双极化全向低风阻马刀形天线的制作方法

本发明属于无线通信技术的天线设计领域，涉及一种双极化全向低风阻马刀形天线。

背景技术：

在现代通信系统中，双极化天线技术被广泛地应用于MIMO系统、多天线系统等领域。双极化天线通过极化分集技术能够减小通信中的多径衰落现象，可以提高信号的质量；通过在相同的频带内用两个极化正交的信号，可以提高频谱利用率。随着现代通信技术的发展，通信系统对双极化天线提出了更多的要求。

按照天线方向图特性的不同，天线可以分为定向天线和全向天线。定向天线是指在一个或几个特定方向上接收及发射电磁波特别强，在其他方向上接收及发射电磁波极小的一种天线。全向天线是指在水平面内实现各角度均匀辐射的天线。全向天线可以与水平面上任意位置的设备进行通信。因此全向天线适用于需要大范围覆盖的通信系统。

在机载天线系统中，由于机载平台的限制，其工作环境明显不同于其他工作平台，因此对机载天线系统对天线的结构有更多的要求。从天线结构考虑，机载天线需要具有低风阻、小型化的特性。这进一步增加了机载天线的设计难度。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双极化全向低风阻马刀形天线，通过将一个谐振腔天线和一个单极子天线结合在一起，实现两种工作模式，在满足双极化全向的天线电特性的前提下，实现了马刀形的天线结构，满足了机载天线低风阻、小型化的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

双极化全向低风阻马刀形天线，包括：

第一基板1，刻在第一基板1正面的第一微带馈电电路2，第一微带馈电电路2的下端为馈电点，作为谐振腔天线的信号输入端；

刻在第一基板1反面的第一金属表面3；

第二基板4，其上有用于馈电的第一通孔5和第二通孔6，第一通孔5和第二通孔6为金属过孔；

刻在第二基板4正面的第二微带馈电电路7，第二微带馈电电路7一端与第一微带馈电电路2相连，另一端通过第一通孔5短路；

刻在第二基板4正面的第三微带馈电电路8，第三微带馈电电路8一端通过第二通孔6与第二基板4反面相连，另一端为馈电点，作为单极子天线信号输入端；

刻在第二基板4反面的第二金属表面9，第二金属表面9上开有共面波导馈电电路10，共面波导馈电电路10的下端通过第二通孔6与第二基板4正面的第三微带馈电电路8相连；

第三基板11，其上有金属过孔12；

刻在第三基板11反面的第三金属表面13；

金属馈电探针14通过金属过孔12将第一微带馈电电路2与第三金属表面13连接起来；

第四基板15，刻在第四基板15反面的单极子天线16，单极子天线的下端与共面波导馈电电路10的内导体相连；

第一金属表面3、第二金属表面9、第三金属表面13相邻的边连接起来形成谐振腔的外表面；

当天线通过第一微带馈电电路2馈电时，谐振腔模式被激励，天线在水平面上产生水平极化的全向方向图；

当天线通过第三微带馈电电路8馈电时，单极子模式被激励，天线在水平面上产生垂直极化的全向方向图。

天线的谐振腔模式由槽耦合第一微带馈电电路2、第二微带馈电电路7和金属馈电探针14共同激励，其中与共面波导馈电电路10的外导体作为与第一微带馈电电路2耦合的槽结构，金属馈电探针14沿X轴放置。

第四基板15和单极子天线16沿X轴向Y轴正方向旋转构成低风阻的马刀形结构。

与现有技术相比，本发明天线用谐振腔和单极子天线实现水平全向双极辐射，马刀形结构具有低风阻和小型化的优点，非常适合用作需求低风阻特性的机载天线。

附图说明

图1为本发明提供的双极化全向低风阻马刀形天线的三维图。

图2为图1中天线的各部分的三维分解图。

图3为图1中天线实施实例正视图，单位均为毫米(mm)。

图4为图1中天线实施实例侧视图，单位均为毫米(mm)。

图5为图1中天线实施实例俯视图，单位均为毫米(mm)。

图6为图1中天线安装后实施实例的反射系数图。

图7为图1中天线安装后实施实例的谐振腔模式方向图。

图8为图1中天线安装后实施实例的单极子模式方向图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，该天线包括一个谐振腔天线和一个单极子天线。

参见图2，谐振腔天线包括四块基于印刷电路板工艺的第一基板1、第二基板4、第三基板11、第四基板(15,介电常数为4.4。第一基板1正面刻有第一微带馈电电路2，反面刻有第一金属表面3。基第二板4正面刻有第二微带馈电电路7和第三微带馈电电路8，反面刻有第二金属表面9和共面波导馈电电路10。第二微带馈电电路7的一端经第一通孔5短路，第三微带馈电电路8的一端经第二通孔6与共面波导馈电电路10的内导体相连。基板11上刻有金属过孔12，反面刻有第三金属表面13。

参见图1和图2，将第一金属表面3、第二金属表面9、第三金属表面13相邻的边连接起来，构成谐振腔天线的外导体。将第一微带馈电电路2、第二微带馈电电路7相邻的边连接起来，并用金属馈电探针14将第一微带馈电电路2和第三金属表面13连接起来，构成谐振腔天线的馈电结构。

参阅图1和图2，将单极子天线16和共面波导馈电电路10的内导体连接起来，第三微带馈电电路8和共面波导馈电电路10构成单极子天线的馈电结构。

当信号由第一微带馈电电路2的下端馈电时，天线的谐振腔模式被激励，在水平面上产生水平极化的全向方向图。通过调整第一基板1、第二基板4、第三基板11、第一微带馈电电路2、第二微带馈电电路7和金属馈电探针14的尺寸，可以使谐振腔天线在2.4-2.48GHz实现良好的匹配；当信号由第三微带馈电电路8的下端馈电时，天线的单极子模式被激励，在水平面上产生垂直极化的全向方向图。通过调整单极子天线16和共面波导馈电电路10的尺寸，可以使单极子天线16在2.4-2.48GHz实现良好的匹配。

图3给出了所述天线的正视图及其详细尺寸。其中第一基板1、第三基板11沿Y轴方向的长度为29毫米，沿Z轴方向的长度为30毫米；第一微带馈电电路2的长度为21.1毫米，微带线宽带为1.9毫米；金属馈电探针14距谐振腔右端的距离为19.45毫米，金属馈电探针14的直径为1.2毫米；第一通孔5距天线底端的距离为20.05毫米，第二通孔6距天线底端的距离为15.4毫米；第四基板15的长度为24毫米，第四基板15的右端距谐振腔顶端的距离为11.13毫米。

图4给出了所述天线的左视图及其详细尺寸。其中第二基板4沿X轴的长度为9毫米；共面波导馈电电路10的外导体构成的槽的宽带为2.4毫米，内导体宽带为2毫米；金属通孔5、6的直径为1.2毫米；单极子天线16的宽度为2毫米。

图5给出了所述天线的俯视图及其详细尺寸。其中第一基板1、第三基板11的厚度为1毫米；第一通孔5距金属通孔6的距离为2.9毫米，第二通孔6距第一金属表面3的距离为4.5毫米。

图6给出了所述天线的S参数。其中S₁₁表示天线工作在谐振腔模式时的反射系数，S₂₂表示天线工作在单极子模式时的反射系数，S₂₁表示两种模式之间的隔离度。从中可以看出，两种模式的-10dB阻抗带宽均能覆盖2.4-2.48GHz的频带范围且在该频带内隔离度小于-20dB，可以满足工程应用的需求。

图7给出了谐振腔模式下天线工作在2.44GHz时在xoy平面和yoz平面内水平极化分量的辐射方向图。可以看出，在水平面(xoy面)内，天线的最大增益为0.39dBi，最小增益为-0.63dBi，增益变化为1.02dB，满足全向天线的要求。

图8给出了单极子模式下天线工作在2.44GHz时在xoy平面和yoz平面内垂直极化分量的辐射方向图。可以看出，在水平面(xoy面)内，天线的最大增益为2.14dBi，最小增益为-0.37dBi，增益变化为2.51dB，满足全向天线的要求。

综上所示，本发明提供了一种双极化全向低风阻马刀形天线设计。该天线由谐振腔天线和单极子天线构成，能在水平面上产生水平极化和垂直极化两种极化的全向方向图；当安装在飞行器表面时，其马刀形结构可以有效地减小风阻，适用于以机载天线为代表的、对天线低风阻特性有较高要求的天线设计。