本實用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬帶圓極化微帶天線陣列。

背景技術(shù)：

近年來，隨著移動通信的快速發(fā)展，無線移動通信也得到了廣泛應(yīng)用。天線是無線移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，負責無線信號的收發(fā)。在諸多天線種類中微帶天線以其體積小、重量輕、平面結(jié)構(gòu)易于與IC器件集成、易于批量加工以及成本低等眾多優(yōu)點受到市場青睞，得到了廣泛應(yīng)用。但是微帶天線工作帶寬窄的缺點(<5％)也極大地限制了微帶天線的應(yīng)用。圓極化天線在雷達、軍事、衛(wèi)星通信以及移動通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。相對于線極化波而言，圓極化波能夠抑制雨霧干擾，減小多徑反射，具有很好的移動性，并且在發(fā)射和接收系統(tǒng)中，只要有一方應(yīng)用了圓極化天線，接收天線以任何旋向都可以接收到信號，極大地方便了在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。而圓極化微帶天線因兼具了圓極化波和微帶天線的優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。

近年來隨著高速數(shù)據(jù)通信時代的來臨，寬帶無線通信發(fā)展迅猛，寬帶無線通信需要的工作帶寬比較寬，而微帶天線的工作帶寬窄的缺點限制了其在發(fā)展迅猛的寬帶無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種寬帶圓極化微帶天線陣列，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供以下的技術(shù)方案：一種寬帶圓極化微帶天線陣列，包括多個天線單元、主饋電單元、饋電單元1、饋電單元2、饋電單元3、介質(zhì)基板、地層Ⅱ組成，所述天線單元包括全相同且之間間距相同的天線單元1、天線單元2、天線單元3和天線單元4，相鄰的天線單元在方向上依次旋轉(zhuǎn)90度，天線單元的饋電信號幅度相等、相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度，所述主饋電單元上連接有支路的饋電單元1、饋電單元2、饋電單元3，所述饋電單元1、饋電單元2、饋電單元3依次連接有天線單元1、天線單元2和天線單元3，所述主饋電單元連接有天線單元4。

優(yōu)選的，所述天線單元的間距均相同，為0.6λ-0.9λ，λ為本實用新型天線的工作波長。

優(yōu)選的，所述天線單元附在介質(zhì)基板的一面，所述地層Ⅱ附在介質(zhì)基板相對于天線單元的另一面。

優(yōu)選的，所述天線單元包含第一輻射單元、第二輻射單元、第一H形開槽、第二H形開槽、第一饋電單元、第二饋電單元、90°移相功分網(wǎng)絡(luò)、負載、接地過孔、焊盤、第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板、第三介質(zhì)基板、空氣介質(zhì)層、地層、墊片和天線端口，所述第一輻射單元附著在第一介質(zhì)基板的上表面，所述第二輻射單元附著在第二介質(zhì)基板的上表面，所述第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間為所述空氣介質(zhì)層，并由所述墊片支撐，所述地層附著在第二介質(zhì)基板的下表面和第三介質(zhì)基板的上表面，且兩個地層接觸，所述第一饋電單元和第二饋電單元附著在第三介質(zhì)基板的下表面，所述第一饋電單元和第二饋電單元與第三介質(zhì)基板的上表面的地層分別構(gòu)成微帶線，所述第一H形開槽和第二H形開槽為第二介質(zhì)基板的下表面和第三介質(zhì)基板的上表面的地層挖開的H形狀的開槽，且第一H形開槽和第二H形開槽物理方向上互相垂直設(shè)置，第一饋電單元和第二饋電單元物理方向上互相垂直設(shè)置，所述第一饋電單元和第二饋電單元由第三介質(zhì)基板的下表面邊緣延伸至H形開槽下方，90°移相功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端口為所述天線端口，90°移相功分網(wǎng)絡(luò)的輸出端口Ⅰ連接第一饋電單元，輸出端口Ⅱ連接第二接饋電單元，90°移相功分網(wǎng)絡(luò)的隔離端口與所述負載連接，負載經(jīng)所述焊盤和焊盤上設(shè)有的所述接地過孔與地層連接。

優(yōu)選的，所述第一H形開槽和第二H形開槽空隙中間的“-”結(jié)構(gòu)的長度大于H形開槽兩邊的“|”結(jié)構(gòu)的高度。

優(yōu)選的，所述第二H形開槽大小和第一H形開槽大小相同，所述第二饋電單元大小和第一饋電單元大小相同，所述第二H形開槽和第二饋電單元的相對位置與第一H形開槽和第一饋電單元的相對位置相同。

優(yōu)選的，所述第一H形開槽和第二H形開槽位于所述第二輻射單元的下方。

優(yōu)選的，所述第一輻射單元位于第二輻射單元的上方。

優(yōu)選的，所述第一輻射單元和第二輻射單元均為方形金屬板。

在另一種實施例中，所述第一輻射單元和第二輻射單元的長度是可變化的。

在本實施例中，所述空氣介質(zhì)層厚度為可變化的。

在本實施例中，所述90°移相功分網(wǎng)絡(luò)將一路信號分成信號幅度相等、相位相差90度的兩路信號。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：本實用新型結(jié)構(gòu)寬帶圓極化微帶天線陣列因各天線單元第一饋電單元和第二饋電單元分別經(jīng)第一H形開槽和第二H形開槽與第二輻射單元的耦合以及第一輻射單元和第二輻射單元的耦合，可將本微帶天線的工作頻率帶寬有效拓寬到20％以上，通過運用口徑耦合的饋電技術(shù)和增加耦合輻射單元的方法，將微帶天線的工作帶寬有效提高，并且90°移相功分網(wǎng)絡(luò)具有寬帶工作特性，同時圓極化單元天線相鄰單元方向相對旋轉(zhuǎn)90度以及饋電信號幅度相等相位相對相差90度的方法構(gòu)成了圓極化天線陣列，將圓極化微帶陣列天線的工作頻率帶寬和軸比帶寬都有效提高。有效解決了微帶天線窄的問題，拓寬了微帶天線的應(yīng)用市場。

附圖說明

圖1是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列實施例1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列實施例1的在其厚度方向的相對位置關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列實施例2中天線單元的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列實施例2中天線單元的在其厚度方向的相對位置關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列實施例3中天線單元的示意圖。

圖6是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列主饋電單元和支路饋電單元1,2和3實現(xiàn)圖。

圖7是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列主饋電單元和支路饋電單元1,2和3其等效電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列和所采用圓極化微帶天線單元的駐波比(VSWR)仿真和測試結(jié)果圖。

圖9是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列和所采用圓極化微帶天線單元的軸比(AR)仿真和測試結(jié)果圖。

其中，1-第一輻射單元，2-第二輻射單元，301-第一H形開槽，302-第二H形開槽，401-第一饋電單元，402-第二饋電單元，5-第一介質(zhì)基板，6-第二介質(zhì)基板,7-第三介質(zhì)基板，8-墊片，9-空氣介質(zhì)層，10-地層，11-90°移相功分網(wǎng)絡(luò)，12-負載，13-天線端口，14-接地過孔，15-焊盤，16-輸出端口Ⅰ，17-輸出端口Ⅱ，18-隔離端口，191-天線單元1,192-天線單元2,193-天線單元3，194-天線單元4，201-主饋電單元，202-饋電單元1,203-饋電單元2,204-饋電單元3,21-介質(zhì)基板，22-地層Ⅱ。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例來進一步闡述本實用新型。

實施例1

圖1-圖2出示本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列的具體實施方式：一種寬帶圓極化微帶天線，包括多個天線單元、主饋電單元201、饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204、介質(zhì)基板21、地層Ⅱ22組成，所述天線單元包括全相同且之間間距相同的天線單元1 191、天線單元2 192、天線單元3 193和天線單元4 194，相鄰的天線單元在方向上依次旋轉(zhuǎn)90度，天線單元的饋電信號幅度相等、相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度，所述主饋電單元201上連接有支路的饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204，所述饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204依次連接有天線單元1 191、天線單元2 192和天線單元3 193，所述主饋電單元201連接有天線單元4 194。所述主饋電單元201、饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204，從主饋電單元201輸入的信號，分成四路幅度相等，相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度的四路信號依次給天線單元1 191、天線單元2 192、天線單元3 193和天線單元4 194饋電。

在本實施例中，所述天線單元的間距均相同，為0.6λ-0.9λ，λ為本實用新型天線的工作波長。

在本實施例中，所述天線單元附在介質(zhì)基板21的一面，所述地層Ⅱ22附在介質(zhì)基板21相對于天線單元的另一面。

在本實施例中，所述天線單元為圓極化微帶天線單元。

實施例2

圖3-圖4出示本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列中天線單元的具體實施方式：一種寬帶圓極化微帶天線，包含第一輻射單元1、第二輻射單元2、第一H形開槽301、第二H形開槽302、第一饋電單元401、第二饋電單元402、90°寬帶移相器11、負載12、接地過孔14、焊盤15、第一介質(zhì)基層5、第二介質(zhì)基層6、第三介質(zhì)基板7、空氣介質(zhì)層9、地層10和墊片8。所述第一輻射單元1附著在第一介質(zhì)基板5的上表面，所述第二輻射單元2附著在第二基板6的上表面，第一介質(zhì)基板5和第二介質(zhì)基板6之間為空氣介質(zhì)層9，并由墊片8支撐。所述地10層附著在第二介質(zhì)基板6的下表面和第三介質(zhì)基板7的上表面，兩個地層10相互接觸。所述饋電單元401和402附著在第三介質(zhì)基板7的下表面，饋電單元401和402與第三介質(zhì)基板7的上表面的地10分別構(gòu)成微帶線。所述第一H形開槽301和第二H形開槽302為第二介質(zhì)基板6的下表面和第三介質(zhì)基板7的上表面的地層10挖開的H形開槽。第一H形開槽301和第二H形開槽302物理方向上互相垂直，第一饋電單元401和第二饋電單元402物理方向上互相垂直。90°寬帶移相器11將從本實用新型的寬帶圓極化微帶天線的天線端口13輸入的電磁能量分成幅度相等、相位相差90度的兩路信號，傳輸至90°寬帶移相器11的輸出端口Ⅰ16和輸出端口Ⅱ17，輸出端口Ⅰ16連接饋電單元401，輸出端口Ⅱ17連接饋電單元402。幅度相等、相位相差90度的兩路信號分別沿第一饋電單元401和第二饋電單元402與地層10構(gòu)成的微帶線傳輸。所述第一饋電單元401通過第一H行開槽301與第二輻射單元2進行能量耦合，第二輻射單元2再將電磁能量耦合到第一輻射單元1。所述的第二饋電單元402通過第二H行開槽302與第二輻射單元2進行能量耦合，第二輻射單元2再將電磁能量耦合到第一輻射單元1。最終幅度相等，相位相差90度的兩路信號組成圓極化電磁波輻射出本實用新型的寬帶圓極化微帶天線。所述90°寬帶移相器11的隔離端口18與負載12連接，負載12經(jīng)焊盤15和焊盤上的接地過孔14與地層10連接。使用本方法的方法，本實用新型實現(xiàn)了一個寬帶圓極化微帶天線單元，使本實用新型的微帶天線單元的工作帶寬提高到20％以上。所述天線單元包括全相同且之間間距相同的天線單元1 191、天線單元2 192、天線單元3 193和天線單元4 194，相鄰的天線單元在方向上依次旋轉(zhuǎn)90度，天線單元的饋電信號幅度相等、相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度，所述主饋電單元201上連接有支路的饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204，所述饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204依次連接有天線單元1 191、天線單元2 192和天線單元3 193，所述主饋電單元201連接有天線單元4 194。所述主饋電單元201、饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204，從主饋電單元201輸入的信號，分成四路幅度相等，相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度的四路信號依次給天線單元1 191、天線單元2 192、天線單元3 193和天線單元4 194饋電。

在本實施例中，所述天線單元的間距均相同，為0.6λ-0.9λ，λ為本實用新型天線的工作波長。

在本實施例中，所述第一饋電單元401和第二饋電單元402由第三介質(zhì)基板7的下表面邊緣分別延伸至第一H形開槽301和第二H形開槽302的下方。

在本實施例中，所述第一H形開槽301和第二H形開槽302空隙中間的“-”為瘦長條結(jié)構(gòu)，H形開槽兩邊的“|”為短條結(jié)構(gòu)，“-”結(jié)構(gòu)的長度大于“|”結(jié)構(gòu)的長度。

在本實施例中，所述第二H形開槽302大小和第一H形開槽301大小相同，所述第二饋電單元402大小和第一饋電單元401大小相同，所述第二H形開槽302和第二饋電單元402的相對位置與第一H形開槽301和第一饋電單元401的相對位置相同。

在本實施例中，所述第一H形開槽301和第二H形開槽302位于所述第二輻射單元2的下方。

在本實施例中，所述第一輻射單元1位于第二輻射單元2的上方。

在本實施例中，所述第一輻射單元1和第二輻射單元2均為方形金屬板。

所述天線單元中的所述第一輻射單元1和第二輻射單元2的長度是可變化的，以便于第一輻射單元1的諧振頻率和第二輻射單元2的諧振頻率不完全一樣，但是靠得很近，以便拓寬本寬帶圓極化微帶天線陣列的各個天線單元的工作頻率帶寬。

在本實施例中，所述的空氣介質(zhì)層9厚度為可變化的，該厚度可以調(diào)節(jié)第一輻射單元1和第二輻射單元2之間的能量耦合度，使得第一輻射單元1和第二輻射單元2能量耦合最優(yōu)，以便拓寬本寬帶圓極化微帶天線陣列的各個天線單元的工作頻率帶寬。

在本實施例中，所述90°移相功分網(wǎng)絡(luò)將一路信號分成信號幅度相等、相位相差90度的兩路信號。

天線單元作為發(fā)射天線時，電磁能量由天線單元的天線端口13輸入進移90°寬帶移相器11。90°寬帶移相器11將電磁能量分成幅度相等，相位相差90度的兩路信號并將兩路信號分別傳輸至90°寬帶移相器11的輸出端口Ⅰ16和輸出端口Ⅱ17。第一路信號沿第一饋電單元401與地層10構(gòu)成的微帶線傳輸，并通過第一H形開槽301與第二輻射單元2進行能量耦合，第二輻射單元2再將電磁能量耦合到第一輻射單元1。與第一路信號幅度相等，相位相差90度的第二路信號沿第二饋電單元402與地層10構(gòu)成的微帶線傳輸，并通過第二H形開槽302與第二輻射單元2進行能量耦合，第二輻射單元2再將電磁能量耦合到第一輻射單元1。最終幅度相等，相位相差90度的兩路信號組成圓極化電磁波輻射出天線單元的寬帶圓極化微帶天線單元。

天線單元作為接收天線時，第一輻射單元1接收電磁能量，第一輻射單元1將電磁能量耦合至第二輻射單元2，第二輻射單元2通過第一H形開槽301和第二H形開槽302將電磁能量分別耦合至第一饋電單元401和第二饋電單元402，第一饋電單元401和第二饋電單元402與第三介質(zhì)基板7上表面的地組成兩組微帶線，電磁能量分別沿微帶線將電磁能量傳輸至90°寬帶移相器11的輸出端口Ⅰ16和輸出端口Ⅱ17。90°寬帶移相器11將兩路合成為一路信號傳輸至天線端口13。

因第一饋電單元401和第二饋電單元402與第二輻射單元2的耦合以及第一輻射單元1和第二輻射單元2的耦合，可將本微帶天線單元的工作頻率帶寬有效拓寬到20％以上，并且90°寬帶移相器11具有寬帶工作特性。使用本方法的方法，每個天線單元實現(xiàn)了一種寬帶圓極化微帶天線單元。

實施例3

圖5出示了圖3-圖4出示本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列中天線單元的實施方式：天線單元采用窄帶圓極化微帶天線單元。所述天線單元包括全相同且之間間距相同的天線單元1 191、天線單元2 192、天線單元3 193和天線單元4 194，相鄰的天線單元在方向上依次旋轉(zhuǎn)90度，天線單元的饋電信號幅度相等、相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度，所述主饋電單元201上連接有支路的饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204，所述饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204依次連接有天線單元1 191、天線單元2 192和天線單元3 193，所述主饋電單元201連接有天線單元4 194。所述主饋電單元201、饋電單元1 202、饋電單元2 203、饋電單元3 204，從主饋電單元201輸入的信號，分成四路幅度相等，相位依次相差0度，-90度，-180度和-270度的四路信號依次給天線單元1 191、天線單元2 192、天線單元3 193和天線單元4 194饋電。

在本實施例中，所述天線單元的間距均相同，為0.6λ-0.9λ，λ為本實用新型天線的工作波長。

在本實施例中，所述天線單元附在介質(zhì)基板21的一面，所述陣列地層Ⅱ22附在介質(zhì)基板21相對于天線單元的另一面。

當本實用新型中的天線單元采用實施例2、實施例3中或者其他類型的圓極化天線單元的時候，均能產(chǎn)生天線的工作頻率帶寬和軸比帶寬都得到了顯著提高的效果。

綜合考慮主饋電單元201和支路饋電單元1 202,饋電單元2 203和饋電單元3 204輸出等幅，相位依次相差-90度的設(shè)計要求以及可生產(chǎn)性，選擇了一組比較合適的特性阻抗值，如表1所示。

表1

圖8是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列和所采用圓極化天線單元的駐波比(VSWR)仿真和測試結(jié)果，圖9是本實用新型寬帶圓極化微帶天線陣列和所采用圓極化天線單元的軸比(AR)仿真和測試結(jié)果。由圖8和圖9可論證，本實用新型的寬帶圓極化微帶天線陣列VSWR<2的駐波比測試結(jié)果為102％，頻率為4.3-13.26GHz，天線的AR<3dB的軸比帶寬為43.7％，頻率為7.7-12GHz?？梢?，本寬帶圓極化微帶陣列天線的工作頻率帶寬和軸比帶寬都得到了顯著提高。

基于上述，本實用新型結(jié)構(gòu)寬帶圓極化微帶天線陣列因各天線單元第一饋電單元和第二饋電單元分別通過第一H形開槽和第二H形開槽與第二輻射單元的耦合以及第一輻射單元和第二輻射單元的耦合，可將本微帶天線的工作頻率帶寬有效拓寬到20％以上，通過運用口徑耦合的饋電技術(shù)和增加耦合輻射單元的方法，將微帶天線的工作帶寬有效提高，并且90°寬帶移相器構(gòu)成的移相功分網(wǎng)絡(luò)具有寬帶工作特性，同時圓極化單元天線相鄰單元方向相對旋轉(zhuǎn)90度以及饋電信號幅度相等相位相對相差90度的方法構(gòu)成了圓極化天線陣列，將圓極化微帶天線陣列的工作頻率帶寬和軸比帶寬都有效提高。有效解決了微帶天線窄的問題，拓寬了微帶天線的應(yīng)用市場。

以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。