一种宽带圆极化电小栅格天线

1.本发明涉及天线技术领域，具体为一种宽带圆极化电小栅格天线。


背景技术：

2.随着通信系统的高速发展，移动平台上的可用空间越来越有限，天线主要发展趋势朝着集成化和小型化方向，高性能、小型化的天线需求量很大；因此，电小天线成为近年来研究的热点。同时，圆极化天线相对于线极化天线具有显著的优势，包括减少极化失配，抑制多径干扰，提高收发器之间的系统灵敏度等。
3.目前，现有的电小圆极化天线通常具有较窄的带宽，大部分不超过2％，不能够大范围应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是提供一种宽带圆极化电小栅格天线。
5.本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有从上至下依次设置的第一介质基板和第二介质基板；
6.所述第一介质基板的上表面设置有寄生栅格结构，所述第一介质基板的下表面设置有寄生交叉偶极子，所述第二介质基板的下表面设置有激励单元；
7.所述激励单元包括沿所述第二介质基板中心旋转180
°
设置的两个激励组件，两组激励组件分别用于激励寄生栅格结构、寄生交叉偶极子。
8.进一步，所述寄生交叉偶极子包括正交设置的第一寄生偶极子组件和第二寄生偶极子组件；
9.所述第一寄生偶极子组件包括沿所述第一介质基板中心旋转180
°
设置的两个第一t字形偶极子，所述第二寄生偶极子组件包括沿所述第一介质基板中心旋转180
°
设置的两个第二t字形偶极子；
10.所述第一t字形偶极子包括第一金属条带，以及与所述第一金属条带远离所述第一介质基板中心一端连接的第一弧形金属条带；
11.所述第二t字形偶极子包括第二金属条带，以及与所述第一金属条带远离所述第一介质基板中心一端连接的第二弧形金属条带。
12.进一步，所述激励单元包括沿所述第二介质基板中心旋转180
°
设置的两个激励组件；
13.两个激励组件均包括第三金属条带，以及与所述第三金属条带远离所述第二介质基板中心一端连接的第三弧形金属条带，以及与所述第三金属条带靠近所述第二介质基板中心一端连接的第四金属条带，所述第四金属条带与所述第三金属条带相互正交设置，且所述第四金属条带的长度方向的中轴线经过所述第二介质基板中心。
14.进一步，所述寄生栅格结构包括中心重合且相互正交的第一矩形框和第二矩形框；
15.所述第一矩形框内沿水平方向等间距平行的设置有十个水平金属条带，所述第二矩形框内沿竖直方向等间距平行的六个竖直金属条带，十个水平金属条带与六个竖直金属条带相互正交设置；
16.所述第一矩形框两侧水平边的内侧与分别与第二矩形框两侧水平边的外侧重叠相连。
17.进一步，两个第一金属条带以及两个第二金属条带靠近第一介质基板中心一端的间距w5均为5mm；
18.所述第一金属条带与第二金属条带的宽度w4均为3.62mm；
19.所述第一弧形金属条带与第一弧形金属条带的外半径r1为35mm，所述第一弧形金属条带的内半径r2为30.14mm，所述第二弧形金属条带的内半径r3为31.54mm，所述第一弧形金属条带与第一弧形金属条带的弧形角度α1均为75
°
。
20.进一步，所述第三弧形金属条带的内半径r4为31mm；所述第三弧形金属条带的外半径r5为33.03mm；所述第三弧形金属条带的弧形角度α2为32
°
；
21.所述第四金属条带的长度l8为10mm；所述第三金属条带和第四金属条带的宽度w6均为1.58mm。
22.进一步，所述第一矩形框竖直方向的长度l1为42.86mm，所述第一矩形框水平方向的宽度l2为36mm，所述第二矩形框竖直方向的长度l3为45.2mm，所述第二矩形框水平方向的宽度l4为30.28mm；
23.所述水平金属条带的宽度w1为1.28mm，相邻水平金属条带之间以及水平金属条带与第一矩形框水平边之间的间距l6均为2.5mm，所述竖直金属条带的宽度w2为1.16mm，相邻竖直金属条带之间以及竖直金属条带与第二矩形框竖直边之间的间距l5均为3mm；
24.所述第一矩形框竖直边与第二矩形框竖直边之间的间距l7均为1.86mm。
25.进一步，所述第一介质基板和第二介质基板均为圆形结构，且所述第一介质基板和第二介质基板中心轴线重合。
26.进一步，两个激励组件均与馈线连接，所述馈线为同轴电缆。
27.进一步，所述第一介质基板和第二介质基板的半径均为35mm；
28.所述第一介质基板厚度为0.101mm，采用型号为rogers rt/duroid4350b的制作材料，其相对介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037；
29.所述第二介质基板厚度为0.508mm，采用型号为rogers rt/duroid4003c的制作材料，其相对介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027。
30.由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
31.1、本技术通过两个激励组件分别激励起寄生栅格结构、寄生交叉偶极子的一对正交模式，通过将两种圆极化模式叠加，最终得到电小尺寸下的宽带圆极化辐射特性。
32.2、本技术中的天线具有宽带圆极化辐射特性下稳定的双向辐射方向图，同时具有小型化、紧凑化、结构简单、成本低等特点，且具有广泛的应用价值。
33.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
34.本发明的附图说明如下。
35.图1为本发明宽带圆极化电小栅格天线的结构示意图。
36.图2为本发明激励单元结构示意图。
37.图3为本发明寄生交叉偶极子结构示意图。。
38.图4为本发明寄生栅格结构示意图。
39.图5为本发明实施例中宽带圆极化电小栅格天线的反射系数(|s
11
|)随频率变化的曲线图。
40.图6为本发明实施例中宽带圆极化电小栅格天线的轴比曲线示意图。
41.图7为本发明实施例中宽带圆极化电小栅格天线的增益曲线示意图。
42.图8为本发明实施例中宽带圆极化电小栅格天线的辐射效率曲线示意图。
43.图9为本发明实施例中宽带圆极化电小栅格天线在1.4ghz频点的辐射方向图。
44.图10为本发明实施例中宽带圆极化电小栅格天线在1.6ghz频点的辐射方向图。
45.图中：1-第一介质基板；2-第二介质基板；3-寄生栅格结构；4-寄生交叉偶极子；5-激励单元；6-第一t字形偶极子；7-第二t字形偶极子；9-第一矩形框；10-第二矩形框；11-同轴电缆；61-第一金属条带；62-第一弧形金属条带；71-第二金属条带；72-第二弧形金属条带；81-第三金属条带；82-第三弧形金属条带；83-第四金属条带；91-水平金属条带；101-竖直金属条带。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
47.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
48.如图1-图4所示的一种宽带圆极化电小栅格天线，包括从上至下依次设置的第一介质基板1和第二介质基板2；
49.所述第一介质基板1的上表面设置有寄生栅格结构3，所述第一介质基板1的下表面设置有寄生交叉偶极子4，所述第二介质基板2的下表面设置有激励单元5；
50.所述激励单元5包括沿所述第二介质基板2中心旋转180
°
设置的两个激励组件，两组激励组件分别用于激励寄生栅格结构3、寄生交叉偶极子4。
51.在本发明实施例中，寄生栅格结构3印刷在第一介质基板1的上表面，寄生交叉偶极子4印刷在第一介质基板1的下表面，激励单元5印刷在第二介质基板2的下表面，通过两
个激励组件分别激励起寄生栅格结构、寄生交叉偶极子的一对正交模式，通过将两种圆极化模式叠加，最终得到电小尺寸下的宽带圆极化辐射特性。
52.作为本发明的一种实施例，所述寄生交叉偶极子4包括正交设置的第一寄生偶极子组件和第二寄生偶极子组件；
53.所述第一寄生偶极子组件包括沿所述第一介质基板1中心旋转180
°
设置的两个第一t字形偶极子6，所述第二寄生偶极子组件包括沿所述第一介质基板1中心旋转180
°
设置的两个第二t字形偶极子7；
54.所述第一t字形偶极子6包括第一金属条带61，以及与所述第一金属条带61远离所述第一介质基板1中心一端连接的第一弧形金属条带62；
55.所述第二t字形偶极子7包括第二金属条带71，以及与所述第一金属条带71远离所述第一介质基板1中心一端连接的第二弧形金属条带72。
56.作为本发明的一种实施例，所述激励单元5包括沿所述第二介质基板2中心旋转180
°
设置的两个激励组件；
57.两个激励组件均包括第三金属条带81，以及与所述第三金属条带81远离所述第二介质基板2中心一端连接的第三弧形金属条带82，以及与所述第三金属条带81靠近所述第二介质基板2中心一端连接的第四金属条带83，所述第四金属条带83与所述第三金属条带81相互正交设置，且所述第四金属条带83的长度方向的中轴线经过所述第二介质基板2中心。
58.作为本发明的一种实施例，所述寄生栅格结构3包括中心重合且相互正交的第一矩形框9和第二矩形框10；
59.所述第一矩形框9内沿水平方向等间距平行的设置有十个水平金属条带91，所述第二矩形框10内沿竖直方向等间距平行的六个竖直金属条带101，十个水平金属条带91与六个竖直金属条带101相互正交设置；
60.所述第一矩形框9两侧水平边的内侧与分别与第二矩形框10两侧水平边的外侧重叠相连。
61.作为本发明的一种实施例，所述第一介质基板1和第二介质基板2均为圆形结构，且所述第一介质基板1和第二介质基板2中心轴线重合。
62.作为本发明的一种实施例，两个激励组件均与馈线连接，所述馈线为同轴电缆11。
63.在本发明实施例中，同轴电缆11为50欧姆同轴电缆，其对激励单元进行馈电。
64.作为本发明的一种实施例，所述第一介质基板1和第二介质基板2的半径均为35mm；
65.所述第一介质基板1厚度为0.101mm，采用型号为rogers rt/duroid4350b的制作材料，其相对介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037；
66.所述第二介质基板2厚度为0.508mm，采用型号为rogers rt/duroid4003c的制作材料，其相对介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027。
67.两个第一金属条带61以及两个第二金属条带71靠近第一介质基板1中心一端的间距w5均为5mm；
68.所述第一金属条带61与第二金属条带71的宽度w4均为3.62mm；
69.所述第一弧形金属条带62与第一弧形金属条带72的外半径r1为35mm，所述第一弧
形金属条带62的内半径r2为30.14mm，所述第二弧形金属条带72的内半径r3为31.54mm，所述第一弧形金属条带62与第一弧形金属条带72的弧形角度α1均为75
°
。
70.所述第三弧形金属条带82的内半径r4为31mm；所述第三弧形金属条带82的外半径r5为33.03mm；所述第三弧形金属条带82的弧形角度α2为32
°
；
71.所述第四金属条带83的长度l8为10mm；所述第三金属条带81和第四金属条带83的宽度w6均为1.58mm。
72.所述第一矩形框9竖直方向的长度l1为42.86mm，所述第一矩形框9水平方向的宽度l2为36mm，所述第二矩形框10竖直方向的长度l3为45.2mm，所述第二矩形框10水平方向的宽度l4为30.28mm；
73.所述水平金属条带91的宽度w1为1.28mm，相邻水平金属条带91之间以及水平金属条带91与第一矩形框9水平边之间的间距l6均为2.5mm，所述竖直金属条带101的宽度w2为1.16mm，相邻竖直金属条带101之间以及竖直金属条带101与第二矩形框10竖直边之间的间距l5均为3mm；
74.所述第一矩形框9竖直边与第二矩形框10竖直边之间的间距l7均为1.86mm。
75.经过仿真优化之后得到各项参数尺寸如表1所示：
76.表1本发明各参数最佳尺寸表
77.[0078][0079]
依照上述参数，使用hfss对所设计的双频天线阵列的反射系数特性参数进行仿真分析和测试，其分析结果如下：
[0080]
天线的|s
11
|曲线如图5所示，当天线|s
11
|《-10db时，本天线阻抗带宽范围为1.28-1.74ghz。
[0081]
天线的轴比(ar)曲线如图6所示，仿真结果显示圆极化带宽范围为1.34～1.65ghz。
[0082]
天线的增益曲线如图7所示，结果显示天线在工作频带内的增益值基本保持在2.1dbic，频带内的增益波动范围在0.3db内。
[0083]
天线的辐射效率曲线如图8所示，结果显示天线在工作频带内辐射效率均大于87％。
[0084]
天线在1.4ghz处的辐射方向图如图9所示，其中x0z面和y0z面的方向图分别如图9中(a)、(b)所示。
[0085]
天线在1.6ghz处的辐射方向图如图10所示，天线在工作频带内呈现出双向辐射特性，其中x0z面和y0z面的方向图分别如图10中(a)、(b)所示。
[0086]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。