一種寬波束平面圓極化天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種寬波束平面圓極化天線，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]圓極化天線的研究可以追溯到1940年。圓極化天線可以接收任意方向的來波，且其輻射波也可由任意極化的天線收到，故電子偵察和干擾中普遍采用圓極化天線；在通信、雷達的極化分集工作和電子對抗等應(yīng)用中廣泛利用圓極化的旋向正交性；圓極化波入射到理想導(dǎo)體制成的對稱目標(如平面、球面等)時，旋向逆轉(zhuǎn)，故圓極化天線應(yīng)用于移動通信、GPS等能抑制雨霧干擾和多徑效應(yīng)。圓極化天線通常使用平面天線和螺旋天線，這兩種天線都可以形成圓極化的半球波束，都可以作為接收系統(tǒng)常用的天線形式，這兩種天線可以獲得性能優(yōu)良的圓極化半球波束、同時結(jié)構(gòu)緊湊，對周圍的環(huán)境有良好的適應(yīng)性；對于微帶天線，由于它具有低剖面、結(jié)構(gòu)緊湊，易于制作和易于集成等優(yōu)點，在很多實際應(yīng)用中常被采用，用微帶天線產(chǎn)生圓極化的關(guān)鍵是產(chǎn)生兩個極化方向正交，幅度相等，相位差90°的線極化波，可利用微帶貼片微擾、縫隙加載，多饋電組合等技術(shù)手段實現(xiàn)天線的圓極化。
[0003]而在衛(wèi)星導(dǎo)航、通信和射頻識別等領(lǐng)域中，還需要天線具有足夠?qū)挼?dB軸比波束寬度(即:極化波束寬度)，例如:在海事應(yīng)用中，為了克服船體“縱搖”與“橫搖”帶來的接收信號不穩(wěn)定問題，就會對導(dǎo)航或通信天線的低仰角和負仰角增益、軸比特性提出要求，即可能要求天線具有接近180° (半球狀)、甚至超過180°的軸比波束寬度；在面向大型貨架的倉儲管理系統(tǒng)中，為了正確讀出大型貨架上的全部標簽，也會對射頻識別讀卡器天線提出寬波束的要求。然而，目前多數(shù)平面圓極化天線的3dB軸比波束寬度都比較窄，通常不超過150°。如果要實現(xiàn)寬波束設(shè)計，必須采用結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜的立體螺旋結(jié)構(gòu)，這就會增加天線的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種寬波束平面圓極化天線，該天線不僅具有良好的圓極化性能，輻射方向平行于天線平面，且3dB圓極化波束張角可展寬至180°，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、剖面尺寸低且便于制作實現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供一種寬波束平面圓極化天線，包括介質(zhì)基板；介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有依次連接的頂層對跖V形輻射單元、頂層匹配枝節(jié)、頂層相位轉(zhuǎn)換帶線；介質(zhì)基板的下表面設(shè)置有依次連接的底層對跖V形輻射單元、底層匹配枝節(jié)、底層相位轉(zhuǎn)換帶線；其中，頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元具有相同的結(jié)構(gòu)與尺寸，且相對于介質(zhì)基板反對稱排布；頂層匹配枝節(jié)與底層匹配枝節(jié)具有相同的結(jié)構(gòu)與尺寸，且相對于介質(zhì)基板反對稱排布；頂層相位轉(zhuǎn)換帶線與底層相位轉(zhuǎn)換帶線具有相同的結(jié)構(gòu)與尺寸，且相對于介質(zhì)基板反對稱排布；介質(zhì)基板的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔，該諧振腔的非封閉面垂直于介質(zhì)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)換帶線、底層相位轉(zhuǎn)換帶線連接；頂層對跖V形輻射單元、底層對跖V形輻射單元形成一個開口對稱環(huán)路，其開口方向朝向諧振腔的非封閉面，且開口對稱環(huán)路在介質(zhì)基板上的投影位置與諧振腔的位置不重疊。
[0006]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，頂層對妬V形福射單元與底層對妬V形福射單元均是由兩個電基本振子構(gòu)成的V形結(jié)構(gòu)。
[0007]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，上述兩個電基本振子之間夾角的范圍為60°到140。。
[0008]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，上述兩個電基本振子寬度的范圍為2毫米到8毫米。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，頂層相位轉(zhuǎn)換帶線與底層相位轉(zhuǎn)換帶線的長度為四分之一波長到八分之三波長，實現(xiàn)90°時間相位差。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，諧振腔、頂層對跖V形輻射單元與底層對跖V形輻射單元(4)采用同軸線進行激發(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外導(dǎo)體相連。
[0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，諧振腔與頂層相位轉(zhuǎn)換帶線、底層相位轉(zhuǎn)換帶線之間連接的漸變結(jié)構(gòu)具有下傾角，其范圍為:50°到90°。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，頂層對跖V形輻射單元與頂層匹配枝節(jié)、底層對跖V形輻射單元與底層匹配枝節(jié)之間的連接處均具有始端傾角，其范圍為:30°到60°。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，頂層對妬V形福射單元、底層對妬V形福射單元的中心具有中心傾角，其范圍為20°到60°。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2至20。
[0015]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明具有良好的圓極化性能，輻射方向平行于天線平面，且3dB圓極化波束張角可展寬至180°，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、剖面尺寸低且便于制作實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是天線的正面結(jié)構(gòu)與參考坐標示意圖。
[0017]圖2是天線的側(cè)面結(jié)構(gòu)與參考坐標示意圖。
[0018]圖3是天線的三維立體示意圖與參考坐標示意圖。
[0019]其中，I是介質(zhì)基板，2是諧振腔，3是頂層對妬V形福射單兀，4是底層對妬V形車g射單元，5是頂層相位轉(zhuǎn)換帶線，6是底層相位轉(zhuǎn)換帶線，7是頂層匹配枝節(jié)，8是底層匹配枝節(jié)，9是始端傾角，10是兩個電基本振子之間的夾角，11、12是中心傾角，13是諧振腔上表面，14是諧振腔下表面，15是下傾角，16是同軸線內(nèi)導(dǎo)體，17是同軸線外導(dǎo)體。
[0020]圖4是采用IE3D軟件計算的天線在+x軸和+z軸方向的軸比示意圖。
[0021]圖5是采用IE3D軟件計算的天線反射系數(shù)特性。
[0022]圖6是采用IE3D軟件計算的天線增益圖。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實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號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施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0024]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，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
對照附圖1、圖2，圖3，本發(fā)明一種寬波束平面圓極化天線的結(jié)構(gòu)是:包括介質(zhì)基板I ;介質(zhì)基板I的上表面設(shè)置有依次連接的頂層對跖V形輻射單元3、頂層匹配枝節(jié)7、頂層相位轉(zhuǎn)換帶線5 ;介質(zhì)基板I的下表面設(shè)置有依次連接的底層對跖V形輻射單元4、底層匹配枝節(jié)8、底層相位轉(zhuǎn)換帶線6 ;其中，頂層對跖V形輻射單元3與底層對跖V形輻射單元4具有相同的結(jié)構(gòu)與尺寸，且相對于介質(zhì)基板I反對稱排布；頂層匹配枝節(jié)7與底層匹配枝節(jié)8具有相同的結(jié)構(gòu)與尺寸，且相對于介質(zhì)基板I反對稱排布；頂層相位轉(zhuǎn)換帶線5與底層相位轉(zhuǎn)換帶線6具有相同的結(jié)構(gòu)與尺寸，且相對于介質(zhì)基板I反對稱排布；介質(zhì)基板的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔2，該諧振腔2的非封閉面垂直于介質(zhì)基板I的表面，該諧振腔2的非封閉面的上端和下端分別通過漸變結(jié)構(gòu)與頂層