一种基于电/磁偶极子的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，涉及一种基于电/磁偶极子的全向性圆极 化平面天线，是一种微带贴片天线，工作频率为5GHz，能在垂直平面实现圆极化且辐射方向 图为全向性的功能。
【背景技术】
[0002] 通信技术的发展使人类社会进入现代信息化社会，信息交换越来越频繁，交流的 渠道也多种多样，各种电子通信设备呈爆发性出现，对通信质量的要求也变得越来越高。天 线作为信号传递和能量转换的关键性部件，是信号在不同媒介中传输的前哨站，其性能优 良直接影响通信的质量。
[0003] 基于电/磁偶极子最简单的天线结构为半波偶极子天线，它使用两根直径和长度 都相等的直导线组成，每根导线的长度为1/4个工作波长，导线的直径远小于工作波长，天 线的激励是等幅反向的电压信号，加在天线中间的两个相邻端点上，且天线中间两个相邻 端点间的距离远小于工作波长。由于其电流分布近似为沿双臂呈流动，由此得到的的天线 其极化方式为线极化，且辐射方向图在H面上是一个圆，即在H面上具有全向性。
[0004] 圆极化是天线重要的远场参数之一。当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹 角从0~360°周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂 直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。圆极化天线具有以下重要的性质：1、 在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°时，可以得到圆极化，因此 它具有接收任意线极化的特性，广泛应用于基站、广播、雷达等领域；2、圆极化天线分为左 旋和右旋圆极化，某一旋向极化的天线只能接收同一旋向的来波，具有很高的抗干扰能力； 3、圆极化波入射到对称对象时，旋向逆转，故能有效抑制多径反射和干扰。
[0005] 全向性圆极化天线是近年来的研究热点，因其把全方向性和圆极化结合于一体形 成性能优异的天线备受关注。目前已有涉及全向性圆极化的研究主要有： 【1】Χ· Quanj R. Li, Μ. M. Tentzerisj "A Broadband Omnidirectional Circularly Polarized Antenna，" IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 61, no. 5，pp. 2363-2370， May 2013.
[2]B. C. Park and J. H. Lee, ^Omnidirectional circularly polarized antenna utilizing zeroth-order resonance of epsilon negative transmission line， " IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 59，no. 7，pp. 2717-2721，July 2011. 【3】L. Peng, D.R. Jackson, "Circular-polarized compact low-profile omni-directional antenna， " IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI)， pp. 1472-1473， 2013. 【4】B. C. Park and J. H. Lee, ^Dual-Band Omnidirectional Circularly Polarized Antenna Using Zeroth- and First-Order Modes"， IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 11， pp. 407-410， 2012. 【5】Β· Li, S. -ff. Liao, Q. Xuej ^Omnidirectional Circularly Polarized Antenna Combining Monopole and Loop Radiators， " IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp. 607-610, 2013. 【6】D. Yu，S.-X. Gong，Y.-T. Wan，Y.-L Yao，Y.-X. Xu，F.-W. Wang，"Wideband Omnidirectional Circularly Polarized Patch Antenna Based on Vortex Slots and Shorting Vias，" IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 62，no. 8，pp. 3970-3977， Aug. 2014. 【7】D. Yu，S.-L Gong，Y.-T. Wan，W.-R Chen，"Omnidirectional dual-band dual circularly polarized microstrip antenna using TMOl and TM02 modes， " IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 13， pp. 1104-1107， 2014. 上述文献【1】在同轴中空圆柱体的侧面印制辐射贴片，在圆柱内导体馈电，贴片由四 个矩形环连接而成，每个环在不同位置开缝隙以激励其行波电流从而产生前后双旋向圆极 化波，其工作频率为2GHz，得到的轴比带宽为39% (I. 67-2. 47GHz)，在XZ平面内其辐射方 向图为全向性。文献【2】基于传输线模型的零阶谐振（zero-order resonance，Z0R)模式， 在圆形贴片边缘加上四个沿顺时针方向的弯曲臂，在贴片馈电中心附近有四个金属过孔， 用以调节电流分布。由于此结构利用零阶谐振模式，本身就有90度的相移，故不需要额外 的相移网络。该天线得到圆极化为左旋，若是调整弯曲臂为逆时针分布，还可形成右旋圆 极化。文献【3】也同样利用ZOR原理设计了一种全向性圆极化天线，与【2】不同的是，该 天线的弯曲臂是在圆环形贴片内部，过孔的位置分布在环的边缘而不是中心附近。得到 的轴比在辐射平面内基本稳定在IdB附近，交叉极化电平比主极化低至少10dB，极化纯度 高。文献【4】设计的天线结构与【2】类似，也是利用ZOR在圆形贴片外沿添加顺时针的弯 曲臂以及贴片中间的过孔联合作用实现圆极化。更进一步的是，该天线也同时利用到第一 阶谐振模（First-order resonance，F0R)，因此产生了两个谐振带。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%。文献【6】设计的天线呈涡流 状，若干片如同风扇叶片按顺时针组成的结构，每片叶片的内侧边缘都以短路钉连接上下 表面，通过在中心同轴馈电，由短路钉激励起和模，而顶部加载的碟形同轴探针激励起单 极子模式，最后可得到较宽的轴比带宽，约60. 2% (I. 94~3. 61GHz)，以及相对带宽为51. 7% (2. 11~3. 58GHz) 〇
[0006] 有上述文献可知，现有技术大多基于利用ZOR原理，在主辐射贴片（一般为圆形贴 片）周围以一定的排列顺序对弯曲臂进行排列，在远离弯曲臂的一端对应有金属销钉，用以 短路电流。因此金属贴片和地板之间垂直电场，等效于一个电容，而围绕这贴片的水平电流 等效于电感，因此ZOR等效为LC谐振器。由于LC谐振器的Q值较高，因此得到的天线频带 窄，若想展宽，则需扩大尺寸，牺牲其小型化。而且上述现有技术制成的天线多大使用金属 钉，在高频率时容易引入高阶模，使交叉极化电平升高，影响辐射方向图。由ZOR原理制成 的天线，在组成阵列以提高天线性能时，由于相互之间的耦合，需要额外的馈电网络进行补 偿。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一个新型的基于电/磁偶极子的圆极化全向天线，主辐射部分全部 使用贴片，未使用电抗元件，具有剖面低，尺寸小，易共面等小型化优势，在单层板上即可实 现结构的构建。
[0008] -种基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，包括微带天线及支撑微带天线 的介质基片；所述微带天线包括位于介质基片上下表面的第一矩形金属和第二矩形金属贴 片，所述第一矩形金属贴片和第二矩形金属贴片为尺寸相同且呈相互正对和平行的关系， 在沿第一、二矩形金属贴片的长度方向上，分别以反方向引出尺寸相同的第一、二矩形金属 臂；其中第一矩形金属贴片和第一矩形金属臂组成介质基片的第一表面，第二矩形金属贴 片和第二矩形金属臂组成介质基片的第二表面，第一表面和第二表面之间以短路壁连接， 所述短路壁的高度与介质基片的厚度相等，短路壁的长度与第一、二矩形金属贴片相等。
[0009] 本发明的基于电/磁偶极子的全向性圆极化