CN103730736A - 一种圆极化的高增益低剖面谐振天线 - Google Patents
一种圆极化的高增益低剖面谐振天线 Download PDFInfo
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Abstract
一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，包括谐振腔以及位于谐振腔中的线极化馈源，所述谐振腔包括相互平行设置的金属板和介质基板，在金属板的两个正交方向上周期设置若干十字形缝隙构成部分反射表面，在与金属板相对的介质基板上表面的两个正交方向上周期设置若干矩形金属贴片构成人工磁导体，在介质基板的下表面设置接地板，所述金属板、介质基板和接地板通过紧固件连接固定。本发明提供一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，解决了现有高增益圆极化天线采用馈电网络和单元组阵的方式，带来馈电复杂和单元间的互耦影响天线性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高增益天线，尤其涉及一种圆极化的高增益低剖面谐振天线。
背景技术
现代雷达、卫星通信等领域通常需要使用较高增益的圆极化天线。通常需要采用馈电网络来实现圆极化的幅度和相位条件。另一方面，为了实现较高增益通常采用单元组阵的方式，因此带来的问题是馈电复杂和单元间的互耦对天线性能的影响。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，解决了现有高增益圆极化天线采用馈电网络和单元组阵的方式，带来馈电复杂和单元间的互耦影响天线性能的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，包括谐振腔以及位于谐振腔中的线极化馈源，所述谐振腔包括相互平行设置的金属板和介质基板，在金属板的两个正交方向上周期设置若干十字形缝隙构成部分反射表面，在与金属板相对的介质基板上表面的两个正交方向上周期设置若干矩形金属贴片构成人工磁导体，在介质基板的下表面设置接地板，所述金属板、介质基板和接地板通过紧固件连接固定。
所述构成部分反射表面的十字形缝隙在两个正交方向上的周期长度相等；所述构成十字形缝隙的两条正交缝隙的长度不相等，宽度相等。
所述构成人工磁导体的矩形金属贴片在两个正交方向上的周期长度不等，矩形金属贴片短边方向的周期长度小于长边方向的周期长度。
所述线极化馈源的极化方向与矩形金属贴片的长边或短边方向成45°夹角。
所述接地板与部分反射表面之间的距离满足d＝(1/4+n/2)λ0的条件，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长，n＝0,1,2...。
本发明的有益效果：1、本发明与现有的圆极化天线相比免除了传统圆极化天线的馈电网络，纵向尺寸小，结构更加简单；2、本发明通过部分反射表面以及与部分反射表面平行的人工磁导体构成谐振腔，利用谐振特性使得不需要采用阵列结构，增益即可得到显著的提高；3、本发明的线极化馈源的极化方向与矩形金属贴片的长边或短边方向成45度夹角，即线极化馈源辐射的电磁波总可分解为两个极化正交的电磁波，其方向分别平行于矩形金属贴片的长边与短边，由十字形缝隙构成的部分反射表面与矩形金属贴片构成的人工磁导体一起构成谐振腔，两者分别提供两个极化正交的电磁波间合适的反射相位差，可以通过调节十字形金属缝隙沿两维方向上的长度来调节部分反射表面的反射相位频响，通过调节矩形金属贴片的长边与短边长度来调节人工磁导体的反射相位频响，实现将线极化波变换为圆极化波，同时实现低剖面和高增益。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的的侧视图。
图3为本发明的部分反射表面的结构示意图。
图4为本发明的部分反射表面周期单元的结构示意图。
图5为本发明的人工磁导体的结构示意图。
图6为本发明的人工磁导体周期单元的结构示意图。
图7为线极化馈源的位置示意图。
图8为本发明的反射系数曲线图。
图9为本发明的轴比频响曲线图。
图10为本发明的增益频响曲线图。
图11为本发明的水平面方向图。
图12为本发明的垂直面方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、2、3和5所示，一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，包括谐振腔2以及位于谐振腔2中的线极化馈源1，所述谐振腔2包括相互平行设置的金属板22和介质基板21，在金属板22的两个正交方向上周期设置若干十字形缝隙23构成部分反射表面，在与金属板22相对的介质基板21上表面的两个正交方向上周期设置若干矩形金属贴片24构成人工磁导体，在介质基板21的下表面设置接地板25，接地板25与部分反射表面之间的距离满足d＝(1/4+n/2)λ0的条件，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长，n＝0,1,2...，所述金属板22、介质基板21和接地板25通过紧固件26连接固定。
如图4所示，所述构成部分反射表面的十字形缝隙23在两个正交方向上的周期长度相等，均为P，构成十字形缝隙23的两条正交缝隙的长度分别为Sx和Sy，宽度均为Sw，并且缝隙长度不相等。
如图6所示，所述构成人工磁导体的矩形金属贴片24在两个正交方向上的周期长度不等，矩形金属贴片24短边方向的周期长度Py小于长边方向的周期长度Px，其中Px为中心频率电磁波的自由空间波长的0.2～0.3倍，矩形金属贴片24的长边和短边的长度分别为lx和ly。
以上所述的谐振天线的线极化馈源1的极化方向与矩形金属贴片24的长边或短边方向成45°夹角，即线极化馈源辐射的电磁波总可分解为两个极化正交的电磁波，其方向分别平行于矩形金属贴片24的长边与短边，由十字形缝隙23构成的部分反射表面与矩形金属贴片24构成的人工磁导体一起构成谐振腔2，两者分别提供两个极化正交的电磁波间合适的反射相位差，可以通过调节十字形缝隙23沿两维方向上的长度来调节部分反射表面的反射相位频响，通过调节矩形金属贴片24的长边与短边长度来调节人工磁导体的反射相位频响，实现将线极化波变换为圆极化波，同时实现低剖面和高增益。
为了便于说明各结构参数的设计过程，给定结构参数：矩形金属贴片24的lx＝4mm,ly＝2.5mm,沿长边方向的周期长度Px=5mm，沿短边方向的周期长度Py＝3.6mm，十字形缝隙23的周期长度P=11mm，Sx＝10.5mm,Sy＝7.2mm，缝宽Sw＝2mm,中心频率f＝14GHz，接地板25与部分反射表面之间的距离5.5mm，满足:
其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长。选用仿真软件如Ansoft公司的HFSS、CST公司的Microwave Studio CST等高频仿真软件，在计算机上模拟仿真得到：如图8所示的反射系数曲线图、图9所示的轴比频响曲线图、图10所示的增益频响曲线图、图11所示的水平面方向图、图12所示的垂直面方向图。以上得到的曲线实在给定条件下获得，若改变结构参数也可以获得相似的曲线。
为了易于圆极化本发明的线极化馈源1可以由微带贴片或其变型结构构成，这种结构的线极化馈源1贴合在与金属板22相对的介质基板21的上表面，介质基板21上表面其余的地方沿矩形的长边和短边方向周期排列若干矩形金属贴片24，如图7所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：包括谐振腔（2）以及位于谐振腔（2）中的线极化馈源（1），所述谐振腔（2）包括相互平行设置的金属板（22）和介质基板（21），在金属板（22）的两个正交方向上周期设置若干十字形缝隙（23）构成部分反射表面，在与金属板（22）相对的介质基板（21）上表面的两个正交方向上周期设置若干矩形金属贴片（24）构成人工磁导体，在介质基板（21）的下表面设置接地板（25），所述金属板（22）、介质基板（21）和接地板（25）通过紧固件（26）连接固定。
2.根据权利要求1所述的一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述构成部分反射表面的十字形缝隙（23）在两个正交方向上的周期长度相等。
3.根据权利要求2所述的一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述构成十字形缝隙（23）的两条正交缝隙的长度不相等，宽度相等。
4.根据权利要求1所述的一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述构成人工磁导体的矩形金属贴片（24）在两个正交方向上的周期长度不等，矩形金属贴片（24）短边方向的周期长度小于长边方向的周期长度。
5.根据权利要求1或4所述的一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述线极化馈源（1）的极化方向与矩形金属贴片（24）的长边或短边方向成45°夹角。
6.根据权利要求1所述的一种圆极化的高增益低剖面谐振天线，其特征在于：所述接地板（25）与部分反射表面之间的距离满足d＝(1/4+n/2)λ0的条件，其中λ0为中心频率电磁波的自由空间波长，n＝0,1,2...。
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