本發(fā)明涉及全向圓極化天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及寬頻帶低剖面全向圓極化天線。

背景技術(shù)：

圓極化天線因具有可接收任意極化波(反之亦然)、左/右旋圓極化波正交、輻射波旋轉(zhuǎn)對稱、能夠抑制云雨干擾和抗多徑反射等特點而獲得廣泛應用。具有全向輻射特性的圓極化更因為能夠?qū)崿F(xiàn)全方位覆蓋而意義重大。然而，目前一般的全向圓極化天線，如螺旋偶極子天線、圓柱共形天線陣、背靠背天線和單極子天線等都是邊射結(jié)構(gòu)(broad fire)，因而需要垂直放置而占據(jù)較大空間，不能適用于很多需要低剖面結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。在我們之前申請的發(fā)明專利“零階諧振器和低剖面零階諧振器全向圓極化天線”(申請?zhí)?201510522152.2)中介紹了一種使用零階諧振器設(shè)計低剖面全向圓極化天線的方法。這種方法為設(shè)計低剖面的全向圓極化天線提供了一種切實可行的途徑，具有重要的意義。但是，受制于零階諧振器較高的品質(zhì)因數(shù)，該發(fā)明專利申請?zhí)峁┑膱A極化天線的頻帶較窄，僅有7MHz(1541-1548MHz，0.4％)，如此窄的頻帶限制了其在寬帶系統(tǒng)中的應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有全向圓極化天線的頻帶較窄的的問題，提供寬頻帶低剖面全向圓極化天線。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

寬頻帶低剖面全向圓極化天線，包括天線本體，所述天線本體由介質(zhì)基板、零階諧振器、金屬地板、輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)和饋電探針組成；介質(zhì)基板包括上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板，上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板平行設(shè)置，上層介質(zhì)基板位于下層介質(zhì)基板的正上方；金屬地板敷貼于下層介質(zhì)基板上；零階諧振器和輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)敷貼于上層介質(zhì)基板上；輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)位于上層介質(zhì)基板的中心處；零階諧振器由2個以上的零階諧振貼片和2個以上的零階諧振銷釘組成；零階諧振貼片和零階諧振銷釘?shù)臄?shù)量相同；零階諧振貼片環(huán)設(shè)在輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)的外側(cè)；每個零階諧振銷釘?shù)囊欢伺c1個零階諧振貼片連接，另一端與金屬地板連接；饋電探針的一端與輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)的中心連接，另一端與饋源相接；其不同之處是，還進一步包括寄生輻射器；該寄生輻射器敷貼于上層介質(zhì)基板上；寄生輻射器由2個以上的寄生輻射貼片和2個以上的寄生輻射銷釘組成；寄生輻射貼片和寄生輻射銷釘?shù)臄?shù)量相同；寄生輻射貼片環(huán)設(shè)零階諧振貼片的外側(cè)；每個寄生輻射銷釘?shù)囊欢伺c1個寄生輻射貼片連接，另一端懸置。

上述方案中，根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶低剖面全向圓極化天線，其特征在于：每個寄生輻射貼片均為一段圓??；所有寄生輻射貼片首尾間隔設(shè)置，并同圓心且同半徑地圍成1個間斷地圓環(huán)形；該圓環(huán)形的中心與輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)的中心重合。

上述方案中，每個零階諧振貼片均為一段圓?。凰辛汶A諧振貼片首尾間隔設(shè)置，并同圓心且同半徑地圍成1個間斷地圓環(huán)形；該圓環(huán)形的中心與輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)的中心重合。

上述方案中，寄生輻射貼片與零階諧振貼片的數(shù)量相同，且1個寄生輻射貼片對應設(shè)在1個零階諧振貼片的徑向外側(cè)。

上述方案中，所有寄生輻射銷釘均設(shè)置在上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板之間，且與上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板所處平面垂直。

上述方案中，所有零階諧振銷釘均設(shè)置在上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板之間，且與上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板所處平面垂直。

上述方案中，輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)由2個以上的饋電分支組成；每個饋電分支均由1條饋電圓弧和1條饋電分支線構(gòu)成；饋電圓弧為一段圓弧，饋電分支線為一段傳輸線，饋電圓弧的一端與饋電分支線的后端連接，所有饋電分支線的前端與連接在一起，形成該輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)的中心。

上述方案中，零階諧振器、寄生輻射器和輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)均敷貼于上層介質(zhì)基板的上表面。

上述方案中，金屬地板敷貼于下層介質(zhì)基板的下表面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點：

1)在零階諧振貼片的外圍使用圓弧形的寄生輻射貼片，激勵起第二個諧振頻率，從而增大天線的阻抗帶寬；

2)在寄生輻射貼片的一端連接垂直的銷釘，增大天線的垂直輻射場，改善天線的軸比帶寬；

3)在上層貼片和底層地板之間采用空氣介質(zhì)，降低天線Q值，從而進一步增大天線阻抗帶寬；

4)采用多種技術(shù)增大天線阻抗和方向圖帶寬，并保持良好的軸比特性，實現(xiàn)寬頻帶的低剖面全向圓極化天線；

5)天線厚度僅為0.08λ，具有低剖面的特點；

6)適用于寬頻帶、低剖面、圓極化和全向輻射的系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1是寬頻帶低剖面全向圓極化天線的立體圖；

圖2是寬頻帶低剖面全向圓極化天線的俯視圖；

圖3是寬頻帶低剖面全向圓極化天線的仰視圖；

圖4是寬頻帶低剖面全向圓極化天線的側(cè)視圖；

圖5是天線實施例的S11曲線；

圖6是天線實施例在輻射平面的軸比AR曲線；

圖7是天線實施例在1.37GHz的輻射方向圖；

圖8是天線實施例在1.45GHz的輻射方向圖；

圖9是天線實施例在1.50GHz的輻射方向圖；

圖10是天線實施例在1.58GHz的輻射方向圖。

圖中標號：1-1、零階諧振貼片；1-2、零階諧振銷釘；2-1、寄生輻射貼片；2-2、寄生輻射銷釘；3-1上層介質(zhì)基板；3-2下層介質(zhì)基板；4、金屬地板；5、輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)；6、饋電探針。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明，本實施例在以發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

寬頻帶低剖面全向圓極化天線，如圖1-4所示，由零階諧振器、寄生輻射器、上層介質(zhì)基板3-1、下層介質(zhì)基板3-2、金屬地板4、輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5和饋電探針6組成。

天線有3層介質(zhì)，包括位于上層的上層介質(zhì)基板3-1、位于中間層的空氣層和位于下層的下層介質(zhì)基板3-2。上層介質(zhì)基板3-1和下層介質(zhì)基板3-2的介電常數(shù)可任意取值，介質(zhì)基板的半徑為rs＝44mm，在本實施例中介質(zhì)基板3-1和3-2的相對介電常數(shù)都為2.2。上層介質(zhì)基板3-1用于支撐零階諧振貼片1-1、寄生輻射貼片2-1和輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5。下層介質(zhì)基板3-2用于支撐金屬地板4。上層介質(zhì)基板3-1和下層介質(zhì)基板3-2由短路銷釘1-2和寄生輻射銷釘2-2支撐。中間層為空氣層，厚度為h1＝14mm。

零階諧振器、寄生輻射器、金屬地板4、輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5和饋電探針6構(gòu)成天線的功能模塊。

金屬地板4為圓形結(jié)構(gòu)，半徑為rg＝27.7mm，敷貼于下層介質(zhì)基板3-2的背面。

零階諧振器由4個零階諧振貼片1-1和4個零階諧振銷釘1-2組成。每個零階諧振貼片1-1均為一段圓弧。4個零階諧振貼片1-1均敷貼于上層介質(zhì)基板3-1上，并同圓心且同半徑圍成一圈，每2個零階諧振貼片1-1的首端和尾端之間間隔為g1＝1mm，由此構(gòu)成1個外半徑為r1＝28mm，寬度為W1＝3mm的非完整間斷地的圓環(huán)形。每個零階諧振貼片1-1各設(shè)有1個零階諧振銷釘1-2，該零階諧振銷釘1-2垂直于零階諧振貼片1-1和金屬地板4所處平面，并嵌入到上層介質(zhì)基板3-1與下層介質(zhì)基本3-2之間的空氣層中。零階諧振銷釘1-2一端與每個零階諧振貼片1-1相連，另一端與金屬地板4相連。

寄生輻射器由4個寄生輻射貼片2-1和4個寄生輻射銷釘2-2構(gòu)成。每個寄生輻射貼片2-1均為一段圓弧。4個寄生輻射貼片2-1均敷貼于上層介質(zhì)基板3-1上且與零階諧振貼片1-1共平面，每2個寄生輻射貼片2-1的首端和尾端之間的間隔為g2＝10mm，由此構(gòu)成1個外半徑為r2＝43.5mm，寬度為W2＝2mm的非完整間斷地的圓環(huán)形。每個寄生輻射貼片2-1各設(shè)有1個寄生輻射銷釘2-2，該寄生輻射銷釘2-2垂直于寄生輻射貼片所處平面，并嵌入到上層介質(zhì)基板3-1與下層介質(zhì)基本3-2之間的空氣層中。寄生輻射銷釘2-2的一端與每個寄生輻射貼片2-1相連，另一段穿過下層介質(zhì)基板3-2并懸置。

輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5敷貼于上層介質(zhì)基板3-1上，并位于該天線的中部。輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5包括4個呈中心對稱分布的饋電分支。每個饋電分支由饋電圓弧和饋電分支線構(gòu)成，饋電圓弧為一段圓弧，饋電分支線為一段傳輸線，饋電圓弧的一端與饋電分支線的后端連接，4個饋電分支線的前端連接在一起，形成1個輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5的中心。饋電分支線的寬度為W0＝0.5mm，饋電圓弧的半徑為r0＝10.8mm，間距為g0＝4mm。

輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5、零階諧振貼片1-1所構(gòu)成的非完整的圓環(huán)形和寄生輻射貼片2-1所構(gòu)成的非完整的圓環(huán)形三者同圓心，該圓心的中心即為天線的中心。饋電探針6位于天線的中心處，垂直于饋電分支和金屬地板4所處平面，并嵌入到上層介質(zhì)基板3-1與下層介質(zhì)基本3-2之間的空氣層中。饋電探針6一端與輻射型饋電網(wǎng)絡(luò)5的中心相連，一端穿過金屬地板4與下部的饋源相接。

圖5是天線實施例的S11曲線。一般，若天線在某一頻段內(nèi)的S11小于-10dB，則認為天線在該頻段內(nèi)阻抗匹配良好，該頻帶帶寬為天線的阻抗帶寬。實施例天線在1.37-1.69GHz范圍內(nèi)S11小于-10dB，匹配良好；因此，實施例天線具有320MHz的阻抗帶寬，即20.9％的阻抗帶寬(相對與中心頻率1.53GHz)。

圖6是天線實施例在輻射平面的軸比AR曲線。一般，若天線在某一頻段內(nèi)的軸比AR小于3dB，則認為天線在該頻段內(nèi)具有良好的圓極化特性，該頻段帶寬為天線的軸比帶寬。實施例天線在1.26-1.58GHz范圍內(nèi)AR小于3dB，圓極化特性良好；因此實施例天線具有320MHz的軸比帶寬，即22.5％的軸比帶寬(相對與中心頻率1.42GHz)。

由圖5和圖6可見，實施例天線在1.37-1.58GHz范圍內(nèi)，即具有良好的阻抗匹配，也具有良好的圓極化特性；因此天線的工作頻帶為210MHz，即14.2％的工作帶寬。

圖7、圖8、圖9和圖10分別為天線實施例在1.37GHz、1.45GHz、1.50GHz和1.58GHz的輻射方向圖。各圖中A為xy面的方向圖，B為xz面的方向圖。由圖可見，天線實施例在這幾個頻點的右旋圓極化波都遠大于左旋圓極化波，即天線在整個頻段內(nèi)輻射右旋圓極化波。天線實施例在這幾個頻點都具有相似的方向圖，即天線實施例在xy平面為全向的圓形方向圖，在xz平面為啞鈴形方向圖。因此，天線實施例在整個頻段內(nèi)具有良好的全向輻射特性。天線實施例的增益在整個頻段內(nèi)約為1.24-1.56dBi。

本發(fā)明涉及全向圓極化天線技術(shù)領(lǐng)域。提供一種具有寬頻帶、低剖面的全向圓極化天線。本發(fā)明使用四個新型零階諧振器組成圓環(huán)陣，獲得全向輻射的圓極化波；并在用空氣介質(zhì)獲得低的Q值從而增大帶寬；同時，使用四個寄生輻射貼片組成的圓環(huán)陣進一步增大帶寬，并以寄生輻射銷釘改善極化特性，以使天線在較寬頻段內(nèi)獲得良好的圓極化特性。本發(fā)明所設(shè)計的天線適用于需要低剖面全向圓極化天線的系統(tǒng)中。

最后應說明的是，所述實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚的表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用于限制本發(fā)明的專利保護范圍；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。