[發明專利]一種寬帶寬波束圓極化介質諧振天線及其設計方法

在審

• 申請號: 201711093390.1
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107834186A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 鄭少勇;趙超凡;向炳潔;夏明華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及天線領域，更具體地，涉及一種寬帶寬波束圓極化介質諧振天線及其設計方法。

背景技術

隨著現代無線通信系統的發展，圓極化天線受到越來越多的重視。圓極化輻射可用于減少雨霧干擾和抗多徑反射，以及對于接收雙方的定位要求靈活性高，在很多無線通信應用中，越來越有吸引力。除此之外，較寬的3-dB軸比波束寬度也是重要的設計要求。在全球導航定位系統中，所用到的圓極化天線一般要求3-dB軸比波束寬度大于120°，以保證無線信號可以在地球上的任何一個地方接收。

目前已有的實現寬軸比帶寬的方法包括利用多個偶極子的組合，或者采用角錐形或其他的地板形狀或輻射結構。這些方法在拓寬軸比波束寬度的同時也大大提高了系統結構的復雜度，不利于集成和推廣應用。

介質諧振天線因具有高輻射效率、低剖面、設計靈活、便于加工等優點逐漸受到關注。介質諧振天線實現圓極化的方法有單饋法和多饋法。多饋法可以提供更大的帶寬，但一般要用到功分器、耦合器等附加電路，復雜度高，不利于小型化。單饋法結構簡單，但可提供的圓極化帶寬也比較窄，目前有通過階梯形或者類似形狀的介質結構等方法來拓展帶寬，但尚無一種方法可以同時提升帶寬和軸比波束寬度。因此找到一種能夠同時提升帶寬和波束寬度，同時又具有較低結構復雜度的方法是十分有意義的。

發明內容

本發明提供一種提升帶寬和波束寬度，同時又具有較低結構復雜度的寬帶寬波束圓極化介質諧振天線。

本發明的又一目的在于提供一種寬帶寬波束圓極化介質諧振天線的設計方法。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種寬帶寬波束圓極化介質諧振天線，包括圓柱形微波介質輻射單元、雙層電路基板及微帶電路、饋電同軸和扼流套；所述圓柱形微波介質輻射單元設置在雙層電路基板的上層電路基板上；所述雙層電路基板包括上、中、下三層，上層是帶有交叉縫隙的覆銅地板，中層是矩形微帶，下層是圓形貼片，上層和下層通過金屬過孔連接；扼流套連接在下層的圓形貼片上，饋電同軸穿在扼流套中經金屬過孔連接到矩形微帶。

優選地，所述覆銅地板和圓形貼片是厚度0.813mm的Rogers 4003C材料基板。

優選地，所述覆銅地板和圓形貼片的介電常數是3.38。

優選地，所述扼流套是鋁管。

一種寬帶寬波束圓極化介質諧振天線的設計方法，包括以下步驟：

S1：根據所需要的中心頻率，介質基板的相對介電常數，計算出圓柱形介質輻射單元的尺寸；

S2：根據天線所工作的中心頻率設計交叉縫隙的尺寸，進而獲得圓極化的輻射特性；

S3：通過調節地板大小來實現寬帶寬波束的特性，同時對具體的參數進行微調優化。

與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是：

本發明首次提出了一種寬帶寬波束圓極化介質諧振天線，通過引入小地板的方法，可以在單點饋電的的較低復雜度情況下，實現了軸比帶寬和波束寬度的同時提升，性能比較突出，可以在無線通信系統中發揮重要作用；本發明的特點還包括：1、采用圓柱形介質，易于加工；2、微帶電路簡單，沒有復雜的設計；3、尺寸小，易于與其他器件或設備集成；4、結構簡單，成本低。

附圖說明

圖1為本發明實施例側面結構示意圖；

圖2為本發明實施例最上層電路示意圖；

圖3為本發明實施例中間層電路示意圖；

圖4為本發明實施例最下層電路示意圖；

圖5為本發明實施例的仿真與實測的阻抗匹配結果；

圖6為本發明實施例仿真與實測的軸比結果圖；

圖7為本發明實施例在2.38GHz時兩個參考面上仿真與實測的軸比隨方向角變化情況；

圖8為本發明實施例在2.40GHz時兩個參考面上仿真與實測的軸比隨方向角變化情況；

圖9為本發明實施例在2.58GHz時兩個參考面上仿真與實測的軸比隨方向角變化情況；

圖10為本發明實施例增益的實測與仿真結果圖；

圖11為本發明實施例在2.4GHz時x-z平面的實測與仿真的方向圖；

圖12為本發明實施例在2.4GHz時y-z平面的實測與仿真的方向圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；

對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。