一种类8字形的平面宽带圆极化天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波技术领域，尤其是涉及一种类8字形的平面宽带圆极化天线。
【背景技术】
[0002]微带天线具有体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于无线通信领域。圆极化天线具有很多优点:可以接收各种方向线极化的来波，其圆极化辐射波也可以被任意极化天线接收；具有旋向正交性，极化波入射到对称目标反射波变为反旋向等。但由于圆极化微带天线阻抗带宽和轴比带宽通常较窄，波束宽度较窄，为满足无线数据传输对宽带天线的需求，各种新型的天线设计与结构开始出现。
【发明内容】
[0003]本发明所解决的技术问题在于提供一种结构简单、便于加工制作的类8字形的平面宽带圆极化天线，该天线将两个尺寸、结构均相同的辐射单元相对介质基板反对称、类8字形放置，并通过金属过孔组合在一起，不但满足了宽带天线通信系统对天线阻抗带宽以及轴比带宽的要求，而且极大的拓展了天线的波束宽度。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0005]—种类8字形的平面宽带圆极化天线，包括介质基板、顶层辐射单元和底层辐射单元，顶层辐射单元设置于介质基板的上表面，底层辐射单元设置于介质基板的下表面，所述顶层辐射单元和底层辐射单元的尺寸和结构均相同，顶层辐射单元由顶层金属条带辐射单元和顶层金属半波振子单元相连组成，底层辐射单元由底层金属条带辐射单元和底层金属半波振子单元相连组成；
[0006]顶层辐射单元和底层辐射单元相对于介质基板呈类8字形反对称放置；其中:顶层金属半波振子单元通过第一金属过孔与底层金属条带福射单元相连接，顶层金属条带福射单元通过第二金属过孔与底层金属半波振子单元相连接。
[0007]进一步的，本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线，所述平面宽带圆极化天线在顶层金属半波振子单元的中心断开部分进行平衡馈电，底层金属半波振子单元的中心部分保持闭合。
[0008]进一步的，本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线，所述平面宽带圆极化天线在底层金属半波振子单元的中心断开部分进行平衡馈电，顶层金属半波振子单元的中心部分保持闭合。
[0009]进一步的，本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线，所述顶层金属条带辐射单元为直线、圆弧或直角形式。
[0010]进一步的，本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线，所述底层金属条带辐射单元为直线、圆弧或直角形式。
[0011]进一步的，本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线，所述平面宽带圆极化天线采用对称双线馈电结构进行馈电，所述对称双线馈电结构是将两根信号线对称地接入顶层金属半波振子单元或底层金属半波振子单元的中心断开部分，保持电气连接。
[0012]进一步的，本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线，所述平面宽带圆极化天线采用微带线-对称双线转换结构进行馈电。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0014]1、本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线结构对称简单，易于加工制作；
[0015]2、本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线宽带、宽波束，馈电方便，性能优越。
[0016]3、本发明的类8字形的平面宽带圆极化天线体积小巧，制作成本低廉。
【附图说明】
[0017]图1是本发明结构的俯视图；
[0018]图2是本发明结构的主视图；
[0019]图3是本发明结构的右视图；
[0020]图4是利用HFSS软件计算的天线回波损耗特性；
[0021]图5是利用HFSS软件计算的天线轴比特性；
[0022]图6是利用HFSS软件计算的天线增益曲线；
[0023]图7是利用HFSS软件计算的天线波束宽度图；
[0024]图8是利用HFSS软件计算的天线左旋极化辐射方向图；
[0025]图9是利用HFSS软件计算的天线右旋极化辐射方向图。
[0026]附图标记说明:X:俯视图的横向，Y:俯视图的纵向，Z:侧视图的纵向，1:介质基板，2:底层金属条带辐射单元，3:顶层金属条带辐射单元，4:底层半波振子单元，5:顶层半波振子单元，6:第一金属过孔，7:第二金属过孔，8:顶层金属半波振子单元的中心断开部分，9:对称双线馈电结构。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0028]如图1、图2、图3所示，一种类8字形的平面宽带圆极化天线的结构是:天线制作在介质基板1上，辐射结构由顶层辐射单元与底层辐射单元构成，两者结构、尺寸完全相同，顶层辐射单元设置于介质基板1的上表面，底层辐射单元设置于介质基板1的下表面，顶层辐射单元和底层辐射单元呈类8字形反对称放置。底层辐射单元分别由底层金属条带辐射单元2与底层金属半波振子单元4构成，顶层辐射单元分别由顶层金属条带辐射单元3与顶层金属半波振子单元5构成，顶层金属半波振子单元5通过第一金属过孔6与底层金属条带福射单元2相连接，顶层金属条带福射单元3通过第二金属过孔7与底层金属半波振子单元4相连接。
[0029]在类8字形的平面宽带圆极化天线中，底层金属条带辐射单元2、顶层金属条带辐射单元3采用直接连接方式，或者采用圆弧、正方直角等其他任意形状的连接方式。
[0030]当类8字形的平面宽带圆极化天线在顶层金属半波振子单元5的中心断开部分8进行平衡馈电，此时底层金属半波振子单元4的中心部分保持闭合。
[0031]当类8字形的平面宽带圆极化天线在底层金属半波振子单元4的中心断开部分进行平衡馈电，此时顶层金属半波振子单元5的中心部分保持闭合。
[0032]类8字形的平面宽带圆极化天线也可以采用对称双线馈电结构9或微带线-对称双线转换结构进行馈电。其中，对称双线馈电结构9是通过将两根信号线对称地接入顶层金属半波振子单元5或底层金属半波振子单元4的中心断开部分，来保持电气连接。
[0033]如图4所示，给出了类8字形的平面宽带圆极化天线的介质基板1按照相对介电常数2.2、厚度为1毫米设计时，利用HFSS软件计算的天线回波损耗特性。由图3可知，天线的-10dB阻抗带宽约为50% (2.7GHz?4.5GHz)，满足宽带天线通信系统对天线阻抗带宽要求。
[0034]如图5所示，给出了类8字形的平面宽带圆极化天线的轴比特性。由图4可知，天线的3dB轴比带宽为21.5% (2.9GHz?3.6GHz)，满足宽带天线通信系统对天线阻抗带宽要求。
[0035]如图6所示，给出了类8字形的平面宽带圆极化天线在3dB轴比带宽内增益变化曲线，从图中可以看出该天线增益基本在3dB以上。
[0036]如图7所示，给出了类8字形的平面宽带圆极化天线的轴比波束方向图，从图中可出该天线的圆极化波束宽度达到了 100°。
[0037]如图8所示，给出了类8字形的平面宽带圆极化天线在3.2GHz处的Χ0Ζ面和Υ0Ζ面上的左旋辐射方向图，从图中可看出该天线左旋辐射方向图有着良好的圆极化特性。
[0038]如图9所示，给出了类8字形的平面宽带圆极化天线在3.2GHz处的Χ0Ζ面和Υ0Ζ面上的右旋辐射方向图，从图中可看出该天线右旋辐射方向图有着良好的圆极化特性。
[0039]综合对比图8和图9，可看出天线是双向辐射，在顶层或底层任一面加反射板均可显著提高天线增益。
[0040]类8字形的平面宽带圆极化天线能够显著的提高天线的轴比带宽和波束宽度，而且天线结构对称简单，易于加工制作。该天线的双向辐射的特性，以及上下交叉对称的结构，可以通过设置反射板来提高天线增益，因此本发明有着广泛的应用前景。
[0041]以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种类8字形的平面宽带圆极化天线，包括介质基板(1)、顶层辐射单元和底层辐射单元，顶层辐射单元设置于介质基板(1)的上表面，底层辐射单元设置于介质基板(1)的下表面，其特征在于，所述顶层辐射单元和底层辐射单元的尺寸和结构均相同，顶层辐射单元由顶层金属条带辐射单元(3)和顶层金属半波振子单元(5)相连组成，底层辐射单元由底层金属条带辐射单元(2)和底层金属半波振子单元(4)相连组成； 顶层辐射单元和底层辐射单元相对于介质基板呈类8字形反对称放置；其中:顶层金属半波振子单元(5)通过第一金属过孔(6)与底层金属条带辐射单元(2)相连接，顶层金属条带福射单元(3)通过第二金属过孔(7)与底层金属半波振子单元(4)相连接。2.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述平面宽带圆极化天线在顶层金属半波振子单元(5)的中心断开部分(8)进行平衡馈电，底层金属半波振子单元(4)的中心部分保持闭合。3.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述平面宽带圆极化天线在底层金属半波振子单元(4)的中心断开部分进行平衡馈电，顶层金属半波振子单元(5)的中心部分保持闭合。4.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述顶层金属条带辐射单元(3)为直线、圆弧或直角形式。5.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述底层金属条带辐射单元(2)为直线、圆弧或直角形式。6.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述平面宽带圆极化天线采用对称双线馈电结构(9)进行馈电，所述对称双线馈电结构(9)是将两根信号线对称地接入顶层金属半波振子单元(5)或底层金属半波振子单元(4)的中心断开部分，保持电气连接。7.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述平面宽带圆极化天线采用微带线-对称双线转换结构进行馈电。8.根据权利要求1所述的类8字形的平面宽带圆极化天线，其特征在于，所述顶层辐射单元或底层辐射单元设置有反射板。
【专利摘要】本发明提出了一种类8字形的平面宽带圆极化天线，包括介质基板、顶层辐射单元和底层辐射单元，顶层辐射单元设置于介质基板的上表面，底层辐射单元设置于介质基板的下表面，所述顶层辐射单元和底层辐射单元的尺寸和结构均相同，顶层辐射单元由顶层金属条带辐射单元和顶层金属半波振子单元相连组成，底层辐射单元由底层金属条带辐射单元和底层金属半波振子单元相连组成；顶层辐射单元和底层辐射单元相对于介质基板呈类8字形反对称放置。本发明的结构适用于宽带圆极化天线，使天线结构对称简单，馈电方便，能够实现宽带宽波束圆极化辐射，且本发明的天线体积小巧，制作成本低廉。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q1/50
【公开号】CN105406180
【申请号】CN201510864638
【发明人】黄晓东, 张静, 金秀华
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月1日