一种采用圆柱共形电磁带隙结构的宽波束圆极化y形-h形槽小型化圆贴片天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用圆柱共形电磁带隙结构的宽波束圆极化Y形-H形槽小型化圆贴片天线的技术领域，特别是涉及一种采用Y形槽结构和Η形槽结构的贴片天线。
【背景技术】
[0002]随着卫星导航通信技术的飞速发展，各式的通信产品与技术也如雨后春笋般地出现。对于在通信产品中用来发射与接收信号的天线，其性能优异与尺寸大小更是直接决定着通信产品的适用领域和经济效应。
[0003]天线是用以发射或接收电磁波的一种元件，一般可从工作频率、辐射方向图(Radiat1n Pattern)、反射系数(Return Loss)和天线增益(Antenna Gain)等参数来获知天线的特性。现今的无线产品所使用的天线必须具有性能佳、尺寸小和成本低等特点，才能得到市场的广泛接受与肯定。贴片天线具有剖面低、重量轻、易加工、易共形安装、以及可与其它电路元件制作在同一电路等优点。由于任意极化波都可被圆极化天线接收，同时圆极化波也可被任意极化天线接收，使得圆极化天线在电子干扰、卫星通信等领域得到了广泛应用。传统贴片天线的贴片尺寸约为二分之一波长，且波束宽度不够宽，因此如何实现双圆极化、减小天线尺寸和展宽波束成为天线研发的一个重要研究方向。电磁带隙结构是一种人造的周期结构，存在明显的频率禁带特性，能够控制电磁波的传播，达到理想磁壁的效果，因此引起人们的普遍关注。
[0004]根据目前检索发现，Tzung-Wern Ch1u等提出了一种紧凑型双圆极化贴片天线，采用两个矩形环状贴片实现小型化，以及两个Η型缝隙耦合馈电实现双圆极化。YANG Jie等提出了一种带有折合电壁结构的宽波束圆极化天线，采用圆形贴片结构和两点馈电结构实现了圆极化，且四周围绕的立体电壁结构有效地扩展了波束宽度。Li Yang等提出了一种具有通孔结构的螺旋形电磁带隙结构，这种电磁带隙结构具有小型化特性和良好的禁带特性，水平放置于天线阵单元之间有效地降低了天线单元之间的互耦。Bell等采用电磁带隙结构代替阿基米德螺旋天线的λ/4背腔，使天线厚度压缩，同时增益和带宽基本不变。杨绍华等将电磁带隙结构应用于小型圆极化贴片天线，通过添加锯齿提高天线方向图的前后比。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题为:提供一种采用圆柱共形电磁带隙结构的具有Υ形槽结构和Η形槽结构的圆形贴片天线，使得天线满足小型化、圆极化和宽波束特性。
[0006]本发明采用的技术方案为:一种圆柱共形电磁带隙结构的宽波束圆极化圆形贴片天线，其结构实现如下:
[0007]第一介质基板，具有相互平行的第一表面和第二表面；
[0008]辐射贴片，位于第一介质基板的第二表面中心，所述第一介质基板及金属贴片均为圆形结构，金属贴片具有Y形槽结构和Η形槽结构；
[0009]第二介质基板，平行放置于第一介质基板上方，第一介质基板与第二介质基板之间为泡沫支撑；
[0010]寄生贴片，位于第二介质基板的第三表面中心，所述第二介质基板及寄生贴片均为圆形；
[0011]第三介质基板，具有圆柱共形的第四表面和第五表面，与第一介质基板和第二介质基板共轴心环绕，并垂直放置于第一表面之上；
[0012]圆柱共形电磁带隙结构，位于第三介质基板，该介质基板具有圆柱型结构，其中第五表面上为电磁带隙结构金属接地板；具有四臂L形折返线的电磁带隙结构金属贴片周期排列于第四表面上，与第三介质基板共形。
[0013]进一步的，辐射贴片具有Υ形槽结构和Η形槽结构；
[0014]所述Υ形槽结构具有:
[0015]对称结构，8个Υ形槽关于第一介质基板的第二表面中心旋转对称，Υ形槽由3个等长的直线槽组成，其中Υ形槽第一直线槽一端指向第二表面中心，另一端端接第二直线槽和第三直线槽，第二直线槽和第三直线槽夹角为45°，形成Υ形槽结构，以第二表面中心间隔45°旋转得到8个Υ形槽结构；
[0016]所述Η形槽结构具有:
[0017]对称结构，16个Η形槽关于第一介质基板的第二表面中心旋转对称，且Η形槽关于Η形槽第一槽对称，Η形槽由3种不同长度的直线槽组成，Η形槽第一槽垂直于Υ形槽第二直线槽，2个Η形槽第二槽分别垂直并中心位于Η形槽第一槽两端，2个Η形槽第三槽分别垂直并中心位于Η形槽第二槽两端，形成Η形槽结构，1个Υ形槽端接两个Η形槽结构，由此得到16个Η形槽结构。
[0018]进一步的，根据贴片天线的工作频率以及第三介质基板的介电常数和厚度，优化设计圆柱共形电磁带隙结构单元尺寸和四臂L形折返线结构；
[0019]进一步的，天线通过四个金属化过孔实现圆极化，四个金属化过孔均匀分布于第一介质基板第二表面的8个Υ形槽结构之间；馈电同轴线内导体通过金属化过孔与第一介质基板第二表面的辐射贴片相焊接，同轴线外导体与第一介质基板第一表面的天线金属地板相焊接。
[0020]所述圆柱共形电磁带隙结构:
[0021]圆柱共形电磁带隙结构由两排阵列组成，共形的电磁带隙结构单元绕垂直于第一表面中心轴间隔22.5°旋转得到32个单元，垂直放置于第一介质基板第一表面的天线金属地板之上，第四表面上的带有四臂L形折返线结构的电磁带隙结构金属贴片单元面向圆柱内部，第五表面上的电磁带隙结构金属地板面向圆柱外侧，并与第一介质基板第一表面的天线金属地板相接；
[0022]所述四臂L形折返线结构:
[0023]四臂L形折返线具有中心对称结构，由中心正方形和4个相同的折返线结构组成，每个L形折返线由折线连接线和5种不同长度直线组成，L形折返线第一线有3个，其余4组线各有2个，其中第一线一端与中心正方形一端点相连并垂直于一边，其余4组不同长度的线，每组2个相同长度的线垂直连接，按长度由大到小的顺序由里到外依次排列，各组之间由折线连接线连接，形成一条L形折返线，以中心正方形中心旋转90°得到四臂L形折返线结构。
[0024]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0025](1)本发明采用Y形和Η形槽结构的辐射贴片，有效减小了天线的尺寸；可供优化的天线设计参数多，设计自由度大；
[0026](2)本发明采用圆柱共形电磁带隙结构等效理想磁壁，展宽天线的波束宽度，且四臂L形折返线结构实现了电磁带隙结构的小型化；
[0027](3)本发明采用四点同轴馈电，便于实现双圆极化，可通过馈电网络实现天线双圆极化工作。
【附图说明】
[0028]图1Α为本发明实例的俯视示意图；
[0029]图1Β为本发明实例的侧视示意图；
[0030]图2Α为本发明实例的辐射贴片示意图；
[0031]图2Β为本发明实例的第二介质基板俯视示意图；
[0032]图3Α为本发明实例的圆柱共形电磁带隙结构侧视示意图；
[0033]图3Β为本发明实例的具有四臂L形折返线的电磁带隙结构金属贴片单元示意图；
[0034]图4为本发明实例的第一介质基板和第三介质基板结构关系图；
[0035]图5Α为本发明实例的反射系数曲线；
[0036]图5Β为本发明实例的轴比方向图；
[0037]图5C为本发明实例的增益方向图；
[0038]其中，附图标记含义为:
[0039]100:第一表面；
[0040]200:第一介质基板；
[0041]300:第二表面；
[0042]400:第二介质基板；
[0043]500:第三表面；
[0044]600:第三介质基板；
[0045]601:第四表面；
[0046]602:第五表面；
[0047]603:电磁带隙结构单元金属贴片；
[0048]603a:L形折返线第一线；
[0049]603b:L形折返线第二线；
[0050]603c:L形折返线第三线；
[0051]603d:L形折返线第四线；
[0052]603e:L形折返线第五线；
[0053]603f:L形折返线中心正方形；
[0054]603g:折线连接线；
[0055]301:辐射贴片；
[0056]302:Y形槽结构；
[0057]302a:Y 形槽第一槽；
[0058]302b:Y 形槽第二槽；
[0059]302c:Y形槽第三槽；
[0060]303:Η形槽结构；
[0061]303a:H 形槽第一槽；
[0062]303b:H 形槽第二槽；
[0063]303c:H形槽第三槽；
[0064]501:寄生贴片；
[0065]F:金属化过孔；
[0066]F1:同轴线内导体；
[0067]F2:同轴线外导体；
[0068]R1:辐射贴片半径；
[0069]R2:寄生贴片半径；
[0070]R3:第一介质基板半径；
[0071]R4:第二介质基板半径；
[0072]Η:电磁带隙结构高度；
[0073]Η1:第一介质基板厚度；
[0074]Η2:第二介质基板厚度；
[0075]Η3:第三介质基板厚度；
[0076]Η4:第一介质基板与第二介质基板距离；
[0077]Υ:Υ形槽第二槽长度；
[0078]ff:Υ型槽宽度；
[0079]ffl:Η形槽第一槽长度；
[0080]W2:Η形槽第二槽长度；
[0081 ]W3:Η形槽第三槽长度；
[0082]E:L形折返线宽度；
[0083]E0:L形折返线中心正方形边长；
[0084]El:L形折返线第一线长度；
[0085]E2:L形折返线第二线长度；
[0086]E3:L形折返线第三线长度；
[0087]E4:L形折返线第四线长度；
[0088]E5:L形折返线第五线长度。
【具体实施方式】
[0089