[發(fā)明專利]一種用于曲面載體的圓極化共形天線

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310292684.6
• 申請日: 2023-03-23
• 公開（公告）號: CN116093599A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷世文;徐元朝;陳夢龍;胡皓全;陳波;田徑;楊偉;孫凱;孫曉童
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q9/04;H01Q1/36;H01Q1/48
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 鄒裕蓉

本發(fā)明提出了一種用于曲面載體的圓極化共形天線。天線包括全金屬地板、環(huán)形貼片、饋電貼片和四個寄生貼片。環(huán)形貼片諧振在TMsubgt;11/subgt;模，弧形條帶提供的順序90°相位差可以實現(xiàn)圓極化輻射。引入了環(huán)繞環(huán)形貼片的四個寄生貼片來激發(fā)另一個圓極化諧振模式，從而拓寬了帶寬，提高了增益。為了驗證該天線的共形性能，對不同彎曲半徑下的性能進行了比較和討論。最后，本發(fā)明天線的最終剖面為0.054λsubgt;0/subgt;，λsubgt;0/subgt;為天線在中心頻率處的自由空間波長，具有低剖面、寬帶、高增益的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于曲面載體的寬帶高增益圓極化共形天線。

背景技術(shù)

共形天線剖面一般較低，不會影響載體平臺的氣動性能，在現(xiàn)代移動通信平臺應(yīng)用廣泛。與線極化天線相比，圓極化天線具有許多優(yōu)點，如抑制多徑失真、對設(shè)備方向變化不敏感、免受惡劣天氣影響等。為了提高天線在無線通信系統(tǒng)中對不同曲面載體的適用能力，要求天線具有足夠低的剖面，并且在足夠?qū)挼念l帶內(nèi)具有良好的圓極化性能。目前，滿足這樣要求的天線鮮有報道，共形天線研究主要集中在可穿戴領(lǐng)域，使用柔性材料和可導(dǎo)電的織物；無線通信系統(tǒng)中常用到的圓極化天線類型有超表面天線，微帶天線，和螺旋天線等。

Yang?H等人(Yang?H,Liu?X,Fan?Y.Design?of?broadband?circularlypolarized?all-textile?antenna?and?its?conformal?array?for?wearable?devices[J].IEEE?Transactions?on?Antennas?and?Propagation,2021,70(1):209-220.)設(shè)計了一種具有寬邊輻射方向圖的柔性寬頻帶圓極化全紡織天線單元，用于人體外通信。為了使所提出的天線具有柔性，采用了氈和導(dǎo)電尼龍織物。基于所提出的天線單元，構(gòu)成了寬帶圓極化可穿戴共形天線陣，其在方位平面內(nèi)全向輻射，適用于體內(nèi)通信和離體通信。值得注意的是，在饋電網(wǎng)絡(luò)中使用了單輸入的帶狀線功分器，由于其具有雙地板，可以極大地緩解天線對人體的輻射。但是，由于存在材料硬度不夠的問題，該天線并不適用飛機等應(yīng)用場景。

Gao?X等人(Gao?X,Tian?G,Shou?Z,et?al.A?low-profile?broadbandcircularly?polarized?patch?antenna?based?on?characteristic?mode?analysis[J].IEEE?Antennas?and?Wireless?Propagation?Letters,2020,20(2):214-218.)介紹了一種低剖面、高增益、寬帶圓極化超表面天線。利用特征模理論研究了超表面的模態(tài)電流及其輻射特性。在對其特征模分析的基礎(chǔ)上，選取了兩種電流方向正交、幅值相等的模式作為工作模式，實現(xiàn)了圓極化輻射。同時，采用微帶彎曲線和交叉槽組成的單饋結(jié)構(gòu)同時激發(fā)兩個相位差為90°的正交模。但是，該天線的缺點是剖面仍較高，為0.07λ₀λ₀為天線在工作頻點處的自由空間波長)。

Ding?K等人(Ding?K,Guo?Y?X,Gao?C.CPW-fed?wideband?circularly?polarizedprinted?monopole?antenna?with?open?loop?and?asymmetric?ground?plane[J].IEEEAntennas?and?Wireless?Propagation?Letters,2016,16:833-836.)設(shè)計了一種具有非對稱地平面和開環(huán)的簡單矩形單極子天線，以實現(xiàn)寬阻抗匹配和寬帶圓極化操作帶寬。由于采用非對稱地平面，首先在上頻段引入圓極化模式。為了擴大阻抗和圓極化帶寬，在單極子的左側(cè)放置了一個底部有間隙的方環(huán)。該天線的3dB軸比帶寬為63.3％(1.9GHz,2.05-3.95GHz)，覆蓋WLAN(2.4GHz)和WiMAX(3.5GHz)頻段。該天線的缺點是地板不完整，所以不具有良好的抗金屬環(huán)境性能，不能適用于多種多樣的載體平臺。