本發(fā)明屬于無線通信，具體涉及一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列。

背景技術(shù)：

1、天線作為無線通信系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其性能的好壞直接影響無線通信系統(tǒng)的性能，在航空航天、衛(wèi)星應(yīng)用中，對(duì)天線的輕型化、小型化、寬頻帶、圓極化特性提出了更高的要求。在天線選擇方面，微帶天線具有低剖面、重量輕和低成本等優(yōu)點(diǎn)，但其固有的窄頻帶特性(一般相對(duì)帶寬小于5％)限制了它的應(yīng)用范圍，人們采用了很多技術(shù)來展寬微帶天線帶寬，如采用非規(guī)則金屬貼片、疊層結(jié)構(gòu)等措施，但是采用非規(guī)則金屬貼片難以設(shè)計(jì)，并且往往會(huì)影響天線的極化性能；采用疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，容易保證天線極化性能，但高度不好控制。另外，為了實(shí)現(xiàn)圓極化，可采用單饋點(diǎn)加微擾貼片結(jié)構(gòu)，此種方式圓極化軸比帶寬較窄；還可采用多饋點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圓極化，通過合理設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的圓極化軸比帶寬。

2、經(jīng)專利和文獻(xiàn)檢索，與本發(fā)明密切相關(guān)的有關(guān)專利和文獻(xiàn)具體如下：專利申請?zhí)枮椋篶n200810114878.2，專利名稱為圓極化寬頻帶電容補(bǔ)償探針饋電疊層微帶天線陣，通過疊層結(jié)構(gòu)和電容補(bǔ)償探針技術(shù)僅實(shí)現(xiàn)了大于20％的駐波帶寬；專利申請?zhí)枮椋篶n201510245290.0，專利名稱為一種緊湊型圓極化微帶天線及其構(gòu)成的天線陣，通過在輻射貼片表面挖槽增加等效電感實(shí)現(xiàn)天線小型化，陣元間距縮減到0.6；專利申請?zhí)枮椋篶n201520762559.8，專利名稱為便攜式圓極化微帶天線陣列，通過耦合電容饋電僅實(shí)現(xiàn)了小于2的駐波帶寬大于20％及小于3db軸比帶寬大于15％；有研究者使用平面電容耦合在毫米波頻段實(shí)現(xiàn)了小于-10db阻抗帶寬為50%，但增益低且為雙極化(見參考文獻(xiàn)：markosonkki?,et?al.(2020),“wideband?dual-polarized?patch?antenna?with?capacitivecoupling?for?mm-wave?bands”2020?14th?european?conference?on?antennas?andpropagation?(eucap))；也有研究者使用寄生貼片和多饋電技術(shù)結(jié)合在gps頻段僅實(shí)現(xiàn)了小于-10db阻抗帶寬達(dá)到27%和小于3db軸比帶寬達(dá)到16%，增益在工作頻段達(dá)到8dbi(見參考文獻(xiàn)：shiqiang?fu?,(2014),“broadband?circularly?polarized?microstrip?antennawith?coplanar?parasitic?ring?slot?patch?for?l-band?satellite?systemapplication”ieee?antennas?and?wireless?propagation?letters)。

3、綜上所述，采用一些技術(shù)措施展寬微帶天線的工作帶寬在工程上是容易實(shí)現(xiàn)的，但是往往會(huì)帶來天線的圓極化特性變差、天線高度增加等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種具有超寬帶、圓極化軸比性能好、結(jié)構(gòu)簡單、剖面低、重量輕、制作容易、可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信，wifi、藍(lán)牙等無線通信技術(shù)的懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，包括頂部介質(zhì)基板層，所述頂部介質(zhì)基板層下方通過尼龍柱連接有底部介質(zhì)基板層，所述頂部介質(zhì)基板層上側(cè)面設(shè)置有多個(gè)金屬輻射貼片，所述金屬輻射貼片以頂部介質(zhì)基板層的上側(cè)面中心為圓心呈圓形陣列設(shè)置且相鄰金屬輻射貼片之間夾角為60°；

4、所述金屬輻射貼片下方設(shè)置有位于頂部介質(zhì)基板層下方的兩個(gè)圓形金屬盤，所述圓形金屬盤與頂部介質(zhì)基板層不接觸，兩圓形金屬盤正交放置且正交焦點(diǎn)位于金屬輻射貼片的圓心處，所述圓形金屬盤圓心處連接有同軸線，所述同軸線連接有位于底部介質(zhì)基板層下側(cè)面的饋電網(wǎng)絡(luò)，所述底部介質(zhì)基板層上側(cè)面設(shè)置有金屬地板層。

5、進(jìn)一步，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括七個(gè)一分二威爾金森功分器、兩個(gè)一分三六階威爾金森功分器及其移相網(wǎng)絡(luò)，其中七個(gè)一分二威爾金森功分器中有六個(gè)均通過移相網(wǎng)絡(luò)連接有微帶線末端，帶有微帶線末端的六個(gè)一分二威爾金森功分器分為兩組且每組三個(gè)，每個(gè)一分三六階威爾金森功分器的一端均通過移相網(wǎng)絡(luò)連接一組帶有微帶線末端的一分二威爾金森功分器，未帶有微帶線末端的一分二威爾金森功分器分別連接兩個(gè)一分三六階威爾金森功分器的另一端，所述微帶線末端連接同軸線。

6、進(jìn)一步，所述頂部介質(zhì)基板層和底部介質(zhì)基板層的材質(zhì)選用fr-4。

7、進(jìn)一步，所述同軸線具體為直徑1.2mm的金屬圓柱。

8、進(jìn)一步，所述頂部介質(zhì)基板層與圓形金屬盤之間為空氣。

9、進(jìn)一步，兩所述金屬輻射貼片的圓心間距為0.58，其中為天線工作頻段中心頻率的波長。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

11、1、本發(fā)明采用寬帶移相饋電網(wǎng)絡(luò)及電容耦合饋電技術(shù)，增加天線的阻抗帶寬和圓極化軸比帶寬，采用順序旋轉(zhuǎn)布陣，進(jìn)一步改善圓極化軸比性能，其中小于2的駐波帶寬大于40%，小于3db軸比帶寬大于100%，且整體結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，重量輕，體積小，剖面低，適用于無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用。

12、總之，本發(fā)明具備超寬帶、圓極化軸比性能好、結(jié)構(gòu)簡單、剖面低、重量輕、制作容易的效果，且可廣泛應(yīng)用與雷達(dá)、衛(wèi)星通信，wifi、藍(lán)牙等無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，其特征在于，包括頂部介質(zhì)基板層，所述頂部介質(zhì)基板層下方通過尼龍柱連接有底部介質(zhì)基板層，所述頂部介質(zhì)基板層上側(cè)面設(shè)置有多個(gè)金屬輻射貼片，所述金屬輻射貼片以頂部介質(zhì)基板層的上側(cè)面中心為圓心呈圓形陣列設(shè)置且相鄰金屬輻射貼片之間夾角為60°；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，其特征在于：所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括七個(gè)一分二威爾金森功分器、兩個(gè)一分三六階威爾金森功分器及其移相網(wǎng)絡(luò)，其中七個(gè)一分二威爾金森功分器中有六個(gè)均通過移相網(wǎng)絡(luò)連接有微帶線末端，帶有微帶線末端的六個(gè)一分二威爾金森功分器分為兩組且每組三個(gè)，每個(gè)一分三六階威爾金森功分器的一端均通過移相網(wǎng)絡(luò)連接一組帶有微帶線末端的一分二威爾金森功分器，未帶有微帶線末端的一分二威爾金森功分器分別連接兩個(gè)一分三六階威爾金森功分器的另一端，所述微帶線末端連接同軸線。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，其特征在于：所述頂部介質(zhì)基板層和底部介質(zhì)基板層的材質(zhì)選用fr-4。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，其特征在于：所述同軸線具體為直徑1.2mm的金屬圓柱。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，其特征在于：所述頂部介質(zhì)基板層與圓形金屬盤之間為空氣。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，其特征在于：兩所述金屬輻射貼片的圓心間距為0.58，其中為天線工作頻段中心頻率的波長。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種懸浮式電容耦合饋電的超寬帶圓極化天線陣列，包括頂部介質(zhì)基板層，所述頂部介質(zhì)基板層下方通過尼龍柱連接有底部介質(zhì)基板層，所述頂部介質(zhì)基板層上側(cè)面設(shè)置有多個(gè)金屬輻射貼片，所述金屬輻射貼片以頂部介質(zhì)基板層的上側(cè)面中心為圓心呈圓形陣列設(shè)置且相鄰金屬輻射貼片之間夾角為60°，所述金屬輻射貼片下方設(shè)置有位于頂部介質(zhì)基板層下方的兩個(gè)圓形金屬盤，所述圓形金屬盤與頂部介質(zhì)基板層不接觸，兩圓形金屬盤正交放置且正交焦點(diǎn)位于金屬輻射貼片的圓心處，所述圓形金屬盤圓心處連接有同軸線；本發(fā)明具有超寬帶、高增益、圓極化軸比性能好、結(jié)構(gòu)簡單、剖面低、重量輕、制作容易的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：白杰,曲新波,翟會(huì)清,宋帥,楊瑩瑩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇賽博空間科學(xué)技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19