CN109616763A - 一种紧凑环形圆极化微带天线 - Google Patents

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李秋浩
陶泽
刘永聪
齐文
周建华
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Abstract

一种紧凑环形圆极化微带天线，涉及微带天线。设有上下层介质基板、环形辐射贴片和馈电网络；上下层介质基板无间隙叠加，上层介质基板为单面覆铜微波介质基板，上层介质基板上表面金属层为环形辐射贴片，在环形辐射贴片内外两侧交错开槽，环形辐射贴片在竖直方向和水平方向中心连接中心微带线；下层介质基板为双面覆铜微波介质基板，下层介质基板上表面金属层为接地板，接地板也是上层介质基板上表面的接地面，下层介质基板的下表面为馈电网络；环形辐射贴片的中心微带线上设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，环形辐射贴片通过2个圆柱金属导体穿过上下层介质基板与馈电网络的两个输出端口连接。

Description

一种紧凑环形圆极化微带天线
技术领域
本发明涉及微带天线，尤其是涉及结构紧凑、尺寸适中、中心频点较低、带宽较好的一种紧凑环形圆极化微带天线。
背景技术
紧凑型圆极化微带天线在卫星导航、射频识别(RFID)等移动通信领域中具有低剖面的优势，一直是研究的热点。在高速机载通信中，紧凑型圆极化天线是共形设计的更优选择；在卫星通信天线的使用上，圆极化天线则可以提供比线性极化天线更好的流动性。[1][Nasimuddin,Qing X,Chen Z N.Awideband circularly polarized microstrip arrayantenna at Ka-band[C]//European Conference on Antennas and Propagation.IEEE,2016:1-4.]。
从20世纪70年代开始的GPS(Global Positioning System)，以及后来俄罗斯的GLONASSS(Global Navigation Satellite System)、欧洲的GALILEO以及中国的北斗导航***，都一致使用了圆极化波来传输信号[范彬彬.卫星通信圆极化微带天线的研究[D].西安电子科技大学,2015.]。圆极化天线也广泛应用于广播电视领域，在减少重影、抗同频干扰和邻频干扰等方面，都发挥了重要的作用。圆极化电磁波可以有效减小多径反射的影响、抑制雨雾等气候引起的去极化效应[叶为文.圆极化信号的性质和它的应用[J].电视技术,1988(05):14-21.]。因此，圆极化天线能更好地保证通信链路畅通，在现代很多通信***中，需要圆极化天线作为其发射器和接收器。
微带天线实现圆极化工作的方法大致可以总结为三类：单点馈电微扰法、多点正交馈电法和多元法。对于多点正交馈电，重点在于90°移项馈电网络的设计。
发明内容
本发明的目的在于提供结构紧凑、尺寸适中、中心频点较低、带宽较好的一种紧凑环形圆极化微带天线。
本发明设有上层介质基板、环形辐射贴片、下层介质基板和馈电网络；所述上层介质基板和下层介质基板无间隙叠加，上层介质基板上表面涂覆有铜导体，上层介质基板为单面覆铜微波介质基板，上层介质基板上表面金属层为环形辐射贴片，在环形辐射贴片内外两侧交错开槽，内外侧开槽结构大小相等，角度差为22.5°，环形辐射贴片在竖直方向和水平方向中心连接中心微带线；所述下层介质基板的上表面和下表面均涂覆有铜导体，下层介质基板为双面覆铜微波介质基板，下层介质基板上表面金属层为接地板，所述接地板也是上层介质基板上表面的接地面，下层介质基板的下表面为馈电网络；所述环形辐射贴片的中心微带线上设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，环形辐射贴片通过2个圆柱金属导体穿过上层介质基板、下层介质基板与馈电网络的两个输出端口连接。
所述馈电网络可采用T型功分器，所述T型功分器可采用T型一分二功分器，T型功分器的两个输出端口相位差可为90°。
所述2个圆柱金属导体穿过上层介质基板、接地板和下层介质基板对环形辐射贴片馈电。
与现有技术相比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：在频点较低的UHF频段谐振性能良好，结构紧凑，圆极化性能良好。
附图说明
图1为本发明实施例的分层结构示意图。
图2为本发明实施例的上层介质基板上的结构示意图。
图3为本发明实施例的下层介质基板上的结构示意图。
图4是本发明实施例的回波损耗曲线的仿真结果。
图5为本发明实施例在403MHz的xoz面极化图。在图5中，坐标为极坐标。
图6为本发明实施例在403MHz的yoz面极化图。在图6中，坐标为极坐标。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1～3，本发明实施例设有上层介质基板1、环形辐射贴片2、下层介质基板4和馈电网络5；所述上层介质基板1和下层介质基板4无间隙叠加，上层介质基板1上表面涂覆有铜导体，上层介质基板1为单面覆铜微波介质基板，上层介质基板1上表面金属层为环形辐射贴片2，在环形辐射贴片2内外两侧交错开槽，内外侧开槽结构大小相等，角度差为22.5°，环形辐射贴片2在竖直方向和水平方向中心连接中心微带线；所述下层介质基板4的上表面和下表面均涂覆有铜导体，下层介质基板4为双面覆铜微波介质基板，下层介质基板4上表面金属层为接地板3，所述接地板3也是上层介质基板1上表面的接地面，下层介质基板4的下表面为馈电网络5；所述环形辐射贴片2的中心微带线上设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，环形辐射贴片2通过2个圆柱金属导体6和7穿过上层介质基板1、下层介质基板4与馈电网络5的两个输出端口连接。
所述馈电网络5采用T型功分器，所述T型功分器采用T型一分二功分器，T型功分器的两个输出端口相位差为90°。
所述2个圆柱金属导体6和7穿过上层介质基板1、接地板3和下层介质基板4对环形辐射贴片2馈电。
参见图2，所述上层介质基板1为正方形结构，上层介质基板1的边长Ls为160mm，厚度为1mm，相对介电常数为3.2，所述环形辐射贴片2外圆半径R1为78±2mm，内圆半径R2为49±2mm，在环形辐射贴片2内外两侧交错开槽，内外侧开槽结构大小相等，每条槽长Lg为11±2mm，宽Wg为6±1mm，相邻两条开槽位置角度差a为22.5°，并在竖直方向和水平方向中心各连接一条中心微带线，宽度Wm为2.5±0.3mm；圆柱金属导体6和7半径R3为0.2±0.1mm，圆柱金属导体6和7与环形辐射片的连接点分别在距离中心原点Lx＝21±1mm的-90°与0°处。
参见图3，所述下层介质基板4为正方形结构，下层介质基板4的边长L为185±3mm，厚度为1.0±0.2mm，相对介电常数为2.2±0.1，所述T型一分二功分器具体尺寸如下：L1为46.30mm，L2为46.30mm，L3为20.35mm，L4为25.60mm，L5为9.86mm，L6为46.32mm，L7为6.77mm，L8为19.54mm，W1为1.88mm，W2为3.30mm,W3为3.26mm。
本发明实施例的回波损耗曲线的仿真结果如图4所示，在403MHz处回波损耗良好，为-19dB。
本发明实施例在403MHz的xoz面极化图如图5所示，在+z方向为左旋圆极化，曲线a是403MHz左旋极化增益的xoz面方向图，曲线b是403MHz右旋极化增益的xoz面方向图。
本发明实施例在403MHz的yoz面极化图如图6所示，在+z方向为左旋圆极化，曲线a是403MHz左旋极化增益的yoz面方向图，曲线b是403MHz右旋极化增益的yoz面方向图。

Claims (10)

1.一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于设有上层介质基板、环形辐射贴片、下层介质基板和馈电网络；所述上层介质基板和下层介质基板无间隙叠加，上层介质基板上表面涂覆有铜导体，上层介质基板为单面覆铜微波介质基板，上层介质基板上表面金属层为环形辐射贴片，在环形辐射贴片内外两侧交错开槽，内外侧开槽结构大小相等，角度差为22.5°，环形辐射贴片在竖直方向和水平方向中心连接中心微带线；所述下层介质基板的上表面和下表面均涂覆有铜导体，下层介质基板为双面覆铜微波介质基板，下层介质基板上表面金属层为接地板，所述接地板也是上层介质基板上表面的接地面，下层介质基板的下表面为馈电网络；所述环形辐射贴片的中心微带线上设有两个馈电孔，在2个馈电孔上分别设有馈电接线端子，环形辐射贴片通过2个圆柱金属导体穿过上层介质基板、下层介质基板与馈电网络的两个输出端口连接。
2.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述馈电网络采用T型功分器。
3.如权利要求2所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述T型功分器采用T型一分二功分器。
4.如权利要求2所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于T型功分器的两个输出端口相位差为90°。
5.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述2个圆柱金属导体穿过上层介质基板、接地板和下层介质基板对环形辐射贴片馈电。
6.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述上层介质基板为正方形结构，上层介质基板的边长为160mm，厚度为1mm，相对介电常数为3.2。
7.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述环形辐射贴片外圆半径为78±2mm，内圆半径为49±2mm，开槽长度为11±2mm，宽度为6±1mm。
8.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述中心微带线的宽度为2.5±0.3mm。
9.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述圆柱金属导体的半径为0.2±0.1mm，圆柱金属导体与环形辐射片的连接点分别在距离中心原点21±1mm的-90°与0°处。
10.如权利要求1所述一种紧凑环形圆极化微带天线，其特征在于所述下层介质基板为正方形结构，下层介质基板的边长为185±3mm，厚度为1.0±0.2mm，相对介电常数为2.2±0.1。
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