一種極化敏感陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種極化敏感陣列天線，屬于MIMO陣列天線技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括雙層微帶貼片天線和印刷單極子天線。印刷單極子天線固定在雙層微帶貼片天線中心，雙層微帶貼片天線包括第一金屬地板、第一金屬邊框、第一F4BM介質(zhì)基板、第二F4BM介質(zhì)基板、第一金屬貼片、第二金屬貼片、第一饋電端口、第二饋電端口。印刷單極子天線包括第三F4BM介質(zhì)基板、第三金屬貼片、第二金屬地板和第三饋電端口。本發(fā)明的工作頻帶為2.35GHz?2.45GHz，優(yōu)異的端口隔離度性能也保證了天線對(duì)不同極化電磁波的分辨能力，提高了接收電磁波信息的準(zhǔn)確性。該天線單元適用于復(fù)雜多徑的通信環(huán)境，具有較寬的帶寬和較好的隔離度等性能。
【專利說明】
一種極化敏感陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種極化敏感陣列天線，屬于MIM0(多入多出)陣列天線技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]天線的極化是非常重要的無線資源，通過充分利用電磁波的空間維度，多極化天線可以實(shí)現(xiàn)更多的自由度也就是空間特征信道，從而在很大程度上提高系統(tǒng)的性能。隨著陣列天線以及多極化天線的發(fā)展，人們逐步提出了極化敏感陣列天線這一概念，極化敏感陣列天線可以理解為多極化陣列天線，它可以充分獲取空間電磁信號(hào)的極化信息以及空域信息，基于這些優(yōu)點(diǎn)，極化敏感陣列天線在信號(hào)檢測(cè)能力、抗干擾能力、分辨率和極化多址能力等方面較普通陣列天線有很高的優(yōu)越性。
[0003]為此，研究人員進(jìn)行了大量的研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的一種圓口徑雙極化微帶陣列天線，該天線為256單元的單脈沖天線陣，并且采用了高隔離度的天線單元以及二次錯(cuò)位反相饋電技術(shù)，極大程度的提高了單元隔離度并降低了交叉極化電平，在雙極化天線的研究基礎(chǔ)上，人們進(jìn)一步提出了三極化天線并進(jìn)行了深入的研究與分析。A.S.Konanur提出了一種由圓環(huán)和偶極子構(gòu)成的多極化天線，該天線應(yīng)用于多徑環(huán)境中并只占用了單個(gè)天線的體積，但和目前多數(shù)極化敏感天線一樣，存在著帶寬較窄，隔離度不夠高的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)帶寬較窄、隔離度不夠高等不足，提出一種極化敏感陣列天線，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了較寬的帶寬和較好的隔離度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明的一種極化敏感陣列天線，其結(jié)構(gòu)包括雙層微帶貼片天線和印刷單極子天線。
[0007]所述雙層微帶貼片天線包括第一金屬地板、第一金屬邊框、第一 F4BM(寬介電常數(shù)聚四氟乙烯玻璃布覆銅箱)介質(zhì)基板、第二F4BM介質(zhì)基板、第一金屬貼片、第二金屬貼片、第一饋電端口、第二饋電端口。第一金屬邊框通過螺釘固定于第一金屬地板的四邊;第一F4BM 介質(zhì)基板的上表面中心位置、第二F4BM介質(zhì)基板的下表面中心位置分別通過熱壓和刻蝕方法固定第一金屬貼片、第二金屬貼片;第一金屬貼片、第一 F4BM介質(zhì)基板、第二金屬貼片、第二F4BM介質(zhì)基板同軸，第一金屬貼片的面積小于等于第一 F4BM介質(zhì)基板的上表面積，第二金屬貼片的面積小于第二F4BM介質(zhì)基板的下表面積，第一金屬貼片的面積小于等于第二金屬貼片的面積;第一 F4BM介質(zhì)基板的下表面固定在第一金屬地板上表面，第二F4BM介質(zhì)基板的下表面固定在第一金屬邊框的上表面(第二金屬貼片與第一金屬邊框不接觸)；第一饋電端口和第二饋電端口為SMA同軸接頭，通過螺釘固定在第一金屬地板下表面，SMA接頭內(nèi)芯插入第一金屬地板和第一 F4BM介質(zhì)基板并與第一金屬貼片焊接在一起。
[0008]所述印刷單極子天線包括第三F4BM介質(zhì)基板、第三金屬貼片、第二金屬地板和第三饋電端口。第三金屬貼片和第二金屬地板通過熱壓和刻蝕方法固定在第三F4BM介質(zhì)基板兩側(cè)，第三F4BM介質(zhì)基板、第三金屬貼片和第二金屬地板共軸，第三金屬貼片和第二金屬地板的面積小于等于第三F4BM介質(zhì)基板的面積;第三饋電端口為SMA同軸接頭，通過焊接固定在第三F4BM介質(zhì)基板下端，第三饋電端口的內(nèi)芯與第三金屬貼片焊接在一起，第三饋電端口的外部金屬法蘭與第二金屬地板焊接在一起。[00〇9]印刷單極子天線固定在雙層微帶貼片天線中心，即第三F4BM介質(zhì)基板垂直粘接于第一 F4BM介質(zhì)基板上表面中心位置，需要將第二F4BM介質(zhì)基板上開槽，使得第三F4BM介質(zhì)基板穿過第二F4BM介質(zhì)基板，并對(duì)第一 F4BM介質(zhì)基板和第一金屬地板上開槽使第三饋電端口穿過。
[0010]本發(fā)明的極化敏感陣列天線的工作過程為:
[0011]將本發(fā)明的極化敏感陣列天線與發(fā)射系統(tǒng)相連，給第一饋電端口、第二饋電端口、 第三饋電端口饋入射頻信號(hào)，通過第一金屬貼片、第二金屬貼片、第三金屬貼片發(fā)射不同極化的電磁波，實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的發(fā)射;將本發(fā)明的極化敏感陣列天線與接收系統(tǒng)相連，通過第一金屬貼片、第二金屬貼片、第三金屬貼片接收不同極化的電磁波，并通過第一饋電端口、第二饋電端口、第三饋電端口給接收系統(tǒng)輸送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的接收。
[0012]本發(fā)明的極化敏感陣列天線的工作頻帶為2.35GHZ-2.45GHz，在工作頻帶內(nèi)的反射系數(shù)低于-15dB。[〇〇13]本發(fā)明的極化敏感陣列天線反射系數(shù)低于-10dB的相對(duì)帶寬為11.7%。[〇〇14]本發(fā)明的極化敏感陣列天線的三個(gè)饋電端口之間的隔離度低于_23dB。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎，匹配特性良好，頻帶較寬的特性，可以在很寬的頻率范圍內(nèi)正常工作;優(yōu)異的端口隔離度性能也保證了天線對(duì)不同極化電磁波的分辨能力，提高了接收電磁波信息的準(zhǔn)確性。該天線單元適用于復(fù)雜多徑的通信環(huán)境，具有較寬的帶寬和較好的隔離度等性能?！靖綀D說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的雙層微帶貼片天線的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的印刷單極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3(a)是本發(fā)明的工作頻帶內(nèi)的反射系數(shù)；
[0020]圖3(b)是本發(fā)明的反射系數(shù)低于-10dB的頻帶范圍；
[0021]圖4是本發(fā)明的在工作頻帶內(nèi)的三個(gè)不同饋電端口隔離度結(jié)果；
[0022]圖5為實(shí)施例中的極化敏感陣列天線的結(jié)構(gòu)示意圖及部分標(biāo)號(hào)說明；
[0023]圖6為實(shí)施例中的極化敏感陣列天線的結(jié)構(gòu)示意圖及部分標(biāo)號(hào)說明；[〇〇24] 標(biāo)號(hào)說明:1-第一金屬地板、2-第一金屬邊框、3-第一F4BM介質(zhì)基板、4-第二F4BM 介質(zhì)基板、5-第一金屬貼片、6-第二金屬貼片、7-第三F4BM介質(zhì)基板、8-第三金屬貼片、9-第二金屬地板、10-第一饋電端口、11-第二饋電端口、12-第三饋電端口。【具體實(shí)施方式】[〇〇25]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。[〇〇26] 實(shí)施例
[0027]一種極化敏感陣列天線，如圖5和圖6所示，該天線單元由雙層微帶貼片天線和印刷單極子天線組成。
[0028]雙層微帶貼片天線部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括第一金屬地板1、第一金屬邊框2、 第一 F4BM介質(zhì)基板3、第二F4BM介質(zhì)基板4、第一金屬貼片5、第二金屬貼片6、第一饋電端口 10、第二饋電端口 11。第一 F4BM介質(zhì)基板3的上表面、第二F4BM介質(zhì)基板4的下表面分別通過熱壓、刻蝕等方法固定第一金屬貼片5、第二金屬貼片6;第一 F4BM介質(zhì)基板3的下表面固定在第一金屬地板1上表面，第二F4BM介質(zhì)基板4的下表面固定在第一金屬邊框2的上表面;第一饋電端口 10和第二饋電端口 11通過螺釘固定在第一金屬地板1下表面。[〇〇29]印刷單極子天線部分的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括第三F4BM介質(zhì)基板7、第三金屬貼片 8、第二金屬地板9和第三饋電端口 12。第三金屬貼片8和第二金屬地板9分別通過熱壓和刻蝕等方法固定在第三F4BM介質(zhì)基板7兩側(cè);第三饋電端口 12通過焊接固定在第三F4BM介質(zhì)基板7下端。印刷單極子天線固定在雙層微帶貼片天線中心，通過將第三F4BM介質(zhì)基板7垂直粘接于第一 F4BM介質(zhì)基板3上表面實(shí)現(xiàn)。
[0030]本實(shí)施例中第一F4BM介質(zhì)基板和第二F4BM介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.65，厚度為 2mm，第一 F4BM介質(zhì)基板邊長(zhǎng)wi = 77mm，第二F4BM介質(zhì)基板邊長(zhǎng)W2 = 83mm，第一金屬貼片邊長(zhǎng) li = 35.8mm，第二金屬貼片邊長(zhǎng)12 = 36.8mm，第一金屬地板邊長(zhǎng)a = 83mm，高度h2 = 4mm，第一金屬邊框高h(yuǎn)i= 14mm。[〇〇31]本實(shí)施例中第三F4BM介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.65，厚度為2mm，第三F4BM介質(zhì)基板長(zhǎng)1 = 30mm寬w= 14mm，第三金屬貼片長(zhǎng)b = 10mm，第二金屬地板長(zhǎng)h = 26mm。
[0032]對(duì)上述的極化敏感陣列天線進(jìn)行建模仿真，并提取反射系數(shù)和端口間隔離度等結(jié)果;天線單元在2.35GHz?2.45GHz工作頻帶內(nèi)的反射系數(shù)結(jié)果如圖3(a)所示，由圖3(a)可知，天線單元在工作頻帶內(nèi)的反射系數(shù)低于_15dB，最低達(dá)到了-40dB，在工作頻帶內(nèi)有良好的匹配性能。[〇〇33]圖3(b)給出天線單元在更寬的頻帶范圍內(nèi)的反射系數(shù)結(jié)果，從圖3(b)中可以看出，天線單元的反射系數(shù)低于-10dB的帶寬達(dá)到了280MHz，相對(duì)帶寬約為11.7%，實(shí)現(xiàn)了寬帶性能。
[0034]圖4是本發(fā)明的天線單元三個(gè)不同饋電端口之間的隔離度仿真結(jié)果，由圖4可知， 天線三個(gè)端口之間的隔離度在工作頻帶內(nèi)均低于_23dB，其中隔離度較好的兩個(gè)端口隔離度達(dá)到了 _28dB左右，較差的兩個(gè)端口個(gè)隔離度也在-24dB左右，端口之間影響很小，天線單元優(yōu)越的端口隔離度性能提高了極化敏感陣列天線在工作過程中對(duì)不同極化電磁波的分辨能力，提高了接收電磁波信息的準(zhǔn)確性。[〇〇35]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限定，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種極化敏感陣列天線，其特征在于:包括雙層微帶貼片天線和印刷單極子天線；所述雙層微帶貼片天線包括第一金屬地板、第一金屬邊框、第一 F4BM介質(zhì)基板、第二F4BM介質(zhì)基板、第一金屬貼片、第二金屬貼片、第一饋電端口、第二饋電端口；第一金屬邊框 通過螺釘固定于第一金屬地板的四邊;第一 F4BM介質(zhì)基板的上表面中心位置、第二F4BM介 質(zhì)基板的下表面中心位置分別通過熱壓和刻蝕方法固定第一金屬貼片、第二金屬貼片;第 一金屬貼片、第一 F4BM介質(zhì)基板、第二金屬貼片、第二F4BM介質(zhì)基板同軸，第一金屬貼片的 面積小于等于第一 F4BM介質(zhì)基板的上表面積，第二金屬貼片的面積小于第二F4BM介質(zhì)基板 的下表面積，第一金屬貼片的面積小于等于第二金屬貼片的面積;第一 F4BM介質(zhì)基板的下 表面固定在第一金屬地板上表面，第二F4BM介質(zhì)基板的下表面固定在第一金屬邊框的上表 面，第二金屬貼片與第一金屬邊框不接觸;第一饋電端口和第二饋電端口為SMA同軸接頭， 通過螺釘固定在第一金屬地板下表面，SMA接頭內(nèi)芯插入第一金屬地板和第一 F4BM介質(zhì)基 板并與第一金屬貼片焊接在一起；所述印刷單極子天線包括第三F4BM介質(zhì)基板、第三金屬貼片、第二金屬地板和第三饋 電端口；第三金屬貼片和第二金屬地板通過熱壓和刻蝕方法固定在第三F4BM介質(zhì)基板兩 側(cè)，第三F4BM介質(zhì)基板、第三金屬貼片和第二金屬地板共軸，第三金屬貼片和第二金屬地板 的面積小于等于第三F4BM介質(zhì)基板的面積;第三饋電端口為SMA同軸接頭，通過焊接固定在 第三F4BM介質(zhì)基板下端，第三饋電端口的內(nèi)芯與第三金屬貼片焊接在一起，第三饋電端口 的外部金屬法蘭與第二金屬地板焊接在一起；印刷單極子天線固定在雙層微帶貼片天線中心，即第三F4BM介質(zhì)基板垂直粘接于第一 F4BM介質(zhì)基板上表面中心位置，需要將第二F4BM介質(zhì)基板上開槽，使得第三F4BM介質(zhì)基板 穿過第二F4BM介質(zhì)基板，并對(duì)第一 F4BM介質(zhì)基板和第一金屬地板上開槽使第三饋電端口穿 過。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化敏感陣列天線，其特征在于:工作頻帶為2.35GHz-2.45GHz。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化敏感陣列天線，其特征在于:工作過程為:將本發(fā)明 的極化敏感陣列天線與發(fā)射系統(tǒng)相連，給第一饋電端口、第二饋電端口、第三饋電端口饋入 射頻信號(hào)，通過第一金屬貼片、第二金屬貼片、第三金屬貼片發(fā)射不同極化的電磁波，實(shí)現(xiàn) 電磁波信號(hào)的發(fā)射;將本發(fā)明的極化敏感陣列天線與接收系統(tǒng)相連，通過第一金屬貼片、第 二金屬貼片、第三金屬貼片接收不同極化的電磁波，并通過第一饋電端口、第二饋電端口、 第三饋電端口給接收系統(tǒng)輸送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的接收。
【文檔編號(hào)】H01Q21/24GK106025526SQ201610306216
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】劉埇, 徐有根, 李若凡, 周嬙, 劉嘉山, 趙鵬飛
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)