技术领域本发明涉及微带天线领域，特别涉及的是一种小型圆极化微带天线。
背景技术：
微带天线具有低轮廓特性，易与PCB(印刷电路板)技术和有源电路元器件集成；并且质量轻、易于加工，便于大规模生产，这使得微带天线广泛应用于无线通信的各个领域，包括导航、卫星通信、移动通信等领域。目前全球有四大卫星导航系统(北斗、GPS(全球定位导航系统)、Galileo(伽利略导航系统)、GLONASS(格洛纳斯导航系统))，应用较为成熟的是GPS，为了全面提升我国自主研发的北斗卫星导航系统的竞争力，北斗导航系统正在全方位快速发展中。与此同时，欧洲的伽利略系统和俄罗斯的GLONASS系统也进入了有计划地发展。若设计可运用于北斗系统的小型化天线，并同时兼容GSP和Galileo系统需求，便可节约同等功能情况下设备的成本，又能够扩增导航系统数据通道、提升数据传输速率，实现快速精确导航等性能。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种圆极化微带天线，质量轻便、体型小巧、馈电简单，该天线可用于导航、卫星通信、移动通信等领域。此外，可同时解决天线小型化、低轮廓和双工作频段的问题。为解决上述问题，本发明提出一种圆极化微带天线，包括：第一介质板，位于所述第一介质板的上表面的第一辐射贴片，及用于馈电的单馈电部件；所述第一辐射贴片为带四个切角的圆形辐射贴片；各切角呈弓形且分别位于圆形辐射贴片四个对称的位置上；所述圆形辐射贴片上，相邻两个切角的弓形高度不同，相对两个切角的弓形高度相同；所述圆形辐射贴片的相邻两个切角的弓形弦中点分别与圆心连成的连线之间的夹角呈直角；所述单馈电部件落于任一直角的角平分线上，且贯穿所述第一介质板和第一辐射贴片。根据本发明的一个实施例，还包括：位于所述第一辐射贴片的上表面的第二介质板，及位于所述第二介质板的上表面的第二辐射贴片；所述第一辐射贴片和第二辐射贴片均为带四个切角的圆形辐射贴片；各切角呈弓形且分别位于圆形辐射贴片四个对称的位置上；每个所述圆形辐射贴片上，相邻两个切角的弓形高度不同，相对两个切角的弓形高度相同；所述单馈电部件用于所述第一辐射贴片的馈电和所述第二辐射贴片的馈电；各所述圆形辐射贴片的相邻两个切角的弓形弦中点与圆心之间的连线的夹角呈直角，所述第一辐射贴片的各直角分别和所述第二辐射贴片的各直角对位吻合；所述单馈电部件落于任一直角的角平分线上，且贯穿所述第一介质板、第一辐射贴片、第二介质板和第二辐射贴片。根据本发明的一个实施例，还包括位于所述第一介质板的下表面的第三介质板、和位于所述第一介质板和第三介质板之间的电抗性金属面RIS结构；所述单馈电部件还贯穿所述第三介质板和所述电抗性金属面RIS结构。根据本发明的一个实施例，在所述第三介质板的下表面还设有天线地。根据本发明的一个实施例，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片的几何中心均设置有CSRR结构。根据本发明的一个实施例，所述单馈电部件为单馈电同轴线。根据本发明的一个实施例，所述第一辐射贴片工作于低频段，所述第二辐射贴片工作于高频段。根据本发明的一个实施例，所述第二介质板的上表面或下表面的面积小于所述第一介质板的上表面或下表面的面积，且所述第二介质板的上表面或下表面的面积小于所述第一辐射贴片的上表面或下表面的面积。根据本发明的一个实施例，所述第一介质板的上表面的靠近边缘部分不被所述第一辐射贴片覆盖，所述第一辐射贴片的上表面的靠近边缘部分不被所述第二介质板覆盖。根据本发明的一个实施例，各所述切角的弓形的弧小于四分之一圆。根据本发明的一个实施例，仅将所述单馈电部件位置绕所述圆形辐射贴片的圆心旋转+90°或者-90°，天线极化形式由右旋圆极化变为左旋圆极化、或由左旋圆极化变为右旋圆极化；或者，仅将四个切角位置绕所述圆形辐射贴片的圆心旋转+90°或者-90°，天线极化形式由右旋圆极化变为左旋圆极化、或由左旋圆极化变为右旋圆极化。采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：采用圆形辐射贴片，可以使得天线突变结构较少，有利于带宽的增加，在圆形辐射贴片的四个对称的位置上切出四个切角，且使得相邻的两个切角弓形高度不同，而相对的两个切角弓形高度相同，如此构造的圆形辐射贴片，用单馈电部件给圆形辐射贴片馈电，即可实现右旋圆极化或者左旋圆极化，不需要馈电网络，简化馈电方式，辐射贴片结构简单易加工，且圆极化特性较好，有利于微带天线小型化。通过两层同类型的带切角的圆形辐射贴片，构成双层辐射贴片天线结构，可使天线同时工作于两个频段，即能够实现不同频段数据同时传输，提高数据传输速率，提高天线应用的精确性和效率。利用第二辐射贴片的介质板小于第一辐射贴片及其介质板，可减小对第一辐射贴片辐射的影响。采用电抗性金属面RIS结构和互补开口谐振环结构CSRR结构实现天线小型化，同时有助于改善天线的轴比、带宽和增益。附图说明图1是本发明实施例的圆极化微带天线的俯视透视图；图2是本发明实施例的圆极化微带天线的一横截面剖面结构示意图；图3是本发明实施例的对应天线工作于低频段的第一辐射贴片结构示意图；图4是本发明实施例的对应天线工作于高频段的第二辐射贴片结构示意图；图5是本发明实施例的电抗性金属面RIS结构示意图；图6是本发明实施例的第一辐射贴片的CSRR结构示意图；图7是本发明实施例的第二辐射贴片的CSRR结构示意图；图8是本发明实施例的天线仿真的S11示意图；图9a、9b是本发明实施例的天线仿真的1.27GHz和1.58GHz轴比示意图；图10a～10d是本发明实施例的天线仿真的1.27GHz和1.58GHz主辐射平面增益。图中标记说明：1-天线地，2-第三介质板，3-电抗性金属面RIS结构，4-第一介质板，5-第一辐射贴片，6-第二介质板，7-第二辐射贴片，8-单馈电部件，9-第一辐射贴片的CSRR结构，10-第二辐射贴片的CSRR结构，11、12、13、14-第一辐射贴片的切角，15、16、17、18-第二辐射贴片的切角。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。参看图1和图2，本实施例的圆极化微带天线包括：第一介质板4，第一辐射贴片5和单馈电部件8。第一辐射贴片5位于第一介质板4的上表面。单馈电部件8设置在微带天线上，用来给第一辐射贴片5馈电。第一辐射贴片5为带四个切角11、12、13、14的圆形辐射贴片，采用圆形辐射贴片，可使天线的突变结构较少，有利于带宽更宽。圆形辐射贴片的各切角呈弓形，四个切角11、12、13、14分别位于圆形辐射贴片四个对称的位置上。换言之，在圆形辐射贴片上切去四个弓形部分，非相邻的两个弓形切角关于圆心对称且为同一组，一组弓形的弦中点连线与另一组弓形的弦中点连线相互垂直，两组弓形的弦中点连线都过圆形辐射贴片的圆心，四个弓形的弦的延长线相交之后可以构成一个矩形。圆形辐射贴片上，相邻两个切角的弓形高度不同，相对两个切角的弓形高度相同。圆形辐射贴片的相邻两个切角的弓形弦中点分别与圆心连成的连线之间的夹角呈直角，单馈电部件8设置在位于圆形辐射贴片的任意一个直角的角平分线上，换言之，单馈电部件8和其相邻的两个切角的弓形弦中点与圆心连成的连线之间的夹角呈+45度或-45度。单馈电部件8贯穿第一介质板4和第一辐射贴片5。单馈电部件8给圆形辐射贴片馈电时，形成右旋圆极化波或者左旋圆极化波。当圆形辐射贴片的四个切角位置不变，而单馈电部件位置旋转+90度或-90度，则天线极化形式由右旋圆极化(左旋圆极化)变为左旋圆极化(右旋圆极化)。或者，当圆形辐射贴片的四个切角位置旋转+90度或-90度，而单馈电部件位置不变，则天线极化形式由右旋圆极化(左旋圆极化)变为左旋圆极化(右旋圆极化)。在一个实施例中，采用前述的两带切角的圆形辐射贴片构成双层辐射贴片天线结构，可使天线工作于双频段。参看图1和图2，圆极化微带天线可以包括：第一介质板4，第一辐射贴片5，第二介质板6，第二辐射贴片7和单馈电部件8。第二介质板6位于第一辐射贴片5的上表面，第二辐射贴片7位于第二介质板6的上表面。参看图3和图4，第一辐射贴片5和第二辐射贴片7均为带四个切角的圆形辐射贴片，第一辐射贴片5和第二辐射贴片7形状相同、尺寸不同。各圆形辐射贴片的切角呈弓形，而且各自的切角分别位于圆形辐射贴片四个对称的位置上。每个圆形辐射贴片上，相邻两个切角的弓形高度不同，相对两个切角的弓形高度相同。在本实施例中，各切角的弓形的弧小于四分之一圆，各切角相互之间间隔一定的弧距。单馈电部件8用于第一辐射贴片5的馈电和第二辐射贴片7的馈电。各圆形辐射贴片的相邻两个切角的弓形弦中点与圆心之间的连线的夹角呈直角，第一辐射贴片5的各直角分别和第二辐射贴片7的各直角对位吻合，换句话来说，如果第一辐射贴片5和第二辐射贴片7尺寸也相同的话，两个贴片的边沿可以重合、切角对齐，当然尺寸不同时，一个贴片在原有位置上朝圆心位置缩进一定幅度。对于两个贴片而言，单馈电部件8的位置位于各辐射贴片内的任一直角的角平分线上，单馈电部件8贯穿第一介质板4、第一辐射贴片5、第二介质板6和第二辐射贴片7。单馈电部件8同时给第一辐射贴片5和第二辐射贴片7进行馈电，两个辐射贴片可以工作于不同频段，构成双频段的天线，能够实现不同频段的数据同时传输，提高数据传输速率，提高天线应用的精确性和效率。在一个实施例中，参看图2，圆极化微带天线还可包括第三介质板2和电抗性金属面RIS结构3，可以适用于只具有第一辐射贴片5的天线，也可适用于同时具有第一辐射贴片5和第二辐射贴片7的天线。第三介质板2位于第一介质板4的下表面，电抗性金属面RIS结构3位于第一介质板4和第三介质板2之间。单馈电部件8还贯穿第三介质板2和电抗性金属面RIS结构3。参看图1和图5，电抗性金属面RIS(ReactiveImpedanceSurface，电抗性金属面)结构3由多个正方形金属贴片周期排列而成，排列形式呈方阵。在图1中，各圆形辐射贴片的各切角弓形的弦平行或垂直于各正方形金属贴片的对角线。在一个实施例中，参看图2，在第三介质板2的下表面还设有天线地1。在一个实施例中，参看图1、6和7，第一辐射贴片5和第二辐射贴片7的几何中心均设置有CSRR(互补开口谐振环)结构，第一辐射贴片5的CRSS结构9和第二辐射贴片7的CSRR结构10同心设置。CSRR结构即谐振环缝隙，位于圆形辐射贴片的几何中心，由两个同心且带缺口的环型槽构成。采用电抗性金属面RIS结构3和互补开口谐振环CSRR结构9和10，可以进一步实现天线小型化，同时有助于改善天线的轴比、带宽和增益。单馈电部件8可以采用单馈电同轴线，单同轴线给前述带切角的圆形辐射贴片馈电即可实现右旋圆极化或左旋圆极化，无需复杂的馈电网络，辐射贴片结构简单易加工，且圆极化特性较好。可选的，第一辐射贴片5工作于低频段，第二辐射贴片7工作于高频段。在一个实施例中，第二介质板6的上表面或下表面的面积小于第一介质板4的上表面或下表面的面积，且第二介质板6的上表面或下表面的面积小于第一辐射贴片5的上表面或下表面的面积，上层辐射贴片的介质板小于下层辐射贴片及其介质板，减小了上层辐射贴片对下层贴片辐射的影响。更具体的，第一介质板4的上表面的靠近边缘部分不被第一辐射贴片5覆盖，第一辐射贴片5的上表面的靠近边缘部分不被第二介质板6覆盖。下面以一个具体实施例详述本发明的圆极化微带天线的效果。本实施例中，构造一右旋圆极化微带天线，工作于1.27GHz(北斗二代和北斗三代导航系统)和1.58GHz(北斗、GPS和GLONASS)，带宽24MHz，轴比AR<3dB。具体来说，参看图1和2，天线地1的尺寸60mm×60mm；第三介质板2，采用耐燃等级为FR-4的材料，尺寸60mm×60mm×3.2mm；电抗性金属面RIS结构3，尺寸6.5mm×6.5mm，分布8个×8个正方形金属片，各正方形金属片之间的间距7.6mm；第一介质板4，采用材料为RogersRT/duroid6006，尺寸60mm×60mm×2.54mm；第一辐射贴片5，半径27.9mm，切角11和12的弦长均为30.72mm，切角13和14弦长均为28.11mm；第二介质板6，采用材料为RogersRT/duroid6006，尺寸53.8mm×53.8mm×1.27mm；第二辐射贴片7，半径20.3mm，切角15和16均为19.52mm，切角17和18均为21.27mm。CSRR结构9位于第一辐射贴片5上，内环内半径5.82mm，外环外半径7.32mm，开口、环间距和宽度均为0.5mm；CSRR结构10位于第二辐射贴片7上，内环内半径3.9mm，外环外半径4.5mm，开口、环间距与和宽度均为0.2mm。天线仿真可以采用HFSS(高频结构仿真)软件。如图8所示，选取图中S11<-10dB来看，低频段在1.2586GHz-1.2864GHz之间，带宽为27.8MHz，大于24MHz，高频段在1.5612GHz-1.5918GHz之间，带宽为30.6MHz，大于24MHz，因而天线效率和带宽较好。S11是S参数中的一个，表示回波损耗特性，此参数表示天线的发射效率好不好，值越大，表示天线本身反射回来的能量越大，这样天线的效率就越差。如图9a和9b，天线的工作频率分别在1.27GHz和1.58GHz。参看图10a～10b，天线的工作频率1.27GHz，轴比为AR＝1.25，其中，AR<3dB的频段为1.2671GHz-1.2750GHz，增益为1.42dB；天线的工作频率1.58GHz，轴比为AR＝1.32，其中，AR<3dB的频段为1.5768-1.5842GHz，增益为5.12dB。当仅将单馈电部件8位置绕辐射贴片圆心旋转±90°时，天线由右旋圆极化变为左旋圆极化；当仅将第一辐射贴片5和第二辐射贴片7整体同时旋转±90°时，天线由右旋圆极化变为左旋圆极化。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。