一種圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]圓極化天線的研宄可以追溯到1940年。因?yàn)閳A極化天線可以抗降雨的干擾，可以接受任意極化的波，圓極化天線輻射的圓極化波也可以由任意極化的天線接收到，也不需要復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)較好的匹配，因而在RFID、無線通信、衛(wèi)星通信等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，圓極化天線的制作大致可以劃分為三種方法:
第一種方法為產(chǎn)生兩個(gè)極化和相位正交的模，從而實(shí)現(xiàn)圓極化；
第二種方法為使用旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如微帶平面旋轉(zhuǎn)天線和立體結(jié)構(gòu)的螺旋天線；
第三種方法為在輻射貼片或介質(zhì)諧振腔上產(chǎn)生交叉偶極子，這兩個(gè)交叉偶極子的模極化和相位正交。
[0004]微帶天線是實(shí)現(xiàn)第一種方法的常見天線類型。為了達(dá)到產(chǎn)生兩個(gè)極化和相位正交的模，微帶天線有三種主要的方法，分別是單饋、多饋以及多元法。實(shí)現(xiàn)方式多以在輻射貼片上進(jìn)行切角、表面開槽或采用準(zhǔn)方形、近圓形的輻射貼片來實(shí)現(xiàn)。
[0005]因此，以上方式基本上是采用在天線平面上產(chǎn)生兩個(gè)極化和相位正交的模，從而實(shí)現(xiàn)圓極化，其輻射最大方向垂直于天線所在的平面(即:邊射特性)，為了提高天線的增益，使得其最大輻射波束指向平行于天線所在平面的方向上(即:端射特性)、以滿足“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”應(yīng)用，螺旋天線、喇叭天線、八木天線等結(jié)構(gòu)的端射圓極化天線是另一類解決方案。然而，它們屬于立體結(jié)構(gòu)，不利于平面集成與小型應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問題，提出一種平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線，該組合天線具有近似的端射特性和良好的圓極化性能，而且波束平行于天線所在的平面，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、剖面尺寸低且便于制作實(shí)現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
一種圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線，其特征在于:包括介質(zhì)基板、印刷設(shè)置在介質(zhì)基板的上表面且相互連接的頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元、頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)，以及印刷設(shè)置在介質(zhì)基板的下表面且相互連接的底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元、底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)；其中，所述頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元與底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元構(gòu)與尺寸相同，并且相對(duì)于介質(zhì)基板的中心橫軸反對(duì)稱排布，同時(shí)頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元與底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元的自由端通過金屬化過孔上下連通，形成一個(gè)對(duì)稱環(huán)；
所述頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)與底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)結(jié)構(gòu)與尺寸相同，且相對(duì)于介質(zhì)基板中心橫軸反對(duì)稱排布以實(shí)現(xiàn)90度相位差的結(jié)構(gòu)； 在介質(zhì)基板的上下表面之間形成一個(gè)一面非封閉的長方體諧振腔，該諧振腔的非封閉面垂直于基板的表面，該諧振腔的非封閉面的上端和下端分別通過漸變結(jié)構(gòu)與頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)、底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)相連接，且所述諧振腔的位置與所述對(duì)稱環(huán)在介質(zhì)基板上的投影位置不重疊。
[0008]作為本發(fā)明的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案:所述諧振腔和頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元、底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元采用同軸線進(jìn)行激發(fā)，其中諧振腔的上表面與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體相連，諧振腔的下表面與同軸線的外導(dǎo)體相連。
[0009]作為本發(fā)明的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案:所述諧振腔的長度、寬度均可改變，所述諧振腔與頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)、底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)之間連接的漸變結(jié)構(gòu)具有下傾角；該下傾角的范圍為:50°到90°。
[0010]作為本發(fā)明的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案:所述頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元與底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元長度、寬度均可改變，所述頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元與底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元均分別具有半環(huán)始端傾角和半環(huán)中心傾角；其中所述半環(huán)始端傾角的范圍為:20°到60°，所述半環(huán)中心傾角的范圍為:20°到60。。
[0011]作為本發(fā)明的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案:所述頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)與底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)長度、寬度均可改變，所述頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)與底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)均分別具有枝節(jié)中心上傾角和枝節(jié)中心下傾角；其中所述枝節(jié)中心上傾角的范圍為:150°到180°，所述枝節(jié)中心下傾角的范圍為:40°到80°。
[0012]作為本發(fā)明的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述金屬化過孔的個(gè)數(shù)為1-5個(gè)。
[0013]作為本發(fā)明的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2至20。
[0014]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明提出一種新的純平面結(jié)構(gòu)孔徑-對(duì)稱環(huán)組合天線，通過金屬化過孔將頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元和底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元連接起來、形成一個(gè)對(duì)稱環(huán)，與引入的諧振腔通過相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)組合成完整的天線單元。諧振腔的口徑可等效為水平放置的磁偶極子，圓環(huán)可等效為垂直放置的磁偶極子，兩者共址放置并通過相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)實(shí)現(xiàn)90度相位差饋電，從而使天線具有圓極化定向輻射特性。其波束為圓極化端射特性，且平行于天線所在的平面，天線的剖面尺寸明顯低于常規(guī)的端射特性圓極化天線，有利于平面化設(shè)計(jì)和小型應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明能夠在使用平面結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)端射圓極化特性并且天線結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0016]圖1是天線的正面結(jié)構(gòu)與參考坐標(biāo)示意圖。
[0017]圖2是天線的側(cè)面結(jié)構(gòu)與參考坐標(biāo)示意圖。
[0018]圖3是天線的三維立體示意圖與參考坐標(biāo)示意圖。
[0019]圖4是利用IE3D軟件計(jì)算的天線反射系數(shù)特性。
[0020]圖5是采用IE3D軟件計(jì)算的天線軸比示意圖。
[0021]圖6是采用IE3D軟件計(jì)算的天線方向圖。
[0022]圖7是本發(fā)明在工作頻段內(nèi)的增益特性圖。
[0023]圖中標(biāo)號(hào):I是介質(zhì)基板，2是諧振腔，3是頂層對(duì)跖半環(huán)輻射單元，4是底層對(duì)跖半環(huán)輻射單元，5是頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)，6是底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)，7是金屬化過孔，8是半環(huán)中心傾角，9是半環(huán)始端傾角，10是枝節(jié)中心下傾角，11是枝節(jié)中心上傾角，21是諧振腔的上表面，22是同軸線的內(nèi)導(dǎo)體，23是諧振腔的下表面，24是同軸線的外導(dǎo)體。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0025]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0026]對(duì)照附圖1、圖2，圖3，本發(fā)明所提出的圓極化端射特性的平面口徑-對(duì)稱環(huán)組合天線，其結(jié)構(gòu)是:包括介質(zhì)基板1、分別印刷設(shè)置在介質(zhì)基板I正反兩面的頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元3、頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)5、底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元4、底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)6、與頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)5和底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)6相連接的非全封閉諧振腔2 ;所述底層對(duì)妬半環(huán)路輻射單元4與底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)6相互連接，所述頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元3與頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)5相互連接；其中，所述底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元4、頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元3相對(duì)于介質(zhì)基板I反對(duì)稱排布，所述頂層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)5與底層相位轉(zhuǎn)換枝節(jié)6相對(duì)于介質(zhì)基板反對(duì)稱排布，所述底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元4與頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元3通過金屬化過孔7上下連通，形成一個(gè)對(duì)稱環(huán)。
[0027]如圖3所示所述非全封閉的諧振腔2，是在介質(zhì)基板的上下表面之間形成的一個(gè)一面非封閉的長方體，該諧振腔的非封閉面垂直于基板的表面，且所述諧振腔的位置與所述對(duì)稱環(huán)在介質(zhì)基板上的投影位置不重疊，即諧振腔位于介質(zhì)基板中的左側(cè)，而底層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元4與頂層對(duì)跖半環(huán)路輻射單元3所