【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线，涉及一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线及天线阵列。
技术介绍
1、随着社会的发展，人们对于通信系统的功能要求日益提高，在众多应用场景中，相控阵天线能够动态调整波束方向，进行多目标跟踪，成为一种必然选择。在通信领域，为保证合作用户在不同姿态下的信号能够连续正常互联，天线通常选择圆极化工作模式，圆极化天线能够处理多种复杂情况下信号的传输，抵抗多径干扰，应用场景更广。因此，相较于常规的线性极化雷达相控阵，圆极化相控阵天线能够实现高增益、波束灵活扫描和赋形，具有优越的天线特性，同时还需要满足天线的低轴比要求，以减少系统极化失配损失。
2、在构建圆极化相控阵的过程中，为实现良好的低轴比性能，需要对天线单元进行优化，以获得宽带、宽角低交叉极化性能。但是实际工程中很难实现这一目标，尤其是在宽带宽角扫描情况下。由于天线的极化模式与工作频率密切相关，当频率范围增大时，不同频率的信号会导致天线的辐射模式和极化状态发生变化，天线轴比会快速恶化，难以保持低轴比要求。现有技术通常会将阵列中单元天线按一定规律旋转布局，获得空间圆极化场平均效益，以此达到改善和提升整体阵列天线轴比等性能。如申请公开号为cn118738881a的专利技术专利，公开了一种宽角低轴比四馈双圆极化天线单元及双圆极化天线，采用了中心旋转对称结构实现辐射层，改善了圆极化天线的轴比，保证了阵列天线方向图的对称性；利用功分器和3db电桥实现了左、右旋圆极化天线单元四点旋转、镜像对称馈电，提高了双圆极化在宽角内的轴比指标特性。
3、圆极化天线单元包
技术实现思路
1、本专利技术的技术方案用于解决现有的圆极化相控阵天线存在设计复杂、成本高、系统损耗高以及辐射效率低的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
3、一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，包括从上至下平行排列的第一介质层、第二介质层、第三介质层和金属板；
4、所述第一介质层的上表面设置有高频圆形天线，所述高频圆形天线的圆心与第一介质层的几何中心重合；所述第三介质层的上表面设置有低频环形天线，所述低频环形天线的圆心与第三介质层的几何中心重合；
5、所述第三介质层和金属板的几何中心均开设有金属通孔，所述金属板的下表面设置有馈电结构，所述馈电结构的内导体通过金属通孔连接第三介质层的上表面，所述金属板为正方形；所述第三介质层的上表面还设置有贴片功分器，所述贴片功分器设置在低频环形天线的内环；所述贴片功分器包括第一功分支路、第二功分支路和电阻；所述第一功分支路的输入端与第二功分支路的输入端相交于金属通孔；所述第一功分支路的输出端与第二功分支路的输出端分别连接低频环形天线；
6、所述第一功分支路相对金属板的中垂线偏离一定角度，第一功分支路的长度大于第二功分支路的长度，第一功分支路上的射频信号与第二功分支路上的射频信号幅度相同，水平极化和垂直极化的相位相差90°。
7、进一步地，所述第一功分支路包括依次连接的第一矩形微带线、第一弧形微带线、第二矩形微带线、第二弧形微带线和第三矩形微带线；所述第二功分支路包括依次连接的第四矩形微带线、第四弧形微带线、第五矩形微带线、第五弧形微带线和第六矩形微带线；所述第一矩形微带线的输入端与第四矩形微带线的输入端垂直并相交于金属通孔，所述第一矩形微带线、第一弧形微带线、第二矩形微带线分别与第四矩形微带线、第四弧形微带线、第五矩形微带线沿角平分线对称布置；所述电阻的一端连接第二矩形微带线，电阻的另一端连接第五矩形微带线，所述第二矩形微带线与第五矩形微带线平行布置；所述第二弧形微带线的长度大于第五弧形微带线的长度；所述第三矩形微带线的输出端与第六矩形微带线的输出端分别连接低频环形天线。
8、进一步地，所述第一功分支路相对金属板的中垂线偏离5°。
9、进一步地，所述金属板的边长为30mm。
10、进一步地，所述高频圆形天线与低频环形天线同轴，所述低频环形天线通过电磁耦合将信号能量传递到高频圆形天线，所述高频圆形天线发射圆极化辐射信号。
11、进一步地，所述高频圆形天线的半径为9mm；所述低频环形天线的内径为4mm，外径为6mm。
12、进一步地，所述第一介质层、第二介质层和第三介质层的介质材料相同，相对介电常数均为2.94，第一介质层的厚度为0.254mm，第二介质层的厚度为2mm，第三介质层的厚度为0.762mm。
13、进一步地，所述第二介质层为气凝胶或空气介质，相对介电常数为1.0，厚度为2mm；第一介质层和第三介质层的介质材料相同，相对介电常数均为2.94，第一介质层的厚度为0.254mm，第三介质层的厚度为0.762mm。
14、本专利技术还提供一种天线阵列，包括多个天线单元，所述天线单元为所述的基于几何中心馈电的圆极化贴片天线。
15、本专利技术的优点在于：
16、(1)本专利技术将贴片功分器和低频环形天线共层设置在第三介质层上，并将贴片功分器设置在低频环形天线的内环空间，相较于传统天线与功分器分层设计，能够有效降低天线剖面高度，节省贴片天线的空间，提高天线口径面积利用率，使天线整体结构更紧凑，降低制造成本。
17、(2)贴片功分器的两条支路由于偏离角度的原因导致其中一条功分支路的微带线长度大于另外一条功分支路，延长了功分支路的传输射频信号的传输路径，通过控制功分支路的传输路径长度，保证在一定偏离角度下，水平极化和垂直极化的相位相差90°，由于三端口网络能量平衡困难，通过在两条功分支路之间增加电阻元件的形式来保证垂直极化和水平极化的幅度保持相等，满足圆极化辐射条件，有效利用空间结构，完成能量分配。
18、(3)本专利技术将高频圆形天线与低频环形天线设置为同轴，能够降低低频天线与高频天线之间的阻抗失配，能够增强电磁场的重叠使得低频环形天线更有效地将能量传递给高频圆形天线，同轴设置能够保持信号的相位一致，提高辐射效率和信号质量，确保高频天线以预期的方式辐射信号，提高天线整体性能。此外，同轴设置在保证非必要的辐射方向和干扰的同时，能够简化天线结构，降低天线整体设计的复杂性，优化天线的辐射特性。
19、(4)在天线阵列中，可通过旋转各天线单元至任意角度，以改善整体天线阵列的轴比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，包括从上至下平行排列的第一介质层、第二介质层、第三介质层和金属板；
2.根据权利要求1所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一功分支路包括依次连接的第一矩形微带线、第一弧形微带线、第二矩形微带线、第二弧形微带线和第三矩形微带线；
3.根据权利要求2所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一功分支路相对金属板的中垂线偏离5°。
4.根据权利要求3所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述金属板的边长为30mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述高频圆形天线与低频环形天线同轴，所述低频环形天线通过电磁耦合将信号能量传递到高频圆形天线，所述高频圆形天线发射圆极化辐射信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述高频圆形天线的半径为9mm；所述低频环形天线的内径为4mm，外径为6mm。
7.根据权利要求1所述的一种基
8.根据权利要求1所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第二介质层为气凝胶或空气介质，相对介电常数为1.0，厚度为2mm；第一介质层和第三介质层的介质材料相同，相对介电常数均为2.94，第一介质层的厚度为0.254mm，第三介质层的厚度为0.762mm。
9.一种天线阵列，其特征在于，包括多个天线单元，所述天线单元为权利要求1-8任一项所述的基于几何中心馈电的圆极化贴片天线。
...【技术特征摘要】
1.一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，包括从上至下平行排列的第一介质层、第二介质层、第三介质层和金属板；
2.根据权利要求1所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一功分支路包括依次连接的第一矩形微带线、第一弧形微带线、第二矩形微带线、第二弧形微带线和第三矩形微带线；
3.根据权利要求2所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一功分支路相对金属板的中垂线偏离5°。
4.根据权利要求3所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述金属板的边长为30mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于几何中心馈电的圆极化贴片天线，其特征在于，所述高频圆形天线与低频环形天线同轴，所述低频环形天线通过电磁耦合将信号能量传递到高频圆形天线，所述高频圆形天线发射圆极化辐射信号。
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪弘利，汪伟，郑治，罗彦彬，唐祥福，余超，王烁，赵磊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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