一种宽带圆极化磁电偶极子天线

本发明涉及无线通信，具体涉及一种宽带圆极化磁电偶极子天线。

背景技术：

1、随着通信技术的发展，对于天线性能的要求越来越高。在传统的通信系统中，单极化天线被广泛应用，但随着通信频率的增加和更高速率的数据传输需求，圆极化天线逐渐成为了一种重要的解决方案。

2、圆极化天线可以同时发送和接收两个正交方向上的电磁波，从而提供更高的信号传输容量和系统灵活性。它们被广泛应用于无线通信、雷达系统、卫星通信等领域，以满足不同场景下的通信需求。

3、磁电偶极子天线是一种用于无线通信和雷达系统的重要天线类型。宽带圆极化磁电偶极子天线作为一种新型天线结构受到了广泛关注。该天线能够实现宽带工作，并且可实现双圆极化特性，同时具有水平和垂直方向上的极化电磁波。该天线结构的优点包括紧凑的尺寸、简单的制造工艺和较低的成本。它的特性使得本发明具有广泛的应用前景，可以扩展到磁共振成像、磁场探测和测量以及空间推进等领域。现在技术中关于宽带圆极化磁电偶极子天线如参考文献1-3。

4、参考文献1：专利公开号为cn115832706a的中国专利文献。

5、参考文献1公开了一种小型化宽带圆极化磁电偶极子天线，该天线包括上层金属贴片、上层介质基板、中层金属贴片、下层介质基板以和下层金属贴片；其中上层金属贴片由两对旋转45°的正方形金属片组成，每个金属片均设有一个金属通孔，贯穿上层介质基板，连接上层和中层金属贴片，将其中一对正方形金属片刻蚀中心对称的矩形角和金属通孔实现圆极化特性；中层金属贴片平铺整个下层介质基板的上表面并刻蚀一对旋转45°的不规则交叉缝隙；下层介质基板连接中层金属贴片及下层金属贴片；下层金属贴片由两端矩形金属片和一段四分之三圆环组成的微带传输线。该天线具有结构紧凑、辐射方向集中、频带宽、轴比带宽宽、增益高、灵活性高的优点。

6、参考文献2：专利公开号为cn116191011a的中国专利文献。

7、参考文献2公开了一种面向5g通信的宽带圆极化磁电偶极子天线。该天线包括上层金属贴片、上层介质基板、中间层金属贴片、下层介质基板以及下层金属贴片；上层金属贴片包括两对金属片，每个金属片设有一组金属通孔，贯穿上层介质基板连接上层和中间层金属贴片，一对矩形金属片刻蚀矩形角和金属通孔实现圆极化特性，另一对矩形金属片刻蚀三角形角并增加倾斜的椭圆形金属贴片拓展轴比带宽；中间层金属贴片平铺整个下层介质基板的上表面刻蚀一个矩形缝隙；下层金属贴片由三个不同的矩形组成阶梯型微带传输线，与矩形缝隙结合使天线更紧凑，辐射方向更集中，天线具有工作频带宽、轴比带宽宽、增益高且稳定、可应用于5g通信系统等优点。

8、参考文献3：专利公开号为cn113078459a的中国专利文献。

9、参考文献3公开了一种低剖面宽带圆极化磁电偶极子天线，属于天线技术领域。该天线通过创新性地设计磁偶极子天线的矩形金属片上设置缝隙，延长了磁偶极子天线的电流路径，使得天线剖面高度由常规的0.25λ降低至0.11λ(λ为中心频率时的空间波长)，有效克服了圆极化磁电偶极子天线剖面较高的缺陷；并且降低剖面高度的同时不会增加三维结构的复杂性，使得该天线还具有结构简单、易于批量加工的优势，除此之外，天线仍旧保持了大带宽、辐射增益高、方向图对称和背向辐射小等优势。

技术实现思路

1、本发明的目的是为进一步提高宽带圆极化磁电偶极子天线的极化特性和带宽，提供一种全新结构的宽带圆极化磁电偶极子天线。

2、本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种宽带圆极化磁电偶极子天线，包括介质板、四个磁电偶极子单元、反射器、谐振环、馈电结构以及馈电网络；

3、所述反射器由金属底板以及垂直设置在金属底板上的圆环形金属侧板组成，金属底板设置在介质板的上表面；

4、所述四个磁电偶极子单元对称分布在金属底板上，且位于金属侧板内的中心位置，四个磁电偶极子单元之间形成“十”字形间隙；

5、每个磁电偶极子单元均由垂直设置在金属底板上的磁偶极子以及水平设置在磁偶极子顶端的电偶极子组成；

6、所述磁偶极子由l形水平部以及沿l形水平部外沿设置的l形竖直部组成，竖直部的两个侧边分别开设有水平设置的矩形槽，竖直部的中部设有n形槽，且n形槽位于矩形槽的下方；

7、所述电偶极子上开设有两个相互平行的矩形槽；

8、所述馈电结构包括位于四个磁电偶极单元“十”字间隙处的一对γ形馈线，所述一对馈线相互正交布设，每个馈线均包括竖直部以及垂直设置在竖直部顶端的水平部，其中一个馈线的水平部位于另一个馈线的水平部上方，馈线的竖直部连接有金属柱，金属柱穿过金属底板置于介质板内；

9、所述馈电网络包括耦合器以及激励端口，激励端口通过微带线与耦合器的输入端连接，耦合器的输出端通过微带线分别与两个金属柱连接。

10、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述四个磁电偶极子单元上矩形孔旋转对称设置。

11、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述耦合器为立式垂直结构，其包括上、下两个金属铜层以及中间介质层。

12、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述中间介质层的填充材料为rogers ro5880，相对介电常数为2.2。

13、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述反射器的金属侧板顶端还设置有金属谐振环。

14、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述介质板的填充材质rogers ro4350b，相对介电常数为3.66。

15、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述γ形馈线的填充材质为fr4，相对介电常数为4.2。

16、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述金属底板为正方形结构，金属侧板由块圆弧形金属板对接而成，金属侧板的外径与金属底板的边长一致。

17、作为本发明一种宽带圆极化磁电偶极子天线的进一步优化：所述激励端口通过50欧微带线与耦合器的输入端连接，耦合器的输出端通过50欧微带线分别与两个金属柱连接。

18、本发明的净化装置具有以下有益效果：

19、一、本发明以四个磁电偶极子单元为主要辐射源，采用耦合的方式，并利用圆形金属反射器增强辐射方向上的性能，辐射单元开槽和金属谐振环组合使天线获得了较高的带宽和增益。本发明天线的馈电网络采用双端口馈电的方式对辐射单元进行馈电，产生幅值相同、相位相差90°的信号至辐射体，从而产生圆极化波，另外，采用立体式平行耦合线馈电的方式，减小了馈电网络的结构尺寸，有效提高了耦合器的耦合度。

20、二、本发明的宽带圆极化磁电偶极子天线具有优异的极化特性，且主极化与交叉极化在辐射方向上差别明显，天线可实现105％的-10db阻抗带宽和103％的3db轴比带宽，在微波通信和探测系统中具有很大的应用潜力。

技术特征：

1.一种宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：包括介质板(1)、四个磁电偶极子单元(2)、反射器(3)、馈电结构以及馈电网络；

2.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述四个磁电偶极子单元(2)上矩形孔旋转对称设置。

3.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述耦合器(7)为立式垂直结构，其包括上、下两个金属铜层以及中间介质层。

4.如权利要求3所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述中间介质层的填充材料为rogers ro5880，相对介电常数为2.2。

5.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述反射器(3)的金属侧板(3-2)顶端还设置有金属谐振环(3-3)。

6.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述介质板(1)的填充材质rogers ro4350b，相对介电常数为3.66。

7.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述γ形馈线(5)的填充材质为fr4，相对介电常数为4.2。

8.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述金属底板(3-1)为正方形结构，金属侧板(3-2)由4块圆弧形金属板对接而成，金属侧板(3-2)的外径与金属底板(3-1)的边长一致。

9.如权利要求1所述宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：所述激励端口(4)通过50欧微带线与耦合器(7)的输入端连接，耦合器(7)的输出端通过50欧微带线分别与两个金属柱(3-1)连接。

技术总结
本发明公开一种宽带圆极化磁电偶极子天线，天线包括介质板、四个磁电偶极子单元、反射器、馈电结构以及馈电网络。通过在电偶极子上开设矩形槽和在磁偶极子上开设矩形槽和n形槽的方式改善了辐射电流的流经路径，拓宽了阻抗带宽。采用Γ形馈电结构，可以将信号耦合到辐射体，并通过立体式平行耦合线组成的馈电网络进行正交交叉馈电。本发明的天线结构简单紧凑，在2.81～9.13GHz内反射系数小于‑10dB，相对带宽达到105％，3dB轴比带宽达到103％，在整个阻抗带宽范围内具有较好的定向性和较高的增益。同时，该天线可应用于无线通信、雷达系统、卫星通信等领域，以满足不同场景下的通信需求。

技术研发人员：秦瑶,王怡晓,聂阿真,蔡成欣,黄明明,徐晴,曹玲玲,李明星
受保护的技术使用者：河南工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21