[發明專利]背腔式寬帶雙極化天線

有效

• 申請號: 201210294188.6
• 申請日: 2012-08-18
• 公開（公告）號: CN102790291A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 宋立眾;蔣明;張敏;李林楠;房亮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H01Q21/24
• 分類號: H01Q21/24;H01Q17/00;H01Q1/50;H01Q1/36
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及寬帶雙極化天線傳感器裝置，具體地說是一種背腔式寬帶雙極化天線。

背景技術

在現代雷達系統、通信系統、微波測量系統等無線電系統中，往往要求系統具有寬帶工作性能，并且同時具有極化敏感能力，可以同時發射或者接收雙極化的電磁信號，因此，寬帶雙極化天線設備是這些新體制無線電系統的關鍵分機之一，已成為研究的熱點。寬帶雙極化天線需同時具備寬頻帶和雙極化兩種性能，寬頻帶和雙極化也是該天線的關鍵技術。

目前常見的寬帶雙極化天線形式有雙極化喇叭天線、雙極化正弦天線、雙極化微帶貼片天線、雙極化蝶形天線和雙極化Vivaldi天線等。例如，陳輝和薛鋒章提出一種新穎的寬頻帶雙極化印刷偶極子基站天線，工作頻段為1.63GHz~2.8?GHz；陳振寧和梁仙靈等研究了一種新型的Ku頻段寬帶高增益雙極化微帶貼片單元及96元陣列的設計，該設計中單元采用層疊貼片天線結構，提高了單元的帶寬和增益，兩個極化端口采用分層饋電，其中水平極化端口采用共面饋電，垂直極化端口采用探針背饋，在饋電網絡的設計中引入反向饋電技術，降低了交叉極化；李彬和楊勇研制了一種寬帶雙極化四脊圓喇叭天線，實際制作了一批寬帶雙極化四脊圓喇叭天線并對其進行了調試，此天線在Ｃ、Ｘ、Ku波段內具有大于３倍頻程的寬帶匹配特性，交叉極化隔離度大于22dB，增益在10dB到20dB之間；李越和張志軍等提出一種寬帶、緊湊型共面波導饋電的雙極化槽天線，利用單天線的雙極化代替兩個單極化天線，該天線采用單一矩形槽作為天線單元，利用同一共面波導兩種正交的模式激勵槽天線單元的水平和垂直兩種極化模式，隔離度優于-22?dB；Justin?A.?Kasemodel和John?L.?Volakis提出了一種集成巴倫饋電的平面型雙線極化天線，該天線采用曲線蝶形邊緣結構，工作頻段為770MHz~1700MHz。

傳統的超寬帶天線類型有對數周期天線、等角螺旋天線、阿基米德螺旋天線、寬帶縫隙天線等。其中，對數周期天線是一種主要的超寬帶天線形式，除了具有很好的寬帶特性外，還具有結構簡單、容易實現、性能優良的特點，因此，對數周期天線在實際中被廣泛應用，新型的改進結構也不斷出現。例如：張銀龍和樓建東等以三角環為基本振子單元，設計了工作頻率在150MHz~600MHz的三角環對數周期天線，其結構尺寸是對數周期偶極子天線的一半,實現了天線的小型化；張福順和王君等論述了雙對數周期偶極天線扇形陣的設計方法，該雙對數周期偶極天線扇形陣具有寬帶、高增益、小型化等特點；劉江宏和周良明等采用矩量法分析和計算了對數周期天線在張角較大時,它的阻抗、電壓駐波比、增益及方向圖的寬帶特性。

傳統的寬帶雙極化天線往往具有很寬的波束和較高的后瓣輻射特性，抗干擾能力較差，同時在結構尺寸固定條件下，低頻段輸入駐波比特性較差，例如，雙極化蝶形天線、雙極化Vivaldi天線等。本發明提出采用寬帶對數周期天線作為輻射單元，采用金屬背腔結構壓窄天線的輻射方向圖，降低天線的輻射方向圖的后瓣電平，既提高天線輻射方向圖的前后比特性；采用低頻段集合線寬帶電阻加載技術，有效吸收反射的電磁波，改善低頻段的輸入駐波比特性。

對數周期天線的原理如下：就對數周期天線來說，假定當工作頻率為????????????????????????????????????????????????時，只有第“1”個振子工作，其它的振子都暫時沒有工作，其電尺寸為；當工作頻率升高到時，換成只有第“2”個振子在工作，其它的振子都暫時沒有工作，電尺寸變為；當工作頻率升高到時，變為只有第“3”個振子工作，其它的振子都暫時沒有工作，電尺寸變為，依次類推。很明顯，若這些頻率之間都能夠確保有如下的關系

??????????????????(9)

則在這些頻率上天線可以具有不變的電特性。因為對數周期天線每個振子的尺寸均滿足，所以也就要求這些頻率滿足或。如果我們把取得十分接近于1，那么能滿足以上要求的天線的工作頻率就會趨近連續變化。所以該天線的工作頻帶就可以在天線的幾何結構為無限大的情況下達到無限寬。

因為如果想要實現天線電性能保持穩定，就要求頻率滿足，所以對它兩邊取對數得到

?????????????????(2-10)

該式表明，要想讓天線的電性能保持不變，需要使天線工作頻率的對數作周期性變化(周期為)，所以，我們把具有這種性質的天線稱為對數周期天線。