相位转换带线5、底层相位转换带线6连接；顶层对妬V形福射单元3、底层对妬V形福射单元4形成一个开口对称环路，其开口方向朝向谐振腔2的非封闭面，且开口对称环路在介质基板I上的投影位置与谐振腔2的位置不重叠。
[0026]谐振腔2产生全向、极化垂直于天线平面的辐射电场，顶层对跖V形辐射单元3、底层对跖V形辐射单元4组合成开口环路产生“心脏线”形、极化平行于天线平面的辐射电场，满足圆极化天线条件之一；顶层相位转换带线5和底层相位转换带线6长度在四分之一波长到八分之三波长范围时，实现90°时间相位差，满足圆极化天线条件之二，因此谐振腔和组合开口环路两种单元产生的辐射电场可具有圆极化特性。
[0027]顶层对跖V形辐射单元3与底层对跖V形辐射单元4均是由两个电基本振子构成的V形结构。天线的3dB轴比波束宽度，受控于两个电基本振子之间的夹角10，其范围为60°到140°，也受控于每个电基本振子的宽度，范围为2毫米到8毫米。本发明天线的3dB圆极化波束张角受控于电基本振子的形状和宽度，可实现波束宽度达180°的半球状圆极化波束，且最大辐射方向平行于天线所在平面。
[0028]谐振腔2与顶层相位转换带线5、底层相位转换带线6之间连接的渐变结构具有下倾角15，其范围为:50°到90° ;顶层对跖V形辐射单元3与顶层匹配枝节7、底层对跖V形辐射单元4与底层匹配枝节8之间的连接处均具有始端倾角9，其范围为:30°到60° ;顶层对妬V形福射单元3、底层对妬V形福射单元4的中心具有中心倾角11、12，其范围为20。到 60° ο
[0029]对照附图4，附图4是介质基板I按照相对介电常数为2.2、厚为I毫米，顶层和底层对跖V形辐射单元右端的始端倾角9按照40°、顶层和底层对跖V形辐射单元中两个电基本振子之间的夹角10按照125°，顶层和底层对跖V形辐射单元的中心倾角11和12分别按照35°和20°、谐振腔2的非封闭面与介质基板的边缘的下倾角按照85°，利用IE3D软件仿真计算得到的天线在+X轴和+Z轴方向的轴比特性。实线表示该天线在XOZ平面的轴比，虚线表示在xoy平面的轴比，由图很明显可以看出，该天线在这两个平面均有小于3dB的带宽，并且两者有相交的频段，由此可得出该天线在最大辐射方向上的波束张角已达到 180。 。
[0030]附图5是采用IE3D软件计算的天线反射系数特性，由图可知，该天线带宽覆盖了
5.38-5.76GHz频段，相对带宽为6.82%，中心频率在5.52GHz，该天线具有一定的阻抗带宽。附图6是采用IE3D软件计算的天线增益，由图可知，在天线谐振频率的最大辐射方向上，增益可以达到2.2dBi，比较稳定。
[0031]综上所述，本发明宽波束平面圆极化天线的3dB圆极化波束张角可达180°，并且最大辐射方向平行于天线平面。该天线不但具有螺旋天线的圆极化半球波束性能和其他天线的端射特性，而且有着低剖面和简单的结构，在没有附加结构的同时有着较好的圆极化性能，应用前景非常广泛，在性能优化之后，该天线可以解决例如【背景技术】提出的诸多难题。
[0032]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，包括介质基板(I); 介质基板(I)的上表面设置有依次连接的顶层对跖V形辐射单元(3)、顶层匹配枝节(7)、顶层相位转换带线(5);介质基板(I)的下表面设置有依次连接的底层对跖V形辐射单元(4)、底层匹配枝节(8)、底层相位转换带线(6);其中，顶层对妬V形福射单元(3)与底层对跖V形辐射单元(4)具有相同的结构与尺寸，且相对于介质基板(I)反对称排布；顶层匹配枝节(7)与底层匹配枝节(8)具有相同的结构与尺寸，且相对于介质基板(I)反对称排布；顶层相位转换带线(5)与底层相位转换带线(6)具有相同的结构与尺寸，且相对于介质基板(I)反对称排布； 介质基板的上下表面之间形成一个一面非封闭的长方体谐振腔(2)，该谐振腔(2)的非封闭面垂直于介质基板(I)的表面，该谐振腔(2)的非封闭面的上端和下端分别通过渐变结构与顶层相位转换带线(5)、底层相位转换带线(6)连接； 顶层对跖V形辐射单元(3)、底层对跖V形辐射单元(4)形成一个开口对称环路，其开口方向朝向谐振腔(2)的非封闭面，且开口对称环路在介质基板(I)上的投影位置与谐振腔(2)的位置不重叠。2.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，顶层对跖V形辐射单元(3)与底层对跖V形辐射单元(4)均是由两个电基本振子构成的V形结构。3.根据权利要求2所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，两个电基本振子之间夹角的范围为60°到140°。4.根据权利要求2所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，两个电基本振子宽度的范围为2毫米到8毫米。5.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，顶层相位转换带线(5)与底层相位转换带线(6)的长度为四分之一波长到八分之三波长，实现90°时间相位差。6.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，谐振腔(2)、顶层对跖V形辐射单元(3)与底层对跖V形辐射单元(4)采用同轴线进行激发，其中，谐振腔(2)的上表面(13)与同轴线的内导体(16)相连，谐振腔(2)的下表面(14)与同轴线外导体(17)相连。7.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，谐振腔(2)与顶层相位转换带线(5)、底层相位转换带线(6)之间连接的渐变结构具有下倾角(15)，其范围为:50° 到 90。ο8.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，顶层对跖V形辐射单元(3)与顶层匹配枝节(7)、底层对跖V形辐射单元(4)与底层匹配枝节(8)之间的连接处均具有始端倾角(9)，其范围为:30°到60°。9.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，顶层对跖V形辐射单元(3)、底层对跖V形辐射单元(4)的中心具有中心倾角(11，12)，其范围为20°到60°。10.根据权利要求1所述的一种宽波束平面圆极化天线，其特征在于，介质基板(I)的介电常数为2至20。
【专利摘要】本发明公开了一种宽波束平面圆极化天线，在介质基板上分别设计结构相同、反对称布置的顶层对跖V形辐射单元与底层对跖V形辐射单元、顶层匹配枝节与底层匹配枝节，每个对跖V形辐射单元由两个电基本振子构成，再引入一个非全封闭谐振腔，在不封闭的一面进行辐射，在其顶层和底层边缘中心位置利用相位转换带线实现90°时间相位差，使天线具有宽波束圆极化辐射特性。本发明实现的圆极化天线，其3dB圆极化波束张角受控于每个对跖V形辐射单元的形状和宽度，可实现宽度达180°的半球状圆极化波束，且最大辐射方向平行于天线所在平面，这是以往小型平面微带天线不能实现的特性。本发明具有结构简单，体积小，制作成本低廉等优点。
【IPC分类】H01Q1/38
【公开号】CN105161835
【申请号】CN201510510501
【发明人】吕文俊, 尤曼, 薛白, 张冀, 朱洪波
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月19日