一种圆极化贴片天线

摘要

本发明公开了一种圆极化贴片天线，所述天线设计在任意介电常数的介质基板上，介质基板一侧为金属地，介质基板另一侧为一个扇形辐射贴片，辐射贴片一个半径边通过短路壁与金属地相连，贴片表面通过短路钉与金属地相连，同时，在辐射贴片表面开矩形槽。本发明能够保持天线固有的低剖面属性，具有良好的圆极化特性且最大辐射方向与天线垂直面具有一定的夹角，即呈现出倾斜圆极化波束辐射特性；天线采用同轴馈电，具有结构简单，体积小，低剖面，带宽大等优点，可实现良好的斜波束圆极化性能。

权利要求

1.一种圆极化贴片天线，其特征在于，包括金属接地板(1)和扇形辐射贴片(2)，扇形辐射贴片(2)与金属接地板(1)平行，扇形辐射贴片(2)通过一个半径长的短路壁(7)与金属接地板(1)连接，短路壁(7)与金属接地板(1)垂直；金属接地板和扇形辐射贴片通过短路钉(3)相连，扇形辐射贴片开设有若干矩形槽(4)；同轴馈电单元处于与短路壁(7)不同的半径边上。

2.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，扇形辐射贴片与金属接地板之间填充任意介电常数的介质。

3.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，扇形辐射贴片与金属接地板之间的间距小于0.1倍波长。

4.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述短路钉与短路壁的角度范围为20°～140°，短路钉中心与扇形辐射贴片中心之间距离为0.2-0.6倍扇形辐射贴片半径。

5.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，扇形辐射贴片圆周弧长是天线谐振频率对应1/4波长的奇数倍。

6.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，同轴馈电单元包括同轴线内导体(5)和同轴线外导体(6)。

7.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，同轴馈电单元中心与扇形辐射贴片中心之间距离为0.1-1倍的扇形辐射贴片半径。

8.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，矩形槽的数目和位置取决于天线所采用的高阶谐振模式。

说明书

一种圆极化贴片天线

技术领域

[0001] 本发明属于物联网与微波技术领域，尤其涉及一种圆极化贴片天线。

背景技术

[0002] 圆极化天线可以接收任意方向的来波，且其辐射波也可由任意极化的天线收到，并且采用圆极化波可以减小反射信号的影响，故在通信、雷达、电子对抗和点在侦查以及广播电视等方面有重要的应用。

[0003] 实现圆极化的条件是等幅、正交、相位相差90°的两个线极化波，因此，实现圆极化天线的方式可以有两类：(1)环形电流；(2)两个正交放置的线电流，只要两个线电流等幅、相位差90°。

[0004] 小尺寸的圆极化天线是四臂螺旋天线和微带圆极化天线。与常规的微波天线相比，微带天线具有尺寸小，成本低，容易实现圆极化和线极化等优点，因此，在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量应用。微带天线的圆极化技术，主要由三种方法实现：单馈法、多馈法以及多元法。

[0005] 具有倾斜波束的圆极化天线非常适用于各种无线系统，例如移动和卫星通信系统。在不使用机械旋转的前提下，实现固有的斜圆极化波束主要有以下几种方法：第一种是使用组合螺旋天线；第二种技术是采用互补振子结构；第三种技术采用行波特性的切角微带线。这些技术都需要借助行波结构，体积较大。

发明内容

[0006] 发明目的：针对以上问题，本发明提出一种圆极化贴片天线，天线体积小巧且结构简单，具有良好的倾斜圆极化波束辐射特性。

[0007] 技术方案：为实现上述设计目的，本发明所采用的技术方案是：一种圆极化贴片天线，包括金属接地板和扇形辐射贴片，扇形辐射贴片与金属接地板平行，扇形辐射贴片通过一个半径长的短路壁与金属接地板连接，短路壁与金属接地板垂直；金属接地板和扇形辐射贴片通过短路钉相连，扇形辐射贴片开设有若干矩形槽；同轴馈电单元处于与短路壁不同的半径边上。

[0008] 进一步地，扇形辐射贴片与金属接地板之间填充任意介电常数的介质。

[0009] 进一步地，扇形辐射贴片与金属接地板之间的间距小于0.1倍波长。

[0010] 进一步地，所述短路钉与短路壁的角度范围为20°～140°，短路钉中心与扇形辐射贴片中心之间距离为0.2-0.6倍扇形辐射贴片半径。

[0011] 进一步地，扇形辐射贴片圆周弧长是天线谐振频率对应1/4波长的奇数倍。

[0012] 进一步地，同轴馈电单元包括同轴线内导体和同轴线外导体。

[0013] 进一步地，同轴馈电单元中心与扇形辐射贴片中心之间距离为0.1-1倍的扇形辐射贴片半径。

[0014] 进一步地，矩形槽的数目和位置取决于天线所采用的高阶谐振模式。

[0015] 有益效果：本发明天线在俯仰面内具有正圆极化或倾斜圆极化波束，即最低轴比的辐射方向出现在俯仰角正负30°范围内，具有结构简单，低剖面，带宽大，体积小等优点。

附图说明

[0016] 图1是天线的正面结构与参考坐标示意图；

[0017] 图2是天线的三维立体示意图与参考坐标示意图；

[0018] 图3是天线在XZ和YZ面的辐射方向图；

[0019] 图4是天线反射系数特性图；

[0020] 图5是天线在ZX平面不同俯仰角的轴比图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

[0022] 如图1和图2所示，本发明提供一种小型圆极化贴片天线，包括扇形辐射贴片2，矩形槽4，同轴馈电单元，短路钉3，金属接地板1，短路壁7；构成天线的扇形磁偶极子为半封闭结构，由扇形辐射贴片2、金属接地板1以及一个半径长的短路壁7构成，金属接地板和扇形辐射贴片通过短路钉3相连，短路钉与短路壁的角度为20°-140°。

[0023] 扇形辐射贴片2与金属接地板1平行，扇形辐射贴片2通过一个半径长的短路壁7与金属接地板1连接，短路壁7与金属接地板1垂直；扇形辐射贴片适当位置开设有若干矩形槽4；同轴馈电单元处于与短路壁7不同的半径边上。

[0024] 同轴馈电单元包括同轴线内导体5和同轴线外导体6，同轴馈电单元中心与扇形辐射贴片中心之间距离为0.1-1倍的辐射贴片半径。

[0025] 扇形辐射贴片位于金属接地板的上方，且在扇形辐射贴片适当位置开设有若干矩形槽。在俯仰面内具有正圆极化或倾斜圆极化波束，即最低轴比的辐射方向出现在俯仰角正负30°范围内。扇形辐射贴片的圆周弧长是天线谐振频率对应1/4波长的奇数倍，圆心角范围30°～360°。天线的谐振模式受控于扇形辐射贴片的圆心角和圆周弧长，各谐振模式可以用统一的闭合解析表达式描述。矩形槽的数目和位置，取决于天线所采用高阶谐振模式的数学表达式。通过短路钉调节两个正交谐振模式之间的相位差而实现圆极化。

[0026] 该天线的上下表面之间填充任意介电常数的介质。短路钉与圆心距离，与贴片半径的比例范围是0.2-0.6。扇形辐射贴片与金属接地板之间的间距小于0.1倍波长。其圆极化旋向由短路壁、馈电点、开槽关于扇形的角平分线作镜像映射而改变。

[0027] 与传统贴片相比较，该天线结构上采用新颖的圆形贴片结构，从而可以减小天线尺寸，増加了天线的实用范围。通过增加矩形槽调节高次模频率来增大带宽。该天线结构易于调节，通过改变同轴馈线和短路钉的相对位置能一定程度上降低回波损耗以及改善阻抗匹配特性，使得谐振频率和带宽发生变化，满足特定的要求。

[0028] 下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

[0029] 本实施例中采用空气介质、扇形辐射贴片2与近乎是接地板1之间的间距为4毫米，扇形辐射贴片的半径为15mm，接地板的半径为60mm，圆心角8的度数为200°，角度9的大小为133°，角度10为100°。短路钉3中心与辐射贴片2中心的距离6.6mm，矩形槽与辐射贴片中心距离8.8mm，同轴馈线半径为0.65mm。

[0030] 图3是天线在XZ面的辐射方向图，天线的工作频率在5.3GHz，虚线表示左旋圆极化，实线表示右旋圆极化。图4是天线反射系数特性，该天线阻抗带宽覆盖了4.73-6.08GHz频段，中心频率在5.56GHz，可以看出该天线具有较宽的带宽。图5是天线不同角度轴比图，实线表示俯仰角为5°的轴比图，虚线表示俯仰角为10°的轴比图，点线表示俯仰角为15°的轴比图，根据附图5的结果可见，该天线的斜圆极化角度在0-15°内具有小于3dB的轴比带宽。