[發(fā)明專利]一種2.15GHz頻率的50°圓極化錐狀波束天線

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• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114284698A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊世山;孫光超;吳文;陳守磊;陳幸
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q15/24;H01Q19/10;H01Q9/16;H01Q1/12;H01Q1/50
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發(fā)明公開了一種2.15GHz頻率的50°圓極化錐狀波束天線，包括圓柱支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置在圓柱支撐結(jié)構(gòu)頂端的支臂，以及設(shè)置在圓柱支撐結(jié)構(gòu)底端的反射盤，所述圓柱支撐結(jié)構(gòu)包括內(nèi)外兩層，且內(nèi)部設(shè)置有饋電線路，所述反射盤為盛有蒸餾水的圓盤。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積合適，工作頻率合適，角度大，增益高，便于后期的設(shè)計和調(diào)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圓極化交叉偶極子天線技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種2.15GHz頻率的50°圓極化錐狀波束天線。

背景技術(shù)

錐狀波束天線是一類波瓣圖和極化方向徑向?qū)ΨQ的天線,它在孔徑的法線方向上沒有輻射,最大輻射方向在與法線成一定傾角的錐面上。錐狀波束在電子系統(tǒng)中有許多應(yīng)用,例如在高性能無線局域網(wǎng)中,要求采用傾角為60°的錐狀波束；在地面車輛和衛(wèi)星的通信中要求采用30°-70°的錐狀波束；在移動通信中要求采用不同頻率對應(yīng)不同傾角的錐狀波束。隨著上述應(yīng)用領(lǐng)域的迅速發(fā)展,錐狀波束天線的研究越來越受到重視,是近年來國內(nèi)外的一個研究熱點。

圓極化天線因為其所具有的優(yōu)勢而被廣泛地研究和應(yīng)用，其形成圓極化波的原理大致可以分為兩種：一種是采用激勵天線的方式生成兩個振幅相同且相位相差90°的線極化波，將它們合成圓極化波；另一種是利用螺旋結(jié)構(gòu)的方式，構(gòu)造出來一個螺旋狀的電流路徑來實現(xiàn)圓極化輻射的特性。利用上述原理實現(xiàn)圓極化輻射的常見基本天線類型有：螺旋天線、微帶天線、交叉偶極子天線以及介質(zhì)諧振器天線等。

Yejun He等人利用寬平面的長方形偶極子臂實現(xiàn)了27％的3dB軸比帶寬。2014年Huy Hung Tran團隊設(shè)計的寬平面的蝴蝶結(jié)形交叉偶極子天線將3dB軸比帶寬提高到37.6％。時隔兩年時間，還是這個團隊將對稱的蝶形結(jié)構(gòu)改成非對稱的蝶形結(jié)構(gòu)再次將軸比帶寬提高到51％，該天線所采用的蝶形振子具有漸變的特性，可以起到優(yōu)化阻抗匹配的作用，同時又可以大大展寬圓極化帶寬。Zhaoyang Tang等人在原有的天線結(jié)構(gòu)上引入了一對關(guān)于饋電點中心對稱的L形槽，獲得了37％的圓極化帶寬。類似地，在三角形偶極子臂上蝕刻了交叉十字槽并在交叉偶極子貼片周圍加載多個寄生單元從而產(chǎn)生多個軸比通帶大大拓寬了天線的軸比帶寬。華南理工大學(xué)的Yongmei Pan等人利用空缺型金屬背腔獲得106.1％的圓極化帶寬，該結(jié)構(gòu)主要是交叉偶極子主輻射體與寄生垂直板存在較強的耦合作用，產(chǎn)生了額外的兩個軸比通帶也很好的拓寬了軸比帶寬。

交叉偶極子天線具有輻射特性良好、阻抗帶寬較寬且結(jié)構(gòu)簡單易于加工制造等優(yōu)點，但交叉偶極子天線是雙向輻射的，為了讓其單向輻射，往往會在天線交叉結(jié)構(gòu)下方放置一塊金屬反射板。由于金屬反射板與天線距離較遠(yuǎn)這就造成了天線的剖面較高，不利于實現(xiàn)小型化，且加載金屬反射板還會產(chǎn)生鏡像電流，對交叉偶極子的性能產(chǎn)生影響，因此研究學(xué)者對傳統(tǒng)交叉偶極子天線的結(jié)構(gòu)進行了改進，來實現(xiàn)其小型化的性能。針對金屬板的缺點，本發(fā)明另辟新徑，將金屬板換成水反射板，就有效降低了鏡像電流的產(chǎn)生。同時，采用水反射板的設(shè)計，也有效降低了天線的整體高度，實現(xiàn)了天線的小型化設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種2.15GHz頻率的50°圓極化錐狀波束天線，以解決現(xiàn)有技術(shù)在設(shè)計圓極化錐狀波束結(jié)構(gòu)復(fù)雜，角度不大，增益不高的問題，并進一步減小系統(tǒng)尺寸。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種2.15GHz頻率的50°圓極化錐狀波束天線，包括圓柱支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置在圓柱支撐結(jié)構(gòu)頂端的支臂，以及設(shè)置在圓柱支撐結(jié)構(gòu)底端的反射盤，所述圓柱支撐結(jié)構(gòu)包括內(nèi)外兩層，且內(nèi)部設(shè)置有饋電線路，所述反射盤為盛有蒸餾水的圓盤。

優(yōu)選地，所述支臂外伸分為兩組，同一組的支臂外伸正對設(shè)置，所述支臂外伸包括水平柱和傾斜柱，水平柱總長度均為10mm，水平柱沿水平方向插入柱體的長度均為3mm，其中一組支臂外伸的傾斜柱長度為28mm，另外一組支臂外伸的傾斜柱為18mm，所述傾斜柱均為與水平方向呈65°。

優(yōu)選地，內(nèi)層圓柱支撐結(jié)構(gòu)的半徑為2mm，外層圓柱支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為5mm，厚度為1mm，圓柱支撐結(jié)構(gòu)高度為75mm。