一种全向性圆极化平面天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天线技术领域，更具体地，涉及一种全向性圆极化平面天线；该天线 是毫米波天线，工作频率为5GHZ，在垂直平面内的辐射方向图为全向性，且其极化方式为圆 极化。
【背景技术】
[0002] 随着现代无线通信的发展，对天线的要求及性能也越来越高，圆极化就是其中重 要的指标参数之一。圆极化天线具有如下重要的性质：1、圆极化波由两正交等幅，相位相 差90度的线极化波合成，因此可以接收任意极化方向的辐射来波，避免接收的盲点；2、圆 极化天线有左旋极化及右旋极化之分，某一旋向极化的天线只能接收同一旋向的来波，因 此具有很高的抗干扰能力；3、圆极化波入射到对称对象(如平面，球面）时，旋向逆转，故能 有效抑制多径反射和干扰。由于上述的特点，圆极化技术广泛应用于基站广播、GPS、雷达探 测等领域。因此，良好的圆极化性能具有重大的研究意义。目前常用的天线圆极化技术包 括：单馈法、多馈法以及多元法。而全向性圆极化是近年来逐渐兴起的研究热点，目前已涉 及的研究端射圆极化的文献主要有： 【1】R.M. Cox.and ff. E.Rupp. ^Circularly polarized phased array antenna element. ^IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 18.no 6, pp. 804-807. Nov. 1970 【2K NakanojS-OkuzawajK-Ohishijand J-YamauchijaA curl antenna，''IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 41, no. I, pp. 1570-1575, Nov. 1993. 【3]R.Li,V.F.Fusco,and H.Nakanoj ^Circularly polarized open-loop antenna，" IEEE Trans. Antennas Propag.，vol. 51，no. 9, pp. 2475-2477, Sep. 2003 【4】C. Y. Huang，J0 Y. Wu，and K. L. Wong，"Cross-slot-coupled microstrip antenna and dielectric resonator antenna for circular polarization，''IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 47, no. 4, pp. 605-609, Apr. 1999. 【5】B.Li,S.-W. Liao,and Q.Xuej "omnidirecitonal circularly polarized antenna combining monopole and loop radiators，"IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.，vol. 12, pp. 607-610, 2013 其中，文献【1】为非平面的圆极化，利用波导在横向开缝隙产生的磁流在远场产生圆极 化，3dB的轴比带宽可以达到12. 509L文献【2】、【3//【4】均为平面结构，文献【2】、【3】的 结构产生的圆极化，波束方向与天线平面垂直，轴比带宽可从7. 00%到12.00%。文献【4】的 结构由双层不同介电常数的基片，其上贴以开有十字缝隙的贴片组成，两层基片间以中间 层开有的缝隙耦合，可在远场区产生垂直于天线平面的圆极化，但轴比带宽相对较低，仅为 3. 91%。文献【5】以电流环产生磁偶极子与电偶极子叠加产生圆极化为基础，在双层板上制 作天线，上下层各有电流环的一半，通过中间的金属通孔连接，轴比带宽能达到17. 50%。 [0003] 天线另一个重要的参数是它的覆盖范围，大范围的辐射意味着较大的波束宽度， 能在区域内搜寻到更多的目标及设备，有高的利用率，在移动通信越来越普及的情况下具 有相当重要的意义。另一方面，宽波束也意味着增益的降低，即相同输入功率下，波束宽度 与增益成反比，一般用半功率波束宽度(也叫3dB波束宽度）来表征。通常的圆极化天线难 以同时兼顾圆极化和宽波束两者，普通的圆极化贴片天线3dB波束宽度为75度到100度之 间，难以实现在较大范围内的波束。故实现宽波束尤其是全向性的圆极化天线是一项重要 的挑战。
[0004] 上述涉及到的天线结构，文献【1】利用巴比涅原理和互补天线规律，在非平面结构 开缝隙与阵列偶极子在远场形成圆极化，由于为了达到圆极化的目的而把天线的尺寸放在 次要位置，故其用了 81个单元的天线阵列，使得天线剖面较大，馈电网络复杂；文献【2】与 【3】采用了环形结构和垂直振子的组合，通过二者形成的正交线极化在远场完成圆极化的 目的。由于天线主体为环状结构，而环天线输入阻抗较大，一般用作接收天线，故此结构的 阻抗特性较难匹配。其次，该天线虽能实现圆极化，但由于环状结构的能量耦合限制，使得 圆极化的角度覆盖范围仅在端射方向的±45°内；文献【4】涉及的天线基于双层介质板， 用缝隙耦合馈电，由于接地板的限制，仅能在天线侧向形成辐射，故其圆极化也在天线远场 的侧向形成；文献【5】所述天线需要在双层介质板内形成环通路，中间以高度为15mm的金 属圆柱支撑，其非平面的结构所需剖面较大，难以小型化。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一个新型的基于微带贴片的全向性圆极化平面天线，具有剖面低， 尺寸小，易共面等小型化优势。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的具体方案为： 一种全向性圆极化平面天线，是一种同轴馈电天线，包括微带天线、支撑微带天线的介 质基片以及位于天线中心点处的同轴馈电点；所述微带天线包括位于介质基片上下表面的 第一、二金属矩形贴片以及连接第一、二金属矩形贴片的第一、二、三短路壁，所述第一、二 金属矩形贴片尺寸相同，第一、二金属矩形贴片呈相互正对和平行的关系，所述第一、二金 属矩形贴片上分别开设有平行的第一、二缝隙，第一、二缝隙位于同轴馈电点的两侧，且同 轴馈电点到第一、二缝隙的垂直距离相等，所述第一、二缝隙还与第一、二金属矩形贴片的 宽度方向平行，第一、二、三短路壁的高度与介质基片的厚度相等；第一、二金属矩形贴片之 间的三个侧面分别连接有第一、二、三短路壁，第一、二金属矩形贴片的第四个侧面呈开放 状态。
[0007] 相对于已存在的类似实现技术，上述技术方案天线的仅使用同轴单馈，不需要额 外的馈电网络，在单层板上即可实现结构的构建，且工作频率附近的输入阻抗40~50欧左 右，易于进行阻抗匹配，可用作收发天线。
[0008] 进一步的，所述第一、二、三短路壁为金属铜导体。
[0009] 进一步的，所述介质基片为介电常数为2. 2,厚度h=3. Imm的介质基片。
[0010] 进一步的，所述介质基片为长方体，其横截面为矩形。
[0011] 进一步的，第一、二金属矩形贴片的金属为铜。
[0012] 进一步的，所述第一、二缝隙为长宽相等的矩形缝隙。
[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明所述的全向性圆极化平面天线是基于基 片集成波导的单馈源实现的圆极化，其通过在上下表面开的矩形缝隙，在馈电的激励下，形 成横向磁偶极子，其强度大小由缝隙宽度和激励源大小决定。其次，天线的侧面呈三面封 闭，一面开放的结构，其中，由于一个侧面未封闭，在馈电的作用下，该侧面的上下边缘存在 电压差，故在垂直方向存在着电场，与横向磁偶极子叠加，在远场就会实现圆极化，再由电 场的方向和横向偶极子的分布，可得其为左旋圆极化。再者，由于横向磁偶极子与垂直方向 的电场距离非常接近，故可视为在同一轴向上的电流线源，等效于基本的半波偶极子结构， 因此其辐射方向图具有全向性。因此，本发明所述的天线性能较好，能同时实现全向性及圆 极化，具有剖面低、体积小、易于设计和加工、容易扩展成天线阵列以及抗干扰能力强的特 点。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明全向性圆极化平面天线的结构示意图。
[0015] 图2为本发明实施例的全向性圆极化平面天线的物理尺寸结构示意图。
[0016] 图3为本发明实施例的全向性圆极化平面天线仿真模型的Sll参数图。
[0017] 图4为本发明实施例的全向性圆极化