)鬏斁€位于天線最下方。

所述諧振環(huán)分為上、下兩部分，由兩個并聯(lián)半環(huán)組成，兩半環(huán)的一端通過金屬化過孔相連，另一端設(shè)有上述缺口；諧振環(huán)內(nèi)徑為0.03～0.05λ，外徑為0.06～0.08λ，距離地0.1～0.15λ。

綜上所述，本發(fā)明天線具有22％的阻抗匹配帶寬和17％的3-dB軸比帶寬，十分適合采用LTCC、多層PCB等多層電路加工技術(shù)實現(xiàn)，采用平面?zhèn)鬏斁€饋電，便于集成，具有很高的集成度。

附圖說明

圖1是實施例的立體圖；

圖2是實施例的俯視圖；

圖3是實施例的側(cè)視圖；

圖4是實施例的|S₁₁|仿真結(jié)果；

圖5是實施例的增益仿真結(jié)果；

圖6是實施例的軸比仿真結(jié)果；

圖7是實施例35GHz的方向圖仿真結(jié)果；

圖7中，a為E面方向圖，b為H面方向圖，實線代表主極化方向圖，虛線代表交叉極化方向圖；

附圖標(biāo)記：w₁為50Ω微帶線(8)線寬，w₂為偶極子寬度，l₁為偶極子單個總長度，l₂為偶極子長臂長度，l₃為偶極子短臂長度，r₁為并聯(lián)諧振環(huán)(3)的內(nèi)徑，r₂為并聯(lián)諧振環(huán)(3)的外徑，r₃為相位延遲線(4)的內(nèi)徑，r₄為相位延遲線(4)的外徑，r₅為相位延遲線(4)的圓心到兩偶極子虛擬交點(diǎn)的距離，d₁ 為內(nèi)層地圓形缺口(6)直徑，d₂為諧振環(huán)(3)終端附加圓盤直徑，d₃為饋電平行雙線(5)附加圓盤直徑，d₄為饋電平行雙線(5)直徑，h₁為天線總厚度，h₂為交叉偶極子距離內(nèi)層地(7)的距離，h₃為并聯(lián)諧振環(huán)(3)距離內(nèi)層地(7)的距離。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明和實例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

本實例采用LTCC多層電路加工技術(shù)實現(xiàn)，基板材料為FerroA6M,介電常數(shù)為5.9，每層基板厚度為0.094mm，每層金屬厚度為0.01mm，表層金屬為金，內(nèi)層金屬為銀。天線工作頻段為Ka頻段。

該實例天線共10層，即h₁＝0.094mm×10＝0.94mm。其中，偶極子(1)、(2)位于第1層介質(zhì)正面，即頂層。平行雙線(5)為多層堆疊金屬化過孔，設(shè)有直徑d₂的附加圓盤(保證平行雙線的電連通性)，其中一根線，帶有附加諧振環(huán)(3)，貫通10層介質(zhì)并通過內(nèi)層地(7)中的圓形缺口(6)連接到50Ω微帶線(8)。另一根線，貫通1到9層介質(zhì)，與內(nèi)層地(7)相連。其中，附加諧振環(huán)(3)分為上、下兩部分，上部位于第4層正面，下部位于第5層正面，上、下兩部分通過金屬化過孔相連。內(nèi)層地(7)位于第10層介質(zhì)正面，50Ω微帶線(8)位于第10層介質(zhì)背面，即底層背面。如圖1所示。

由于附加諧振環(huán)的加入，阻抗匹配帶寬與3-dB軸比帶寬均得到了提高。

結(jié)合圖1、2、3，本發(fā)明饋電結(jié)構(gòu)帶有諧振環(huán)的寬頻帶圓極化交叉偶極子天線的具體尺寸如下表所示(單位：mm)：

表1