一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线

本发明涉及慢波天线的技术领域，特别涉及一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线。

背景技术：

随着无线通信技术的不断发展，对天线的性能也提出了更高的要求。小型化、轻量化、低成本、高效率和高集成度等方面的困难，成为了研究设计工作者的新挑战。

天线作为发射和接收电磁波的装置，其大小与该天线的工作波长有关。目前，使用高介电常数的介质作为天线基板、给天线增加电容性负载、增加天线上电流路径的长度和使用短路钉是几种常用的天线小型化的方法。但这些方法对天线尺寸的缩减十分有限，且会导致辐射效率降低。采用混合左右手传输线的基本结构也可以用来设计小型化天线，但是这种天线实现的增益不高，且混合左右手传输线本身具有窄带特性，由其作为基本结构的天线带宽窄、制作难度大。

电磁波的极化是指从电磁波传播的方向来看，某个点的合成电场矢量末端随时间变化而扫出的时间轨迹，即电场矢量的指向轨迹。根据轨迹的变化不同，可以将电磁波的极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。圆极化天线可以接受任意极化的来波，其辐射波也能被任意极化的天线接收，并且可抗多径反射，降低误码率。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，具有较高辐射效率的低成本倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，解决了天线在小型化、轻量化、低成本、高辐射效率和高集成度方面的困难，使整个无线系统在这些方面前进了一大步。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，包括：

上层结构、与所述上层结构相贴设置的中层结构及与所述中层结构相贴设置的下层结构；

所述中层结构包括顶层介质及与所述顶层介质相贴设置的底层介质，所述中层介质远离顶层介质的一端面上贴附有下层完整地板；

所述上层结构包括多个金属线，所述金属线呈m*n周期排列于顶层介质远离底层介质的一端面上，且每个金属线之间相互垂直相交，且每个金属线相交的位置处对应设置有金属贴片，所述金属贴片贴附设置于顶层介质靠近底层介质的一端面上，且金属贴片上固接有金属柱；

所述中层介质远离顶层介质一端面上贴附有底层介质，所述底层介质远离中层介质的端面上贴附有底层3-db九十度电桥，所述底层3-db九十度电桥一端开设有两个端口，底层3-db九十度电桥与端口相对另一边设置有右旋圆极化馈口与左旋圆极化馈口。

优选的，所述金属柱一端固定于金属贴片的中间位置上，另一端固接于两条金属线相交处的中间位置。

优选的于，所述金属贴片通过金属柱与金属线相连接，使得金属线与金属贴片分别形成电感l与电容c。

优选的，所述金属柱通过金属化过孔工艺实现。

优选的，所述下层结构包括下层完整地板，所述下层完整地板为一整个完整地板。

优选的，所述端口与金属线相连接。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过天线由倒置蘑菇钉慢波传输结构单元呈周期结构排列而成，利用二维组阵慢波结构的板面内的90°旋转对称性，采用九十度相差双馈实现了此小型化谐振天线的圆极化设计，以新型印刷电路板慢波传输结构为基础，制作了具有较高辐射效率的低成本倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，解决了天线在小型化、轻量化、低成本、高辐射效率和高集成度方面的困难，使整个无线系统在这些方面前进了一大步。

附图说明

图1为根据本发明的倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线的俯视图；

图2为根据本发明的倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线的中层俯视图；

图3为根据本发明的倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线的侧视图；

图4为根据本发明的倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线的底层俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-4，一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，包括：上层结构、与所述上层结构相贴设置的中层结构及与所述中层结构相贴设置的下层结构；所述中层结构包括顶层介质3及与所述顶层介质3相贴设置的底层介质8，所述中层介质6远离顶层介质3的一端面上贴附有下层完整地板5；所述上层结构包括多个金属线1，所述金属线1呈m*n周期排列于顶层介质3远离底层介质8的一端面上，使电磁能量能同时沿x轴、y轴传播，且每个金属线1之间相互垂直相交，且每个金属线1相交的位置处对应设置有金属贴片4，所述金属贴片4贴附设置于顶层介质3靠近底层介质6的一端面上，且金属贴片4上固接有金属柱2，以避免造成金属贴片4与金属线1之间的断路，该天线是由新型倒置蘑菇钉结构单元呈表格状紧密排列起来得到的二维慢波阵列，采用双面磁壁结构作为谐振及辐射原理；所述中层介质6远离顶层介质3一端面上贴附有底层介质8，所述底层介质8远离中层介质6的端面上贴附有底层3-db九十度电桥7，所述底层3-db九十度电桥7一端开设有两个端口11，底层3-db九十度电桥7与端口11相对另一边设置有右旋圆极化馈口9与左旋圆极化馈口10。

进一步的，所述金属柱2一端固定于金属贴片4的中间位置上，另一端固接于两条金属线1相交处的中间位置。

进一步的，所述金属贴片4通过金属柱2与金属线1相连接，使得金属线1与金属贴片4分别形成电感l与电容c，该排布具有较大的电感和电容值，在减小面积的同时使其具有比传统慢波结构更小的剖面。

进一步的于，所述金属柱2通过金属化过孔工艺实现。

进一步的，所述下层结构包括下层完整地板5，所述下层完整地板5为一整个完整地板，采用完整金属板以减小辐射方向图的后瓣。

如图4，所述底层3-db九十度电桥7附着于底层介质8的下表面。利用二维组阵慢波结构的板面内的90°旋转对称性，采用双端口馈电方法，在两个馈电端口分别给与等辐、90°相位差的馈电，可同时激发两个正交模式而获得圆极化特性，通过所述端口11与金属线1相连接，同时激发两个正交模式而获得圆极化特性。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：

1.一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，其特征在于，包括：

上层结构、与所述上层结构相贴设置的中层结构及与所述中层结构相贴设置的下层结构；

所述中层结构包括顶层介质(3)及与所述顶层介质(3)相贴设置的中层介质(6)，所述中层介质(6)远离顶层介质(3)的一端面上贴附有下层完整地板(5)；

所述上层结构包括多个金属线(1)，所述金属线(1)呈m*n周期排列于顶层介质(3)远离中层介质(6)的一端面上，且每个金属线(1)之间相互垂直相交，且每个金属线(1)相交的位置处对应设置有金属贴片(4)，所述金属贴片(4)贴附设置于顶层介质(3)靠近中层介质(6)的一端面上，且金属贴片(4)上固接有金属柱(2)；

所述中层介质(6)远离顶层介质(3)一端面上贴附有底层介质(8)，所述底层介质(8)远离中层介质(6)的端面上贴附有底层3-db九十度电桥(7)，所述底层3-db九十度电桥(7)一端开设有两个端口(11)，底层3-db九十度电桥(7)与端口(11)相对另一边设置有右旋圆极化馈口(9)与左旋圆极化馈口(10)。

2.如权利要求1所述的一种倒置蘑菇钉结构小型化天线，其特征在于，所述金属柱(2)一端固定于金属贴片(4)的中间位置上，另一端固接于两条金属线(1)相交处的中间位置。

3.如权利要求1所述的一种倒置蘑菇钉结构小型化天线，其特征在于，所述金属贴片(4)通过金属柱(2)与金属线(1)相连接，使得金属线(1)与金属贴片(4)分别形成电感l与电容c。

4.如权利要求1所述的一种倒置蘑菇钉结构小型化天线，其特征在于，所述金属柱(2)通过金属化过孔工艺实现。

5.如权利要求1所述的一种倒置蘑菇钉结构小型化天线，其特征在于，所述下层结构包括下层完整地板(5)，所述层完整地板(5)为一整个完整地板。

6.如权利要求1所述的一种倒置蘑菇钉结构小型化天线，其特征在于，所述端口(11)与金属线(1)相连接。

技术总结
本发明公开了一种倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，包括：上层结构、与所述上层结构相贴设置的中层结构及与所述中层结构相贴设置的下层结构；所述中层结构包括顶层介质及与所述顶层介质相贴设置的底层介质，所述中层介质远离顶层介质的一端面上贴附有下层完整地板；所述中层介质一端面上贴附有底层介质，所述底层介质一端面上贴附有底层3‑dB九十度电桥，所述底层3‑dB九十度电桥一端开设有两个端口，底层3‑dB九十度电桥另一边设置有右旋圆极化馈口与左旋圆极化馈口。根据本发明，具有较高辐射效率的低成本倒置蘑菇钉结构圆极化小型天线，解决了天线在小型化、轻量化、低成本、高辐射效率和高集成度方面的困难，使整个无线系统在这些方面前进了一大步。

技术研发人员：扆梓轩;刘安琦;李美玲;杨雪霞
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2021.05.13
技术公布日：2021.07.27