[發明專利]一種寬波束平面圓極化天線

在審

• 申請號: 201710164899.4
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN107026321A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 呂文俊;李笑乾;楊華權;許璐;王雷杰;劉超男;王康;王東東;朱洪波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/36
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 劉莎

技術領域

本發明涉及一種寬波束平面圓極化天線，屬于物聯網與微波技術領域。

背景技術

圓極化天線可以接收任意方向的來波，且其輻射波也可由任意極化的天線收到，故在電子偵察和干擾、通信和雷達的極化分集工作、電子對抗方面受到了廣泛的應用。圓極化天線的制作大致可以劃分為三種方法。第一種方法為互補振子實現圓極化；第二種方法為使用旋轉結構，如微帶平面旋轉天線和立體結構的螺旋天線；第三種方法為在輻射貼片或介質諧振腔上產生交叉偶極子，這兩個交叉偶極子的模極化和相位正交。微帶天線是采用第一種方法的常見天線類型。這種類型天線結構輕巧、便于集成、可與設備共形、加工容易。其中在引入交叉偶極子的情況下可以同時實現圓極化和端射特性。但是這種平面端射圓極化天線的相對帶寬一般只有百分之幾。這將很難滿足通信系統對于帶寬的要求。

天線的前后比表明了天線對后瓣抑制的好壞。在物聯網領域中，各個天線分布比較密集，選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區覆蓋，導致切換關系混亂。所以就要想辦法提高天線的前后比，抑制天線的后瓣。

而在衛星導航、通信和射頻識別等領域中，還需要天線具有足夠寬的3dB軸比波束寬度（即：極化波束寬度），要求天線具有接近180°（半球狀）、甚至超過180°的軸比波束寬度。盡管平面旋轉對稱結構的圓極化天線也能實現寬波束，但往往不超過150°，并且波束多垂直于天線的平面,如果想要獲得平行于天線平面的圓極化波束，就難免要引入一些非平面結構，所以如何設計一個半球狀3dB軸比波束，而且波束指向平行于天線平面所在方向的平面天線是一個難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種寬波束平面圓極化天線，該組合天線不僅具有良好的圓極化性能，輻射方向平行于天線平面，且具有15dB左右的前后比，3dB圓極化波束張角可展寬至180°。該天線剖面低、結構簡單，無需外加復雜的移相功分網絡即可實現優良的圓極化性能，在物聯網相關的各種射頻識別系統中有廣泛的應用前景。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種寬波束平面圓極化天線，包括非封閉的扇形平面磁偶極子、頂層相位轉換帶線、頂層V形輻射單元、底層相位轉換帶線、底層V形輻射單元；

所述扇形平面磁偶極子的非封閉端的上表面通過頂層相位轉換帶線與頂層V形輻射單元連接，下表面通過底層相位轉換帶線與底層V形輻射單元連接；扇形平面磁偶極子的上表面、頂層相位轉換帶線與頂層V形輻射單元在同一平面，扇形平面磁偶極子的下表面、頂層相位轉換帶線與頂層V形輻射單元在同一平面；

所述頂層相位轉換帶線與底層相位轉換帶線的結構與尺寸相同，且關于非封閉的扇形平面磁偶極子的中軸線對稱分布；

頂層V形輻射單元與底層V形輻射單元的結構與尺寸相同，且關于非封閉的扇形平面磁偶極子的中軸線對稱分布；頂層V形輻射單元在底層V形輻射單元所在平面上的投影與底層V形輻射單元有重疊區域；

所屬非封閉的扇形平面磁偶極子上設置有饋電結構。

作為本發明的進一步優化方案，所述扇形平面磁偶極子的圓心角大于90°且小于360°。

作為本發明的進一步優化方案，所述重疊區域與相位轉換帶線相連的頂角為0°-30°，以便調控天線的前后比。

作為本發明的進一步優化方案，饋電結構為同軸線。

作為本發明的進一步優化方案，該天線的上下表面之間填充任意介電常數的介質。

作為本發明的進一步優化方案，所述底層相位轉換帶線與頂層相位轉換帶線長度范圍在四分之一波長到八分之三波長之間。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明能夠在使用平面結構的同時，前后比可以達到15dB左右，能確保3dB圓極化波束張角達到180°，具有良好的圓極化特性和端射特性，該天線剖面低、結構簡單，無需外加復雜的移相功分網絡即可實現優良的圓極化性能，在物聯網相關的各種射頻識別系統中有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1是天線的正面結構與參考坐標示意圖。

圖2是天線的三維立體示意圖與參考坐標示意圖。

圖3是采用IE3D軟件計算的天線在YZ面的輻射方向圖。

圖4是采用IE3D軟件計算的天線反射系數特性。

圖5是采用IE3D軟件計算的天線軸比圖。

其中，1是扇形磁偶極子，2是頂層相位轉換線，3是底層相位轉換線，4是頂層V形輻射單元，5是底層V形輻射單元，6是同軸接頭外導體，7是同軸線內導體。