一種圓極化的高增益低剖面諧振天線的製作方法

2023-11-02 22:20:17

一種圓極化的高增益低剖面諧振天線的製作方法
【專利摘要】一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，包括諧振腔以及位於諧振腔中的線極化饋源，所述諧振腔包括相互平行設置的金屬板和介質基板，在金屬板的兩個正交方向上周期設置若干十字形縫隙構成部分反射表面，在與金屬板相對的介質基板上表面的兩個正交方向上周期設置若干矩形金屬貼片構成人工磁導體，在介質基板的下表面設置接地板，所述金屬板、介質基板和接地板通過緊固件連接固定。本發明提供一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，解決了現有高增益圓極化天線採用饋電網絡和單元組陣的方式，帶來饋電複雜和單元間的互耦影響天線性能的問題。
【專利說明】一種圓極化的高增益低剖面諧振天線
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高增益天線，尤其涉及一種圓極化的高增益低剖面諧振天線。
【背景技術】
[0002]現代雷達、衛星通信等領域通常需要使用較高增益的圓極化天線。通常需要採用饋電網絡來實現圓極化的幅度和相位條件。另一方面，為了實現較高增益通常採用單元組陣的方式，因此帶來的問題是饋電複雜和單元間的互耦對天線性能的影響。

【發明內容】

[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，解決了現有高增益圓極化天線採用饋電網絡和單元組陣的方式，帶來饋電複雜和單元間的互耦影響天線性能的問題。
[0004]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:
[0005]一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，包括諧振腔以及位於諧振腔中的線極化饋源，所述諧振腔包括相互平行設置的金屬板和介質基板，在金屬板的兩個正交方向上周期設置若干十字形縫隙構成部分反射表面，在與金屬板相對的介質基板上表面的兩個正交方向上周期設置若干矩形金屬貼片構成人工磁導體，在介質基板的下表面設置接地板，所述金屬板、介質基板和接地板通過緊固件連接固定。
[0006]所述構成部分反射表面的十字形縫隙在兩個正交方向上的周期長度相等；所述構成十字形縫隙的兩條正交縫隙的長度不相等，寬度相等。
[0007]所述構成人工磁導體的矩形金屬貼片在兩個正交方向上的周期長度不等，矩形金屬貼片短邊方向的周期長度小於長邊方向的周期長度。
[0008]所述線極化饋源的極化方向與矩形金屬貼片的長邊或短邊方向成45°夾角。
[0009]所述接地板與部分反射表面之間的距離滿足d= (l/4+n/2) 勺條件，其中λ0為中心頻率電磁波的自由空間波長，η = 0，1，2...。
[0010]本發明的有益效果:1、本發明與現有的圓極化天線相比免除了傳統圓極化天線的饋電網絡，縱向尺寸小，結構更加簡單；2、本發明通過部分反射表面以及與部分反射表面平行的人工磁導體構成諧振腔，利用諧振特性使得不需要採用陣列結構，增益即可得到顯著的提高；3、本發明的線極化饋源的極化方向與矩形金屬貼片的長邊或短邊方向成45度夾角，即線極化饋源輻射的電磁波總可分解為兩個極化正交的電磁波，其方向分別平行於矩形金屬貼片的長邊與短邊，由十字形縫隙構成的部分反射表面與矩形金屬貼片構成的人工磁導體一起構成諧振腔，兩者分別提供兩個極化正交的電磁波間合適的反射相位差，可以通過調節十字形金屬縫隙沿兩維方向上的長度來調節部分反射表面的反射相位頻響，通過調節矩形金屬貼片的長邊與短邊長度來調節人工磁導體的反射相位頻響，實現將線極化波變換為圓極化波，同時實現低剖面和高增益。【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的總體結構示意圖。
[0012]圖2為本發明的的側視圖。
[0013]圖3為本發明的部分反射表面的結構示意圖。
[0014]圖4為本發明的部分反射表面周期單元的結構示意圖。
[0015]圖5為本發明的人工磁導體的結構示意圖。
[0016]圖6為本發明的人工磁導體周期單元的結構示意圖。
[0017]圖7為線極化饋源的位置示意圖。
[0018]圖8為本發明的反射係數曲線圖。
[0019]圖9為本發明的軸比頻響曲線圖。
[0020]圖10為本發明的增益頻響曲線圖。
[0021]圖11為本發明的水平面方向圖。
[0022]圖12為本發明的垂直面方向圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0024]如圖1、2、3和5所示，一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，包括諧振腔2以及位於諧振腔2中的線極化饋源I，所述諧振腔2包括相互平行設置的金屬板22和介質基板21，在金屬板22的兩個正交方向上周期設置若干十字形縫隙23構成部分反射表面，在與金屬板22相對的介質基板21上表面的兩個正交方向上周期設置若干矩形金屬貼片24構成人工磁導體，在介質基板21的下表面設置接地板25，接地板25與部分反射表面之間的距離滿足d= (1/4+η/2) λ。的條件，其中λ。為中心頻率電磁波的自由空間波長，η = 0，1，2...，所述金屬板22、介質基板21和接地板25通過緊固件26連接固定。
[0025]如圖4所示，所述構成部分反射表面的十字形縫隙23在兩個正交方向上的周期長度相等，均為P，構成十字形縫隙23的兩條正交縫隙的長度分別為Sx和Sy，寬度均為Sw，並且縫隙長度不相等。
[0026]如圖6所示，所述構成人工磁導體的矩形金屬貼片24在兩個正交方向上的周期長度不等，矩形金屬貼片24短邊方向的周期長度Py小於長邊方向的周期長度Px，其中Px為中心頻率電磁波的自由空間波長的0.2?0.3倍，矩形金屬貼片24的長邊和短邊的長度分別為Ix和Iyo
[0027]以上所述的諧振天線的線極化饋源I的極化方向與矩形金屬貼片24的長邊或短邊方向成45°夾角，即線極化饋源輻射的電磁波總可分解為兩個極化正交的電磁波，其方向分別平行於矩形金屬貼片24的長邊與短邊，由十字形縫隙23構成的部分反射表面與矩形金屬貼片24構成的人工磁導體一起構成諧振腔2，兩者分別提供兩個極化正交的電磁波間合適的反射相位差，可以通過調節十字形縫隙23沿兩維方向上的長度來調節部分反射表面的反射相位頻響，通過調節矩形金屬貼片24的長邊與短邊長度來調節人工磁導體的反射相位頻響，實現將線極化波變換為圓極化波，同時實現低剖面和高增益。
[0028]為了便於說明各結構參數的設計過程，給定結構參數:矩形金屬貼片24的Ix =4mm, Iy = 2.5mm,沿長邊方向的周期長度Px=5mm,沿短邊方向的周期長度Py = 3.6mm,十字形縫隙 23 的周期長度 P=I lmm, Sx = 10.5mm, Sy = 7.2mm,縫寬 Sw = 2mm,中心頻率 f = 14GHz,
接地板25與部分反射表面之間的距離5.5mm,滿足:d 1/4λo,，其中λo為中心頻率電磁波
的自由空間波長。選用仿真軟體如Ansoft公司的HFSS、CST公司的Microwave Studio CST等高頻仿真軟體，在計算機上模擬仿真得到:如圖8所示的反射係數曲線圖、圖9所示的軸比頻響曲線圖、圖10所示的增益頻響曲線圖、圖11所示的水平面方向圖、圖12所示的垂直面方向圖。以上得到的曲線實在給定條件下獲得，若改變結構參數也可以獲得相似的曲線。
[0029]為了易於圓極化本發明的線極化饋源I可以由微帶貼片或其變型結構構成，這種結構的線極化饋源I貼合在與金屬板22相對的介質基板21的上表面，介質基板21上表面其餘的地方沿矩形的長邊和短邊方向周期排列若干矩形金屬貼片24，如圖7所示。
[0030]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下 ，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，其特徵在於:包括諧振腔(2)以及位於諧振腔(2)中的線極化饋源(1)，所述諧振腔(2)包括相互平行設置的金屬板(22)和介質基板(21)，在金屬板(22)的兩個正交方向上周期設置若干十字形縫隙(23)構成部分反射表面，在與金屬板(22)相對的介質基板(21)上表面的兩個正交方向上周期設置若干矩形金屬貼片(24)構成人工磁導體，在介質基板(21)的下表面設置接地板(25)，所述金屬板(22)、介質基板(21)和接地板(25 )通過緊固件(26 )連接固定。
2.根據權利要求1所述的一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，其特徵在於:所述構成部分反射表面的十字形縫隙(23)在兩個正交方向上的周期長度相等。
3.根據權利要求2所述的一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，其特徵在於:所述構成十字形縫隙(23)的兩條正交縫隙的長度不相等，寬度相等。
4.根據權利要求1所述的一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，其特徵在於:所述構成人工磁導體的矩形金屬貼片(24)在兩個正交方向上的周期長度不等，矩形金屬貼片(24)短邊方向的周期長度小於長邊方向的周期長度。
5.根據權利要求1或4所述的一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，其特徵在於:所述線極化饋源(I)的極化方向與矩形金屬貼片(24)的長邊或短邊方向成45°夾角。
6.根據權利要求1所述的一種圓極化的高增益低剖面諧振天線，其特徵在於:所述接地板(25)與部分反射表面之間的距離滿足d= (1/4+η/2) λ。的條件，其中λ。為中心頻率電磁波的自由空間波長，η = O，1，2...。
【文檔編號】H01Q15/24GK103730736SQ201410005744
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】劉震國 申請人:東南大學