基于AMC反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线

本发明涉及无线通信天线，更具体的说是涉及一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线。

背景技术：

1、在现代无线通信系统中，圆极化天线可有效缓解极化失配、抑制多径衰落，被广泛应用于卫星导航、卫星通信等终端设备。当下各类无线业务覆盖频段持续增多，终端设备留给天线的安装空间不断压缩，行业对天线同时提出宽频带、低剖面、高增益的硬性设计需求，交叉偶极子圆极化天线因馈电简单、易实现圆极化辐射，成为该领域主流研究方向。

2、传统交叉偶极子天线谐振模式单一，圆极化带宽窄，应用场景受限。现有拓宽带宽方案普遍存在缺陷：1、额外加载寄生磁电偶极子、多层寄生贴片结构，虽能拓展轴比带宽，但会增大天线剖面尺寸，引入额外损耗，降低辐射效率；2、采用倾斜围栏、短路针、双腔背支撑结构，可实现宽带，但天线增益偏低或剖面高度过大；3、单纯引入人工磁导体amc实现低剖面的方案，圆极化带宽不足，无法兼顾宽带特性。

3、现有技术难以同时实现超低剖面、宽阻抗/轴比带宽、高辐射增益三项核心指标，传统设计方案带宽、剖面、增益性能相互制约，无法满足新一代卫星导航、卫星通信终端小型化、多频段、高接收灵敏度的使用需求。

4、因此，如何提供一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，旨在解决上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，包括辐射介质基板、交叉偶极辐射单元、相位延迟结构、若干寄生贴片、amc人工磁导体反射板、金属接地板、空气隔离层、多组竖直金属条以及馈电接口；

4、所述交叉偶极辐射单元印刷于所述辐射介质基板的上下表面，由两对正交布置的偶极子臂组成；所述相位延迟结构分别与正交布置的偶极子臂首尾相连，用于为两路偶极子臂提供相位差激励，以产生圆极化辐射；所述若干寄生贴片对称设置于偶极子臂之间的间隙处；所述amc人工磁导体反射板水平布置于所述交叉偶极辐射单元与所述金属接地板之间；所述金属接地板设置于所述amc人工磁导体反射板的下方；所述空气隔离层填充于所述amc人工磁导体反射板与所述金属接地板之间；所述多组竖直金属条沿所述金属接地板的边缘对称排布；所述馈电接口的内导体、外导体分别连接所述辐射介质基板上下两层的偶极子臂，用于接入外部射频信号。

5、进一步的，所述交叉偶极辐射单元为一对正交非对称蝶形半波交叉偶极辐射单元；所述相位延迟结构为两组90°相位延迟环；所述寄生贴片为四个四边形寄生贴片，对称刻蚀于蝶形偶极子臂的间隙处；所述amc人工磁导体反射板为铜钱型amc人工磁导体反射板；所述金属接地板为底层方形金属接地板；所述竖直金属条为四对竖直金属条，沿底层方形金属接地板边缘对称排布；所述馈电接口为50ω同轴馈电接口。

6、进一步的，所述辐射介质基板为fr4阻燃板材，介电常数4.4，损耗角正切0.02，整体尺寸为74mm×74mm，厚度为0.8mm；所述铜钱型amc人工磁导体反射板的基材采用fr4板材，厚度为1mm；所述铜钱型amc人工磁导体反射板与底层方形金属接地板之间的空气隔离层高度h2=15mm；所述底层方形金属接地板边长为145mm；天线整体剖面高度为最低工作频率对应自由空间波长的0.12λl。

7、进一步的，所述正交非对称蝶形半波交叉偶极辐射单元的偶极子主臂尺寸参数为33mm、19.5mm、11.5mm；所述90°相位延迟环的线宽为0.5mm，两路相位延迟环为辐射单元提供90°相位差激励，产生正交等幅电流，实现右旋圆极化辐射。

8、进一步的，所述四个四边形寄生贴片均匀对称分布于蝶形偶极子臂之间，贴片尺寸为8mm、12mm、22.5mm、21.5mm、25.5mm；所述寄生贴片通过近场电磁耦合激发出感应电流，拓展天线表面电流分布范围，延长等效电流路径，同步拓宽10db阻抗带宽与3db轴比带宽。

9、进一步的，所述铜钱型amc人工磁导体反射板的单元由圆形金属贴片镂空四个三角形缺口与中心矩形通孔构成，贴片外圆半径r3=14.5mm，单元间距为0.5mm；多组铜钱型amc单元周期阵列排布于1mm厚fr4基板的顶面。

10、进一步的，所述铜钱型amc单元的同相反射相位区间覆盖1.36–2.57ghz，同相反射相对带宽为62%；amc单元的等效电路由贴片间隙等效电容ca、金属贴片本体等效电感la、空气隔离层等效电感ld构成lc并联谐振回路，实现电磁波同相反射，压缩天线整体剖面高度。

11、进一步的，所述四对竖直金属条对称固定于方形接地板的四周，金属条高度为24mm、宽度为5mm；所述竖直金属条用于优化底层地平面表面电流分布，抑制amc反射板与交叉偶极子单元耦合产生的感应电流，消除通带内中频段轴比恶化缺陷，实现全工作频段稳定右旋圆极化辐射。

12、进一步的，天线所有金属辐射结构、四边形寄生贴片、铜钱型amc金属单元、边缘竖直金属条、底层金属接地板均采用pcb印刷覆铜工艺一体成型；辐射介质基板、amc反射基板、底层金属接地板之间通过尼龙绝缘柱支撑固定，保证空气隔离层高度恒定不变。

13、进一步的，天线实测10db阻抗带宽覆盖1.51–2.54ghz，相对带宽为50.9%；3db轴比带宽覆盖1.53–2.51ghz，相对带宽为48.5%；阻抗带宽与轴比带宽重叠工作带宽为48.5%；通带内峰值右旋圆极化增益为8.5dbic，平均增益为7.05dbic；主辐射方向右旋圆极化波增益相比左旋圆极化波高出15db以上，极化纯度高。

14、相较于现有技术，本发明采用铜钱型amc反射板替代传统金属反射地，将天线剖面压缩至0.12λl，实现超低剖面结构，适配小型化卫星导航、通信终端设备；通过非对称蝶形偶极子+四边寄生贴片拓宽电流路径，结合边缘金属条抑制耦合杂散电流，同步实现超宽阻抗带宽与轴比带宽，覆盖主流gps、卫星通信工作频段；全频段稳定右旋圆极化辐射，峰值增益8.5dbic，平均增益7.05dbic，相比同剖面amc圆极化天线增益性能显著提升，接收灵敏度更高；整体结构单层印刷pcb加工成型，无需多层腔体、复杂解耦网络，加工工艺简单，生产成本低，集成度高。

1.一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，包括辐射介质基板、交叉偶极辐射单元、相位延迟结构、若干寄生贴片、amc人工磁导体反射板、金属接地板、空气隔离层、多组竖直金属条以及馈电接口；

2.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述交叉偶极辐射单元为一对正交非对称蝶形半波交叉偶极辐射单元；所述相位延迟结构为两组90°相位延迟环；所述寄生贴片为四个四边形寄生贴片，对称刻蚀于蝶形偶极子臂的间隙处；所述amc人工磁导体反射板为铜钱型amc人工磁导体反射板；所述金属接地板为底层方形金属接地板；所述竖直金属条为四对竖直金属条，沿底层方形金属接地板边缘对称排布；所述馈电接口为50ω同轴馈电接口。

3.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述辐射介质基板为fr4阻燃板材，介电常数4.4，损耗角正切0.02，整体尺寸为74mm×74mm，厚度为0.8mm；所述铜钱型amc人工磁导体反射板的基材采用fr4板材，厚度为1mm；所述铜钱型amc人工磁导体反射板与底层方形金属接地板之间的空气隔离层高度h2=15mm；所述底层方形金属接地板边长为145mm；天线整体剖面高度为最低工作频率对应自由空间波长的0.12λl。

4.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述正交非对称蝶形半波交叉偶极辐射单元的偶极子主臂尺寸参数为33mm、19.5mm、11.5mm；所述90°相位延迟环的线宽为0.5mm，两路相位延迟环为辐射单元提供90°相位差激励，产生正交等幅电流，实现右旋圆极化辐射。

5.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述四个四边形寄生贴片均匀对称分布于蝶形偶极子臂之间，贴片尺寸为8mm、12mm、22.5mm、21.5mm、25.5mm；所述寄生贴片通过近场电磁耦合激发出感应电流，拓展天线表面电流分布范围，延长等效电流路径，同步拓宽10db阻抗带宽与3db轴比带宽。

6.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述铜钱型amc人工磁导体反射板的单元由圆形金属贴片镂空四个三角形缺口与中心矩形通孔构成，贴片外圆半径r3=14.5mm，单元间距为0.5mm；多组铜钱型amc单元周期阵列排布于1mm厚fr4基板的顶面。

7.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述铜钱型amc单元的同相反射相位区间覆盖1.36–2.57ghz，同相反射相对带宽为62%；amc单元的等效电路由贴片间隙等效电容ca、金属贴片本体等效电感la、空气隔离层等效电感ld构成lc并联谐振回路，实现电磁波同相反射，压缩天线整体剖面高度。

8.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述四对竖直金属条对称固定于方形接地板的四周，金属条高度为24mm、宽度为5mm；所述竖直金属条用于优化底层地平面表面电流分布，抑制amc反射板与交叉偶极子单元耦合产生的感应电流，消除通带内中频段轴比恶化缺陷，实现全工作频段稳定右旋圆极化辐射。

9.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，天线所有金属辐射结构、四边形寄生贴片、铜钱型amc金属单元、边缘竖直金属条、底层金属接地板均采用pcb印刷覆铜工艺一体成型；辐射介质基板、amc反射基板、底层金属接地板之间通过尼龙绝缘柱支撑固定，保证空气隔离层高度恒定不变。

10.根据权利要求1所述的一种基于amc反射板的宽带低剖面圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，天线实测10db阻抗带宽覆盖1.51–2.54ghz，相对带宽为50.9%；3db轴比带宽覆盖1.53–2.51ghz，相对带宽为48.5%；阻抗带宽与轴比带宽重叠工作带宽为48.5%；通带内峰值右旋圆极化增益为8.5dbic，平均增益为7.05dbic；主辐射方向右旋圆极化波增益相比左旋圆极化波高出15db以上，极化纯度高。