[發明專利]一種具有全向寬軸比波束寬度的圓極化天線

有效

• 申請號: 201110418243.3
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102509879A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 閆鵬;金榮洪;耿軍平;粱仙靈;李振海;白旭東;李文晶
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q13/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及圓極化天線領域，特別是一種具有寬軸比波束寬度的圓極化微帶貼片天線。

背景技術

隨著衛星通訊、運載火箭測控通訊技術的發展，雷達應用范圍的擴大以及對高速目標在各種極化方式和氣候條件下跟蹤測量的需要，單一極化方式已難滿足要求，圓極化天線的應用就顯得十分重要。在電子對抗中，使用圓極化天線可以干擾和偵察敵方的各種線極化及橢圓極化方式的無線電波，在劇烈擺動或翻滾的飛行器上裝置圓極化天線，除可減少信號漏失外，還可消除由電離層法拉第旋轉效應引起的畸變影響，在電視廣播中采用圓極化天線可望克服重影。另外在圓極化天線的很多應用中要求天線具有重量輕、體積小、可共形，且成本低的圓極化天線。而微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線。具有質量輕、體積小、易于饋電、易于與載體共形安裝等特點。因此圓極化微帶天線就是能滿足這些要求的比較理想的天線。

目前，采用單片微帶貼片天線來實現圓極化輻射主要有兩種方法：單饋點法和多饋點法。單饋點法通過在輻射貼片上開槽，挖角等技術，并調整微帶天線的實際尺寸，激勵起兩個極化正交的簡并模，從而實現圓極化輻射，不需要任何移相網絡和功率分配器。但是由于它的軸比阻抗帶寬太窄，大大限制了其應用范圍。多饋點法可以利用兩個饋電點來激勵起一對極化正交的簡并模，并由饋電網絡保證兩模的幅度相等，相位相差90°，從而獲得圓極化場。其優點是有較寬的阻抗帶寬和軸比阻抗帶寬。但是上述兩種方法都難以保證天線在360°的全向范圍內小于3dB的軸比波束寬度較大。因此，對圓極化天線軸比波束寬度的研究顯的十分必要。

經過對現有技術文獻的檢索發現，孫向珍在《遙測遙控》2004年05期上發表的“圓極化雙層微帶天線的研究”，該文介紹了雙層圓極化微帶天線結構，對于基本的雙饋電點微帶結構，雖然其軸比波束寬度(＜3dB)在phi＝0的面為-67°～60°，但是在其垂直面phi＝90的面上僅為-67°～14°，另外，該文獻通過切角，四點饋電方式來改善天線的軸比波束寬度，四點饋電的方式使軸比波束寬度達到了±60°，但是四點饋電方式導致了復雜的饋電網絡，不利于天線小型化。而切角的方式雖然對天線整體軸比有改善，但小于3dB的軸比波束寬度在某些面上仍然小于40°。韓英臣等人在《彈導與制導學報》2009年6月第3期上發表的“一種寬波束圓極化天線的研制”，該文介紹了一種微帶四壁螺旋天線，該天線雖然圓極化軸比在±50°的范圍內小于3dB，但是螺旋天線高度過高，不利于低剖面設計要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的單片微帶貼片圓極化天線技術所存在的問題，提供一種一種具有寬軸比波束寬度的圓極化微帶貼片天線，具有結構簡單、尺寸小、成本低，并且在全向寬角度范圍內具有良好軸比的特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種具有全向寬軸比波束寬度的圓極化天線，其特點在于由上至下依次包括：寄生單元、上層介質基板、激勵單元、中層介質基板、接地單元、下層介質基板和3dB混合電橋饋電網絡；

其中，所述的寄生單元與激勵單元分別置于所述的上層介質基板和中層介質基板的上表面，所述的上層介質基板和中層介質基板之間用空氣層隔開；空氣層的高度影響天線的阻抗特性，從而影響天線的阻抗帶寬。

所述的3dB混合電橋饋電網絡置于所述的下層介質基板的下表面，所述的下層介質基板與中層介質基板通過所述的接地單元隔開；

同軸饋電單元的內導體與所述的3dB電橋饋電網絡的輸入端口連接，同軸饋電單元的外導體穿過所述的下層介質基板與所述的接地單元相接。

所述的上層介質基板和中層介質基板之間通過中心一個金屬螺釘和四周八個金屬螺釘固定。

所述的激勵單元為帶有四個枝節的圓形金屬貼片，在該圓形金屬貼片上開有一個矩形槽。圓形金屬貼片的尺寸大小是由微帶天線理論計算并結合HFSS仿真軟件優化得到。四個開路枝節能夠改善圓極化軸比特性和駐波比。在金屬貼片上設計的矩形槽，可以對貼片表面電流產生微擾，調整矩形槽的位置，長度，寬度能夠改善天線的全向范圍內的軸比波束寬度。

所述的寄生單元是圓形金屬貼片，該圓形金屬貼片的尺寸比所述的激勵單元的尺寸大70％。如果尺寸選的合適，可以得到較寬的阻抗帶寬。

所述的3dB混合電橋饋電網絡與所述的激勵單元被所述的接地單元分隔在兩面。

所述的3dB混合電橋饋電網絡的兩個輸出端口通過探針與所述的激勵單元連接。該3dB混合電橋饋電網絡能夠產生兩個幅度相同，相位差為90°的信號能量，用于實現天線的圓極化輻射。