一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线
文献发布时间:2023-06-19 11:02:01
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域,尤其是指一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线。
背景技术
圆极化天线目前广泛地应用于卫星通信、导航定位、射频身份识别(RFID)等系统,相对于线极化天线,主要有两大优势。一方面,圆极化天线可以减轻或者避免极化失配带来的增益损失,在卫星通信中不受大气层的法拉第旋转效应的影响,收发天线之间不需要对准,摆放灵活,通信质量稳定。另一方面,圆极化天线对多径反射的圆极化信号有天然抑制效果,在导航系统中可以提高定位精度。在实际的产品应用中,圆极化天线除了要满足特定的电气性能外,还要兼顾剖面、重量和成本等因素。微带贴片天线具有低剖面、重量轻、易于集成、易于加工等优点,是圆极化天线的最佳实现形式之一。
近几十年来,国内关于圆极化微带贴片天线的研究取得了极大的发展,提出了满足不同应用需求的各种类型的圆极化贴片天线。总的来说,根据天线辐射波束形状的不同,目前的圆极化微带贴片天线大致可以分为两类。第一类是具有边射波束方向图的圆极化微带贴片天线,其最大辐射方向沿法线方向。例如,文献“M.K.Ray,K.Mandal andN.Nasimuddin,"Low-Profile Circularly Polarized Patch Antenna With Wide 3dBBeamwidth,"in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,vol.18,no.12,pp.2473-2477,Dec.2019”提出一种方形圆极化贴片天线,通过激励起一对正交主模(TM
此外,对于一些特定的场合,如隧道、廊道等,由于其结构为窄长状,则需要具有双波束方向图的天线。方便安装、具有低剖面特性的双波束圆极化贴片天线是最佳的选择。目前,关于双波束贴片天线的研究主要集中在线极化。例如,文献“J.Li,Z.N.Chen,D.Wu,G.Zhang and Y.Wu,"Dual-Beam Filtering Patch Antennas for WirelessCommunication Application,"in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.66,no.7,pp.3730-3734,July 2018”中提出一种具有滤波特性双波束贴片天线,其极化方式为线极化。
从原理上来讲,双波束圆极化贴片天线单元的设计是困难的。常规的宽边辐射圆极化贴片天线基于正交简并模(如方形贴片的TM
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:设计一种具有双波束、馈电结构简单、加工工艺简单、成本低的圆极化贴片天线。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线,包括依次层叠设置的主贴片、第一介质层和金属地板,还包括用于向所述主贴片馈电的馈电探针;所述主贴片为矩形贴片,且设置有第一镂空槽和第二镂空槽;所述主贴片的长边长度大于短边的长度;所述第一镂空槽的一端延伸至主贴片的一长边边沿,所述第二镂空槽的一端延伸至主贴片的另一长边边沿;所述馈电探针与所述主贴片之间的连接点位于所述第一镂空槽与所述第二镂空槽之间;所述连接点与所述主贴片的中心重合。
进一步地,所述第一镂空槽和所述第二镂空槽均为矩形槽,二者的长度方向均与所述短边平行;所述第一镂空槽、所述连接点和所述第二镂空槽到同一所述短边的距离分别为a、b、c,其中,ab>c。
进一步地,所述第一镂空槽与所述第二镂空槽关于所述连接点呈中心对称。
进一步地,所述长边长度为A,所述短边长度为B,其中,1.5 进一步地,所述第一镂空槽和所述第二镂空槽的长度均为C,其中,0.25B≤C 进一步地,还包括寄生贴片和第二介质层;所述第二介质层位于所述寄生贴片与所述主贴片之间。 进一步地,所述寄生贴片呈矩形状,其一边与所述短边相互平行。 进一步地,所述寄生贴片设置有两个,两所述寄生贴片的中心的投影均落在所述短边的中垂线上,且两投影分居所述连接点两侧。 进一步地,两所述寄生贴片关于所述长边的中垂线呈镜像对称。 进一步地,所述第一介质层由空气和/或介质板构成,所述第二介质层由空气和/或介质板构成。 本发明的有益效果在于:充分利用主贴片的主模和高阶模,并巧妙地引入缝隙加载来改变他们的电流分布,使得它们不仅具有正交的极化方式,其最大辐射方向一致,极化特性保持稳定,进而使得天线具有双波束、剖面低、结构简单等效果,也易于加工,加工成本低。 附图说明 下面结合附图详述本发明的具体结构 图1为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例1的结构立体示意图(左旋圆极化贴片天线); 图2为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例1的结构俯视图(左旋圆极化贴片天线); 图3为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3-4的结构立体示意图; 图4为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的部分结构爆炸图(左旋圆极化贴片天线); 图5为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的结构主视图(左旋圆极化贴片天线); 图6为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的过馈电探针的结构剖视图(左旋圆极化贴片天线); 图7为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3-4的结构俯视图; 图8为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例1-4的结构仰视图; 图9为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例1的仿真轴比曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图10为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例1的仿真左旋圆极化实际增益变化曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图11为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例1的3.42GHz频点处的仿真左旋圆极化辐射方向图; 图12为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的仿真轴比曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图13为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的仿真左旋圆极化实际增益变化曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图14为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的3.28GHz频点处的仿真左旋圆极化辐射方向图; 图15为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例3的3.52GHz频点处的仿真左旋圆极化辐射方向图; 图16为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例2的结构立体示意图(右旋圆极化贴片天线); 图17为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例4的部分结构爆炸图(右旋圆极化贴片天线); 图18为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例2的仿真轴比曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图19为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例2的仿真右旋圆极化实际增益变化曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图20为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例2的0.920GHz频点处的仿真右旋圆极化辐射方向图; 图21为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例4的仿真轴比曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图22为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例4的仿真右旋圆极化实际增益变化曲线图(观察点为theta=38°,phi=90°); 图23为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例4的0.88GHz频点处的仿真右旋圆极化辐射方向图; 图24为本发明的一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线的实施例4的0.92GHz频点处的仿真右旋圆极化辐射方向图; 其中,1-主贴片,11-第一楼空槽,12-第二镂空槽,13-长边,14-短边;2-第一介质层,3-金属地板,4-第二介质层,5-寄生贴片,6-馈电探针。 具体实施方式 根据本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果的具体实施方式并配合附图详予说明。 实施例1 请参阅图1、图2以及图8,一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线,包括依次层叠设置的主贴片1、第一介质层2和金属地板3,还包括用于向所述主贴片1馈电的馈电探针6;所述主贴片1为矩形贴片,且设置有第一镂空槽11和第二镂空槽12;所述主贴片1的长边13长度大于短边14的长度;所述第一镂空槽11的一端延伸至主贴片1的一长边13边沿,所述第二镂空槽12的一端延伸至主贴片1的另一长边13边沿;所述馈电探针6与所述主贴片1之间的连接点位于所述第一镂空槽11与所述第二镂空槽12之间;所述连接点与所述主贴片1的中心重合,使天线形成圆极化双波束方向图。 在上述结构基础上,所述第一镂空槽11和所述第二镂空槽12均为矩形槽,二者的长度方向均与所述短边14平行。所述第一镂空槽11、所述连接点和所述第二镂空槽12到同一所述短边14的距离分别为a、b、c,其中,ab>c。即所述第一镂空槽11、所述连接点和所述第二镂空槽12到同一所述短边14的距离均不相同,所述第一镂空槽11、所述连接点和所述第二镂空槽12三者均不在同一直线上。 在上述结构基础上,所述第一镂空槽11与所述第二镂空槽12关于所述连接点呈中心对称。
- 一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线
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