一种宽带圆极化U缝贴片天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种宽带圆极化U缝贴片天线。

背景技术

由于圆极化天线能够减少多径干扰，消除“法拉第旋转”效应，并允许发射天线和接收天线之间的位置灵活摆放，因而广泛用于卫星通信、美国GPS、北斗全球导航卫星系统（GNSS）和射频识别技术（RFID）等领域。常见的圆极化天线有贴片天线、螺旋和振子天线，相比于螺旋和振子天线，贴片天线具有低剖面、易于制造、加工精度高、易与载体共形等优点，从而被广泛应用。但是，贴片天线最大的缺点是工作频带窄限制了其应用范围。

为了适应现代通信系统对圆极化天线小型化和宽带化的要求，现有贴片天线多采用高介电常数并且厚度较厚的介质基板来展宽带宽。但是，厚的介质基板造成了天线剖面较高、重量过重，制造成本增加。此外，高介电常数的介质基板会激起介质表面波，降低天线的辐射效率。除带宽外，圆极化贴片天线的整体性能一般不高，相关重要性能参数往往顾此失彼，比如：普遍存在馈电结构简单但圆极化带宽窄，圆极化带宽宽但馈电结构复杂的问题。因此，高性能宽带单馈圆极化贴片天线的研究具有重要意义和实用价值。

发明内容

为了解决现有技术的不足或者部分地解决现有技术的不足，本发明提供一种宽带圆极化U缝贴片天线，在不增加天线的体积下或使用复杂的馈电结构情况下，利用天线的三个正交模式，有效地拓展了贴片天线的带宽。

本发明提供的宽带圆极化U缝贴片天线，由三部分部件组成；

第一部分为上层金属贴片，天线的主体辐射部分，采用印刷金属层；贴片整体上呈正方形，厚度为18-35微米；在贴片内部开有一个非对称的U形槽；该槽的线宽宜在1-2毫米宽，深度宜在18-35微米深，两支臂的长度和间距均小于正方形贴片的边长，具体尺寸则根据实际天线所需要的阻抗和轴比带宽决定的；该非对称的U形槽不仅可以引入一个新的模式，还能有效调节贴片天线的TM10和TM01模式的特性，三个模式被同时激励，辐射出宽带圆极化电磁波。

第二部分为中间介质层，是金属贴片的载体，用于支撑金属贴片；该介质层为底面呈正方形、具有厚度在3-5毫米的长方体。在馈电位置处开一个较小直径（如为0.6-1毫米）的圆柱孔；介质层材料选用高介电常数的介质材料，有利于天线的小型化。

第三部分为下层金属地板，地板上在介质层中圆柱孔的对应位置处开有一个较大直径（如为3-5毫米）的圆柱孔，用于插入馈电探针，地板整体呈方形。地板起反射电磁波的作用，提高天线增益。

同轴馈电探针插入介质板和地板内对应的圆柱孔，与上层金属贴片直接连接，激励天线。

天线工作时，三个正交的模式将被同时激励起来，有效地拓展了贴片天线的圆极化带宽。

本发明天线结构简单，方便实现双圆极化，同时极大提升圆极化带宽。

附图说明

图1为宽带圆极化U缝贴片天线的结构示意图。

图2为宽带圆极化U缝贴片天线的共振模式分布图。

图3为宽带圆极化U缝贴片天线的回波损耗仿真图。

图4为宽带圆极化U缝贴片天线的轴比仿真图。

图5为宽带圆极化U缝贴片天线在5.5 GHz处的xoy平面方向图。

图6为宽带圆极化U缝贴片天线在5.5 GHz处的yoz平面方向图。

图中编号说明：1为上层金属贴片，2为贴片上开的非对称的U形缝隙，3为中间介质板，4为下层金属地板,5为介质板上开的细圆柱孔，6为地板上开的粗圆柱孔。

具体实施方式

天线采用“金属-介质-金属”三明治的结构，先用PCB工艺在介质板3（根据实际需求选用合适的介质板）上印刷厚度为18-35微米的上层铜箔金属贴片1，在贴片1上开非对称的U形缝隙2，槽的线宽宜在1-2毫米宽，深度宜在18-35微米深，两支臂的长度和间距均小于正方形贴片的边长，具体尺寸则根据实际天线所需要的阻抗和轴比带宽确定，并在介质板3的馈电位置处钻一个直径为0.8毫米的细圆柱孔5。接着在介质板3下方附上金属地板4，同样在金属地板4的相同馈电位置处在上钻一个直径为4.0毫米的粗圆柱孔6，即装配完成。使用时，只需将同轴探针插入即可使用。

如图1所示为宽带圆极化U缝贴片天线的结构图示，按照上面的说明装配即可组装好天线。

如图2所示为宽带圆极化U缝贴片天线的共振模式分布图。

如图3所示为宽带圆极化U缝贴片天线的回波损耗仿真图。

如图4所示为宽带圆极化U缝贴片天线的轴比仿真图。

如图5所示为宽带圆极化U缝贴片天线在5.5 GHz处的xoy平面方向图。

如图6所示为宽带圆极化U缝贴片天线在5.5 GHz处的yoz平面方向图。