本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，也可用于微波通信、現(xiàn)代雷達系統(tǒng)、電子設(shè)備等領(lǐng)域，具體涉及一種雙極化寬帶天線。

背景技術(shù)：

天線是無線廣播、無線通信和無線探測等系統(tǒng)最重要的組件之一，作為無線技術(shù)的核心，天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性在很大程度上決定了整個系統(tǒng)的工作性能。隨著有源相控陣技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達等系統(tǒng)對頻帶寬度和掃描角的要求越來越高，這對天線的功能和性能也提出越來越多的要求。

微帶貼片天線因其重量輕、體積小、成本低、加工難度低等優(yōu)點在天線設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，但是受限于它的平面形式，傳統(tǒng)的微帶天線帶寬常常不到10%，在需要一定頻帶寬度和寬角掃描時性能受到制約。其次，因為微帶形式容易產(chǎn)生寄生輻射，傳統(tǒng)寬帶微帶天線的交叉極化一般僅為-10dB～-20dB。針對這些問題，出現(xiàn)了寬帶雙極化雙層微帶貼片天線，其剖面高度約0.2λ₀（λ₀為中心工作頻率在自由空間的波長），工作帶寬達到40%以上，寄生貼片與天線罩一體化設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了在不需要天線罩的系統(tǒng)中進一步降低天線的剖面高度，并改進寬帶性能，本發(fā)明提供了一種低剖面低交叉極化的雙極化微帶天線。

一種低剖面低交叉極化的雙極化寬帶天線包括頂部敞口的矩形扁盒狀的諧振腔11、上層微帶板31、下層微帶板21、四根饋電探針41和同軸介質(zhì)13；所述上層微帶板31和下層微帶板21上下層疊設(shè)于諧振腔11的頂部敞口處；所述上層微帶板31的頂面中部設(shè)有矩形的上層銅箔貼片32，所述下層微帶板21的底面中部設(shè)有矩形的下層銅箔貼片22；四根饋電探針41均布位于諧振腔11內(nèi)，四根饋電探針41將上層銅箔貼片32饋電垂直過渡到諧振腔11的底部，并通過同軸介質(zhì)13形成同軸射頻連接端口；

所述諧振腔11采用良好導(dǎo)電的金屬材料，其外部長度和寬度根據(jù)天線單元間距確定，天線單元的中心間距一般為0.5～0.9λ_H，λ_H為最高工作頻率在自由空間的波長；內(nèi)腔深度約0.05-0.1λ₀，內(nèi)腔長寬約0.4-0.6λ₀，所述λ₀為中心頻率點的自由空間波長；

所述上層銅箔貼片32的每一側(cè)邊與諧振腔11的每一側(cè)邊呈45度角；

所述雙極化寬帶天線的剖面高度為0.1-0.15λ₀。

進一步限定的技術(shù)方案如下：

上層銅箔貼片32和上層微帶板31上開設(shè)有貫通二者的4個上層探針孔34；以每個上層探針孔34為圓心，在上層銅箔貼片32的每個上層探針孔34外周蝕刻出阻抗匹配環(huán)槽33，以優(yōu)化阻抗匹配，形成容性電抗以匹配饋電探針引入的感性電抗分量。與4個上層探針孔34對應(yīng)的下層微帶板21上開設(shè)有4個下層探針孔24；每根所述四根饋電探針41的上端對應(yīng)連接著上層探針孔34和下層探針孔24；對于一個天線單元的4個上層探針孔34即形成4個饋電點，激勵上下兩饋電點對應(yīng)的探針，形成垂直極化電磁波；激勵左右兩饋電點的探針，形成水平極化電磁波。

所述饋電探針41兩端的直徑小于中部主體45的直徑，饋電探針41的下端44和主體45之間設(shè)有過渡環(huán)43；每只饋電探針41的上端42與對應(yīng)的上層探針孔34配合連接；所述諧振腔11的底部均布設(shè)有貫通的階梯狀的4個同軸孔12；所述同軸介質(zhì)13為環(huán)狀，設(shè)于同軸孔12中部的臺階處；每只饋電探針41的下端44與對應(yīng)的同軸孔12配合連接，且所述過渡環(huán)43與臺階處的同軸介質(zhì)13配合連接；保證饋電探針41無法向兩邊滑動。每只饋電探針41的下端44作為同軸射頻連接的內(nèi)導(dǎo)體。

所述饋電探針41的過渡環(huán)43的環(huán)寬小于同軸介質(zhì)13的環(huán)寬，同軸介質(zhì)13的材料為特氟龍材料等。

組成天線陣列時，可獨立優(yōu)化各天線單元的饋電探針41直徑、位置（通過調(diào)節(jié)探針間距sx和sy實現(xiàn)）及阻抗匹配環(huán)33，以補償不同互耦環(huán)境導(dǎo)致的阻抗失配。

由兩個以上的低剖面低交叉極化的雙極化寬帶天線單元并排組成低剖面低交叉極化的雙極化寬帶天線陣，天線單元的中心間距一般取0.5-1.0λ_H，所述λ_H為最高頻率點的自由空間波長。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在：本發(fā)明不僅保留了寬帶雙極化雙層微帶貼片天線低剖面、低交叉極化、適合陣列整體加工、適用于惡劣氣候條件和劇烈振動工作環(huán)境等優(yōu)點，還不需集成天線罩，使天線面高度進一步減少到0.1-0.15λ₀，將主輻射貼片旋轉(zhuǎn)45°使得饋電探針間距的優(yōu)化范圍更大，可顯著提高天線單元性能，使其工作帶寬達到60%。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的A-A’面剖視圖。

圖3為圖2的安裝分解圖。

圖4為圖1的俯視圖。

圖5為諧振腔11的俯視圖。

圖6為圖5的B-B’面剖視圖。

圖7為下層微帶板21的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為上層微帶板31的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為實施例2的天線結(jié)構(gòu)爆炸圖。

圖10為實施例2的微帶板結(jié)構(gòu)示意圖。

上圖中序號：諧振腔11、同軸孔12、同軸介質(zhì)13、螺釘14、中央支撐柱15、下層微帶板21、下層銅箔貼片22、下層探針孔24、上層微帶板31、上層銅箔貼片32、阻抗匹配環(huán)33、上層探針孔34、饋電探針41、上端42、過渡環(huán)43、下端44、主體45。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。

實施例1

一種低剖面低交叉極化的雙極化寬帶天線，工作頻率為1.0～1.9GHz，極化方式為水平極化和垂直極化，中心頻率點的自由空間波長λ₀約為207mm。

參見圖1，一種低剖面低交叉極化的雙極化寬帶天線包括頂部敞口的矩形扁盒狀的諧振腔11、上層微帶板31、下層微帶板21、四根饋電探針41和同軸介質(zhì)13；諧振腔11的內(nèi)腔長寬均為122mm，腔體深15mm。

參見圖2和圖3，上層微帶板31和下層微帶板21上下重疊粘合安裝于諧振腔11的頂部敞口處，邊緣用螺釘14固定。上層微帶板31和下層微帶板21的材料為相對介電常數(shù)D_k=3.48的Rogers^? RO4350型微波復(fù)介板，上層微帶板31的厚度h2=3.05mm；下層微帶板21的厚度h1為0.76mm。上層微帶板31的頂面中部覆設(shè)有矩形的上層銅箔貼片32，上層銅箔貼片32的長寬均為67.0mm。參見圖4，上層銅箔貼片32的每一側(cè)邊與諧振腔11的每一側(cè)邊呈45度角。參見圖7，下層微帶板21的底面中部覆設(shè)有矩形的下層銅箔貼片22，下層微帶板21的長寬均為34.5mm。上層銅箔貼片32的厚度和下層銅箔貼片22的厚度均不超過0.04mm。

參見圖8，上層銅箔貼片32和上層微帶板31上開設(shè)有貫通二者的4個上層探針孔34；此外，加工上層銅箔貼片32時以每個上層探針孔34為圓心，在上層銅箔貼片32的每個上層探針孔34外周蝕刻出阻抗匹配環(huán)槽33，以優(yōu)化阻抗匹配。阻抗匹配環(huán)槽33的中心直徑為10.2mm，槽寬為2.3mm。與4個上層探針孔34對應(yīng)的下層微帶板21上開設(shè)有4個下層探針孔24。

四根饋電探針41均布位于諧振腔11內(nèi)，饋電探針41兩端的直徑小于中部主體45的直徑，起到限位作用以防探針上下滑動；饋電探針41的下端44和主體45之間設(shè)有過渡環(huán)43，以增加對振動沖擊中可能產(chǎn)生的切向應(yīng)力的承受能力。其中饋電探針的上端42的直徑2mm，高度約為4.8mm，安裝時饋電探針41的上端42穿過對應(yīng)的上層探針孔34和下層探針孔24配合連接，且延伸至上層微帶板31外部1mm以供焊接；饋電探針的過渡環(huán)43直徑3mm，高度2mm；饋電探針的下端44直徑2mm，高度2mm，適當(dāng)延長作為同軸射頻連接器的內(nèi)導(dǎo)體。參見圖5和圖6，諧振腔11的底部均布開設(shè)有貫通的階梯狀的4個同軸孔12。同軸介質(zhì)13為環(huán)狀，安裝于同軸孔12中部的臺階處；每只饋電探針41的下端44與對應(yīng)的同軸孔12配合連接，且過渡環(huán)43與臺階處的同軸介質(zhì)13配合連接；過渡環(huán)43的環(huán)寬小于同軸介質(zhì)13的環(huán)寬。每只饋電探針41的下端44作為同軸射頻連接的內(nèi)導(dǎo)體。

四根饋電探針41將上層銅箔貼片32饋電垂直過渡到諧振腔11的底部，并通過同軸介質(zhì)13形成同軸射頻連接端口，共有4個同軸射頻連接端口，這4個端口中，反相激勵（即相位差180°）對角位置的兩個端口，天線即輻射相應(yīng)方向的線極化電磁波。例如圖8中一個天線的4個上層探針孔34即形成4個饋電點，激勵上下兩饋電點對應(yīng)的探針，可形成垂直極化電磁波；激勵左右兩饋電點的探針，可形成水平極化電磁波。

低剖面低交叉極化的雙極化寬帶天線依如下次序組裝：①將同軸介質(zhì)13安裝到諧振腔底部的同軸孔12內(nèi)，②將4根饋電探針的下端44分別插入4只同軸介質(zhì)13中，③將上層微帶板31和下層微帶板21上下重疊粘合安裝于諧振腔11的頂部敞口處，并使饋電探針的上端42穿過下層探針孔24和上層探針孔34，④利用焊錫將饋電探針的上端42外露部分焊接到上層微帶板的上層銅箔貼片32上。

此外，考慮到進一步強化振動沖擊的承受能力，在諧振腔11的中央安裝有支撐柱15。本天線中央處的電磁場，理論上與導(dǎo)體外殼的地電勢一致，因此，支撐柱15的材質(zhì)為金屬，與諧振腔11作為整體加工。

雙極化寬帶天線的剖面高度為0.11λ₀，具體高度為22.8mm。

本實施例1天線的相對阻抗帶寬達到62%，交叉極化優(yōu)于-50dB。本雙極化寬帶天線具有低剖面、低交叉極化、抗振動沖擊能力強等優(yōu)點，且適合作為陣列天線整體加工。

實施例2

參見圖9，由3個天線單元構(gòu)成的天線陣列，相鄰天線單元的中心距離為121mm；相鄰天線的諧振腔11之間的金屬壁厚為6mm。此天線陣的設(shè)計工作帶寬為15%，因此采用單層輻射微帶板，即僅設(shè)置上層微帶板31及上層銅箔貼片32，而不需下層微帶板21及下層銅箔貼片22。

參見圖10，sx1、sx2、sx3分別為第1個、第2個、第3個天線單元輻射微帶板上水平極化方向兩個饋電點的相對距離，sy1、sy2、sy3分別為第1個、第2個、第3個天線單元輻射微帶板上垂直極化方向兩個饋電點的相對距離。由于陣列較小，兩邊單元與中央單元的電磁場耦合程度不同，因此微帶貼片不再關(guān)于天線中心旋轉(zhuǎn)對稱，不同單元的饋點間距sx1、sx2、sy1、sy2不相等，各饋電點的阻抗匹配環(huán)的大小也不相等。

本實施例2天線的法向波束相對阻抗帶寬達到25%，交叉極化優(yōu)于-45dB；天線陣列的掃描帶寬為20%，掃描角達到45°。