一种低交叉极化的双极化微带天线

本发明涉及一种高隔离度低交叉极化毫米波双极化微带天线，主要应用在毫米波段的卫星通信等，属于射频前端器件领域。

背景技术：

1、随着用户需求的提升及相关技术的进步，天线也开始不断向宽频带发展。尤其是当世界各种移动通信标准越来越严格，频谱资源日渐短缺，进而对频谱利用率的要求也越来越高。因此天线的设计需要满足的要求和需要遵守的无线通信标准也越来越多，所以天线设计的宽频带越来越重要。双极化天线具有极化多样性的特点，是因为可以实现分集技术中的极化分集，采用双极化天线就可以实现空间分集的效果，能够增加通信容量，一定程度上解决通信中多径衰落的问题。为了达到更好的通信质量，来一定程度上增大天线的工作带宽。现阶段各种类型的宽带双极化天线成为设计与研究热点，也逐渐被各个领域所采用。双极化微带贴片天线的设计难点在于实现天线在高频段具有稳定的辐射方向图和频带的展宽方法，这也成为近些年来专家学者的研究重点。微带天线有功率容量低的特点，单个微带天线单元的增益更是只有6-8db，很显然，当需要更大增益的时候，单个微带单元不能满足需求，所以通常情况下需要通过将微带辐射单元进行组成阵列的形式来获取更大的增益，天线进行组阵时需要设计馈电网络对天线馈电，而馈电网络的性能也会直接影响到天线阵列的性能。特别当天线工作在高频率时，损耗将变得越来越大，严重的时候将会影响天线的工作状态，所以在设计阵列天线时需要格外关注。

2、目前宽带高隔离度低交叉极化双线极化天线的实现方式主要有以下几种：

3、1)通过混合激励来获得高的端口隔离度和低交叉极化电平，对于双线极化天线其中较高的端口隔离度和较低的交叉极化电平是用来衡量双线极化天线设计优劣较重要的性能指标，一般利用混合馈电的方法来实现。在学者发表的论文里有通过采用电磁馈线和г形馈线，这样的结构可以实现较低的剖面。其中端口采用差分馈电网络增强了端口之间的隔离度并抑制了交叉极化电平。有学者设计天线的双正交线性极化模式是通过两个不同的馈电结构，其中一种是一对可以激励±180°相位差的l探针，这样可以使天线实现较高的隔离度；另一种是通过刻蚀h形孔径，这样可以使天线实现较宽的阻抗带宽，再从单个圆形辐射贴片激发。

4、2)通过缝隙耦合的方法实现宽带双线极化天线，利用缝隙耦合的方法实现天线的双线极化，此方法是通过在地板上刻蚀缝隙结构，两微带馈线相互垂直产生耦合馈电，从而实现天线的双极化工作。有学者通过对称排列的槽通过孔径耦合馈电实现双极化微带天线，进而实现较高的隔离度。用此方法设计的天线具有质量较轻，结构小巧，制作简单，方便和有源器件相互集成的优点，方便实现双线极化。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，针对微带天线的窄频带特点，目前，天线设计人员已采取多种方法来展宽微带天线的阻抗带宽。其中，采用口径耦合微带天线是较为成功的一种方法。vivek用实验研究了几种不同形状的缝隙对耦合量的影响，得出开“h”形状的缝隙可以得到比较大的耦合量。h形槽耦合的微带天线一般可以获得10％(vswr≤2.0)以上的相对带宽，而且具有良好的交叉极化性能。

2、在以上研究的基础上，本发明采用如下技术方案：

3、一种低交叉极化的双极化微带天线，包括层叠设置的两层介质板，上层介质板和下层介质板；所述上层介质板的上表面设有方形的辐射贴片；

4、上层介质板和下层介质板之间设有金属接地板；金属接地板上设有两组折枝h型缝隙；所述下层介质板的下表面设有两条相互垂直的馈电微带线，且两条馈电微带线之间无接触；

5、所述折枝h型缝隙包括横向枝节和分别位于横向枝节两端的两个纵向枝节；两纵向枝节的其中一相邻段均设有向内侧靠拢的弯折枝节；

6、所述馈电微带线和折枝h型缝隙一一对应；馈电微带线在金属接地板上的投影垂直于对应折枝h型缝隙的横向枝节并位于两纵向枝节之间；

7、所述下层介质板的下方设有反射板，反射板和馈电微带线之间具有空气隔层。

8、进一步的，所述上层介质板和下层介质板均采用相对介电常数为2.2的聚四氟乙烯材料，其中，上层介质板厚度为1mm，下层介质板厚度为0.25mm。

9、进一步的，两组折枝h型缝隙均位于辐射贴片的正下方。

10、进一步的，所述两组折枝h型缝隙的横向枝节相互垂直。

11、本发明相比背景技术具有如下优点：

12、当采用传统的h型缝隙进行双极化辐射时，贴片天线的两个馈电口之间通常存在显著的去耦问题。这可能是因为对于这种双极化贴片天线，一个馈电口h形槽的两个侧臂与另一个馈电口h形槽的中心臂平行，从而降低了两个馈电口之间的去耦性。如果两个极化端口之间的去耦效果不好，即两个端口之间存在较大的耦合，信号在一个端口上产生的干扰会泄漏到另一个端口上。这可能导致信号质量下降、传输错误率增加或系统性能降低。当采用本专利提出的带有折枝h型缝隙时，宽带双极化贴片天线的两个馈电端口之间的隔离度可以有很大的提升。对两种设计的原型天线进行了实现和实验研究也验证了此专利天线单元具有更好的性能。

技术特征：

1.一种低交叉极化的双极化微带天线，包括层叠设置的两层介质板，上层介质板和下层介质板；其特征在于，所述上层介质板的上表面设有方形的辐射贴片；

2.根据权利要求1所述一种低交叉极化的双极化微带天线，其特征在于，所述上层介质板和下层介质板均采用相对介电常数为2.2的聚四氟乙烯材料，其中，上层介质板厚度为1mm，下层介质板厚度为0.25mm。

3.根据权利要求1所述的一种低交叉极化的双极化微带天线，其特征在于，两组折枝h型缝隙均位于辐射贴片的正下方。

4.根据权利要求1所述的一种低交叉极化的双极化微带天线，其特征在于，所述两组折枝h型缝隙的横向枝节相互垂直。

技术总结
本发明公开了一种低交叉极化的双极化微带天线，属于射频前端领域。该天线由辐射贴片、介质层、金属接地板、反射板以及馈电结构组成。反射板降低背向辐射，辐射贴片增大了天线的带宽。两个带有折枝的H形槽开在接地板上且互相垂直，降低两端口之间耦合提高隔离度。通过仿真软件调整贴片，槽的尺寸，微带开路线长度以及折枝槽与水平臂夹角到合适值，使得天线单元完成阻抗匹配，最终该天线在24.5GHz工作中心频率处，双极化性能良好，该天线单元在22.85GHz‑27.04GHz的频率范围内S11显著小于‑10dB。在23.54GHz‑25.83GHz的频率范围内S11显著小于‑15dB，且在工作频率范围内，方向图的后瓣很小，天线的前向增益远大于背部辐射增益，体现了良好的前后比和辐射的性能。

技术研发人员：黄建明,林辉辉,张乃柏,崔岩松,李晓瑜,郎磊
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15