本发明专利技术公开了一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，该天线具有四层结构，第一层为印刷在上介质板上层具有旋转对称特性的辐射结构，包括四个非对称偶极子，每个偶极子包含外侧的长臂和内侧的短臂；第二层为人工磁导体结构，包括印刷在中介质板上层的两种尺寸不同的方形金属贴片；第三层为印刷在下介质板上层的地板以及下层的馈电网络，包括二阶的威尔金森功分器和90°宽带移相器；第四层为四个印刷在垂直介质板上的宽带巴伦结构，为辐射结构提供平衡馈电，同时实现了宽频带内的阻抗匹配。此天线具有频带宽、剖面低、结构简单、带内增益平缓等优点，适合用于电子对抗、射频识别系统、无线局域网、全球定位系统等无线通信领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线
本专利技术涉及无线通信领域中的天线设计技术，特别涉及一种基于非对称偶极子宽频带低剖面圆极化天线。
技术介绍
现代通信系统需要在复杂的环境和条件下实现稳定的通信，这对天线的稳定性和抗干扰性有很高的要求。圆极化天线由于具有减小多径效应、提高极化匹配效率以及抵消法拉第旋转效应等优势，在电子对抗、射频识别系统、无线局域网、全球定位系统等无线通信领域中受到了更多的关注，宽带圆极化天线的设计成为电磁领域的研究热点。近年来，低剖面天线受到了天线设计者的关注，利用人工磁导体结构，可以在不改变天线带宽的情况下，大幅降低天线的剖面，进而减小天线的体积。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是利用非对称偶极子实现宽带特性，并通过加载人工磁导体(AMC)结构降低天线剖面高度，实现一种宽频带低剖面圆极化天线。此天线具有频带宽、剖面低、结构简单、带内增益平缓等特点。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，天线包括四层介质板，第一层介质板包括印刷在其上的四个非对称偶极子，每个偶极子包含外侧的长臂和内侧的短臂；第二层介质板包括印刷在其上的大、小方形金属贴片，大、小方形金属贴片分别对应印刷在长臂和短臂正下方的第二层介质板上；第三层介质板包括印刷在其上层的地板和下层的馈电网络；第四层介质板包括四个印刷有宽带巴伦结构的垂直介质板；所述四个垂直介质板分别穿过第一、二、三层介质板，通过宽带巴伦结构分别连接四个非对称偶极子、地板和馈电网络，实现宽频带低剖面圆极化天线的辐射。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：优选的，所述长臂是由直角三角形切角而成的五边形金属贴片，切角部分均为直角三角形；所述短臂是由菱形切角而成的金属贴片，切角部分均为三角形。优选的，所述长臂旋转对称地分布在短臂外侧；长臂直角三角形短边切角与短臂菱形切角之间通过垂直介质板相连。优选的，所述大方形金属贴片和小方形金属贴片按照阵列顺序排列构成人工磁导体结构，其中大方形金属贴片周期地对应在长臂下方，小方形金属贴片周期地对应在短臂下方。优选的，所述垂直介质板分别相对于第一、二、三层介质板的边垂直分布；所述第一、二、三层介质板为面积相同的矩形，第四层介质板顶部设为矩形凸起。优选的，所述宽带巴伦包括巴伦馈电部分和巴伦接地部分，所述巴伦馈电部分位于垂直介质板的外侧，为一个带有延伸段的倒U形结构，延伸段为50Ω微带线，倒U形为阻抗变换微带线；所述巴伦接地部分位于垂直介质板内侧，为一个与垂直介质板等宽的矩形接地金属贴片，在矩形接地金属贴片上设有垂直的盲槽。优选的，所述馈电网络包括印刷在第三层介质板上的三个二阶威尔金森功分器和一个90°宽带移相器，所述二阶威尔金森功分器和90°宽带移相器的馈线末端均为一分二的端口；二阶威尔金森功分器末端端口分别连接第二个二阶威尔金森功分器和90°宽带移相器末端端口，90°宽带移相器另一个末端端口连接第三个二阶威尔金森功分器，第二、三个二阶威尔金森功分器的一分二的端口分别通过馈电线连接两个垂直介质板的巴伦馈电部分。优选的，所述二阶威尔金森功分器上两个间距不同的馈电线之间分别设有两个电阻。优选的，所述第一介质板、第二介质板和第四层介质板选用RogersRT/duroid5880介质板，厚度分别为1mm、1mm和0.5mm；第三层介质板选用为RogersRO4003介质板，厚度为0.8mm。所述天线中心频率为3GHz，相对阻抗带宽不小于107％，轴比带宽达到96％，3dB增益带宽不小于88％；所述天线的XOZ面方向图与YOZ面方向图近乎一致；带内增益平缓；最大增益不小于9.62dBic。本专利技术的特点在于：本专利技术基于非对称偶极子结构，结合人工磁导体加载方法，设计专利技术了一种新型的基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线。为了展宽天线的阻抗带宽，采用了非对称偶极子结构，并且非对称偶极子的两臂分别采用了切角菱形和切角三角形的形式，其中切角菱形在高频工作，切角三角形在低频工作。通过优化偶极子几何参数，对天线进行分段阻抗匹配，使得高频段和低频段曲线平滑且连通，进而达到宽频带的效果。为了降低天线剖面，在中介质板上层印刷了两种人工磁导体结构，该结构使用两种尺寸不同的方形金属贴片，尺寸大的方形金属贴片位于偶极子外侧长臂正下方；尺寸小的方形金属贴片位于偶极子内侧短臂正下方；通过两种人工磁导体对两种偶极子臂的分段作用，整个频带都能够利用人工磁导体的同相反射特性来降低天线的剖面高度。同时，采用顺序旋转结构，利用宽带功分移相器，实现了较宽的轴比带宽。其中，二阶威尔金森功分器提供等幅同向激励，同时，在二阶威尔金森功分器上分别加载两个阻值不同的贴片电阻，以进一步提高两个输出端口之间的隔离度。另外，通过宽带移相器，可以在较宽的频带内保持稳定的相位差。并且，将地板放置在天线下方，使得天线的辐射方向图具有良好的定向性，保证在整个工作频带内最大辐射方向都位于天线的正上方。此天线具有频带宽、剖面低、结构简单、带内增益平缓等优点，适合用于电子对抗、射频识别系统、无线局域网、全球定位系统等无线通信领域。附图说明图1为本专利技术圆极化天线的立体结构示意图；图2为本专利技术圆极化天线的整体结构俯视图；图3为本专利技术圆极化天线的整体结构侧视图；图4为本专利技术圆极化天线的馈电网络仰视图；图5(a)、(b)分别为本专利技术圆极化天线的二阶威尔金森功分器以及宽带移相器结构图；图6为本专利技术圆极化天线的人工磁导体结构俯视图；图7为本专利技术圆极化天线的反射系数曲线图；图8为本专利技术圆极化天线的轴比曲线图；图9为本专利技术圆极化天线在1.7GHz的XOZ面主极化与交叉极化方向图；图10为本专利技术圆极化天线在1.7GHz的YOZ面主极化与交叉极化方向图；图11为本专利技术圆极化天线在3.2GHz的XOZ面主极化与交叉极化方向图；图12为本专利技术圆极化天线在3.2GHz的YOZ面主极化与交叉极化方向图；图13为本专利技术圆极化天线在4.7GHz的XOZ面主极化与交叉极化方向图；图14为本专利技术圆极化天线在4.7GHz的YOZ面主极化与交叉极化方向图；图15为本专利技术圆极化天线的主极化增益曲线图。图中：1、第一层介质板；2、第二层介质板；3、第三层介质板；4、第四层介质板；5、长臂；6、短臂；7、小方形金属贴片；8、大方形金属贴片；9、巴伦接地部分；10、巴伦馈电部分；11、馈电网络；12、100Ω电阻；13、200Ω电阻；14、馈电端口；15、90°宽带移相器；16、二阶威尔金森功分器；17、地板；18、垂直介质板；19、馈电线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对专利技术作进一步的详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。如图1所示，为本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于，天线包括四层介质板，第一层介质板(1)包括印刷在其上的四个非对称偶极子，每个偶极子包含外侧的长臂(5)和内侧的短臂(6)；第二层介质板(2)包括印刷在其上的大、小方形金属贴片(7、8)，大、小方形金属贴片(7、8)分别对应印刷在长臂(5)和短臂(6)正下方的第二层介质板(2)上；第三层介质板(3)包括印刷在其上层的地板(17)和下层的馈电网络(11)；第四层介质板(4)包括四个印刷有宽带巴伦结构的垂直介质板(18)；/n所述四个垂直介质板分别穿过第一、二、三层介质板，通过宽带巴伦结构分别连接四个非对称偶极子、地板(17)和馈电网络(11)，实现宽频带低剖面圆极化天线的辐射。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于，天线包括四层介质板，第一层介质板(1)包括印刷在其上的四个非对称偶极子，每个偶极子包含外侧的长臂(5)和内侧的短臂(6)；第二层介质板(2)包括印刷在其上的大、小方形金属贴片(7、8)，大、小方形金属贴片(7、8)分别对应印刷在长臂(5)和短臂(6)正下方的第二层介质板(2)上；第三层介质板(3)包括印刷在其上层的地板(17)和下层的馈电网络(11)；第四层介质板(4)包括四个印刷有宽带巴伦结构的垂直介质板(18)；
所述四个垂直介质板分别穿过第一、二、三层介质板，通过宽带巴伦结构分别连接四个非对称偶极子、地板(17)和馈电网络(11)，实现宽频带低剖面圆极化天线的辐射。
2.根据权利要求1所述的一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于，所述长臂(5)是由直角三角形切角而成的五边形金属贴片，切角部分均为直角三角形；
所述短臂(6)是由菱形切角而成的金属贴片，切角部分均为三角形。
3.根据权利要求2所述的一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于，所述长臂(5)旋转对称地分布在短臂(6)外侧；长臂(5)直角三角形短边切角与短臂(6)菱形切角之间通过垂直介质板(18)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于，所述大方形金属贴片(8)和小方形金属贴片(7)按照阵列顺序排列构成人工磁导体结构，其中大方形金属贴片周期地对应在长臂下方，小方形金属贴片周期地对应在短臂下方。
5.根据权利要求1所述的一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于，所述垂直介质板(18)分别相对于第一、二、三层介质板的边垂直分布；所述第一、二、三层介质板为面积相同的矩形，第四层介质板(4)顶部设为矩形凸起。
6.根据权利要求1所述的一种基于非对称偶极子的宽频带低剖面圆极化天线，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，李长江，冯天喜，刘学康，钱龙，胡志鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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