本发明属于圆极化天线,具体涉及一种圆极化单元天线及三元圆极化微带阵列天线。
背景技术:
1、电磁波在空间传播时,其电场方向是按照一定方向变化的,而这种变化就是电磁波的极化。根据电磁波的极化方式,电磁波可分为线极化波、椭圆极化波和圆极化波,即电场方向在一个平面上变化的电磁波称为线极化波,电场方向是旋转变化的电磁波称为椭圆极化波,电场方向是旋转变化且电场幅度保持不变的电磁波称为圆极化波。朝电磁波的传播方向看去,若圆极化波的旋转方向是顺时针旋转,则该圆极化波称为右旋圆极化波,而若圆极化波的旋转方向是逆时针旋转,则该圆极化波称为左旋圆极化波。
2、圆极化天线是一种用于接收和发射圆极化波的天线。右旋圆极化波需要用右旋圆极化天线来发射和接收,而左旋圆极化波则要用左旋圆极化天线来发射和接收,否则就会产生极化损失,也称为极化隔离。但是一个有趣的现象是,圆极化天线可以接收任意形式的线极化波,同时其辐射的电磁波也可以被任意形式的线极化天线接收。正是因为这个特性,可以使得发射天线和接收天线更加灵活,即在卫星通信系统中,圆极化天线都是必不可少的关键器件。
3、在实际实施中,圆极化天线通常尺寸较大、外形较高、相对笨重且难以组装。特别是对于卫星通信用圆极化天线,大多数是反射天线,天线很厚,并且天线都工作在单一频段,使得当用于通信或雷达时,工作带宽相对较窄。由于在通信或雷达等应用中是多频段的集成,以及存在诸如合成孔径雷达或电子对抗等对宽带圆极化相控阵的需求,以及还存在许多场景对rcs(radar cross section,雷达散射截面积)的薄厚度要求,使得超宽带薄圆极化天线具有较大的应用空间。但是在c频段(即频率在4~8ghz的无线电波频段)及ku频段(即频率在12~18ghz的无线电波频段),由于天线尺寸相对较大,实现超宽带和厚度薄相对困难。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种圆极化单元天线及三元圆极化微带阵列天线,用以解决因天线尺寸相对较大而较难拓展圆极化天线带宽的问题。
2、为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
3、第一方面,提供了一种圆极化单元天线,包括有第一介质基板、第一铜贴片、第二介质基板、第二铜贴片、覆盖绝缘板和馈电件,其中,所述第一介质基板不接地,所述第二介质基板接地;
4、所述第一铜贴片附着在所述第一介质基板的顶面上,所述第二介质基板间隔设置在所述第一介质基板的正下方,所述第二铜贴片附着在所述第二介质基板的顶面上并间隔设置在所述第一铜贴片的正下方,所述覆盖绝缘板覆盖在所述第一铜贴片上;
5、所述馈电件自下而上地穿过所述第二介质基板并电连接所述第二铜贴片。
6、基于上述
技术实现要素:
,提供了一种实现带宽拓展及产品小型化的新型圆极化天线结构,即包括有第一介质基板、第一铜贴片、第二介质基板、第二铜贴片、覆盖绝缘板和馈电件,其中,第一介质基板不接地,第二介质基板接地,第一铜贴片附着在第一介质基板的顶面上,第二介质基板间隔设置在第一介质基板的正下方,第二铜贴片附着在第二介质基板的顶面上并间隔设置在第一铜贴片的正下方,覆盖绝缘板覆盖在第一铜贴片上,馈电件自下而上地穿过第二介质基板并电连接第二铜贴片,如此可通过上下两铜贴片来提供两个谐振点,并调整使这两个谐振点彼此靠近,达成加宽天线带宽的目的,同时利于产品小型化,便于实际应用和推广。
7、在一个可能的设计中,还包括有环状绝缘体、第一金属箔和第二金属箔,其中,所述第一金属箔附着在所述环状绝缘体的内壁面上,所述第二金属箔附着在所述环状绝缘体的外壁面上;
8、所述环状绝缘体设置在所述第一介质基板与所述第二介质基板之间,并使所述环状绝缘体的顶端环状口与所述第一介质基板的底面接触,以及使所述环状绝缘体的底端环状口与所述第二介质基板的顶面接触;
9、所述环状绝缘体的底端环状口间隔地包围所述第二金属贴片。
10、在一个可能的设计中,由所述第一介质基板、所述第二介质基板和所述环状绝缘体包围的空间填充有空气或高介电常数介质。
11、在一个可能的设计中,还包括有多根绝缘螺钉,并在所述第一介质基板上开设有与所述多根绝缘螺钉一一对应的多个第一螺纹通孔,以及在所述第二介质基板上开设有与所述多根绝缘螺钉及所述多个第一螺纹通孔一一对应的多个第二螺纹通孔,所述第二螺纹通孔位于对应的所述第一螺纹通孔的正下方;
12、所述第一介质基板和所述第二介质基板通过依次穿过对应的所述第一螺纹通孔及所述第二螺纹通孔的所述绝缘螺钉控制基板间距。
13、在一个可能的设计中,所述绝缘螺钉采用橡胶材质制成。
14、在一个可能的设计中,所述馈电件采用同轴线。
15、在一个可能的设计中,当所述第二金属贴片采用半径为r2的圆形贴片时,馈电点位于所述圆形贴片的直径线上并使所述馈电点至所述直径线的最近端点的距离为η×r2,其中,所述馈电点是指所述同轴线与所述第二金属贴片的电连接点,η表示小于等于0.1的正数。
16、第二方面,提供了一种三元圆极化微带阵列天线,包括有第一介质基板、三个第一铜贴片、第二介质基板、三个第二铜贴片和馈电件,其中,所述第一介质基板不接地,所述第二介质基板接地,所述三个第二铜贴片与所述三个第一铜贴片一一对应;
17、所述三个第一铜贴片环向等间距地附着在所述第一介质基板的顶面上,所述第二介质基板间隔设置在所述第一介质基板的正下方,所述三个第二铜贴片环向等间距地附着在所述第二介质基板的顶面上,并使所述第二铜贴片间隔设置在对应的所述第一铜贴片的正下方;
18、所述馈电件采用呈旋转馈电网络结构的一分三等分功率分配器,并使所述一分三等分功率分配器的三个输出端与所述三个第二铜贴片一一对应,在所述三个输出端中的各个输出端分别自下而上地穿过所述第二介质基板并电连接对应的所述第二铜贴片。
19、在一个可能的设计中,还包括有与所述三个第二铜贴片一一对应的三个环状绝缘体,其中,所述环状绝缘体的内壁面上附着有第一金属箔,所述环状绝缘体的外壁面上附着有第二金属箔;
20、所述环状绝缘体设置在所述第一介质基板与所述第二介质基板之间,并使所述环状绝缘体的顶端环状口与所述第一介质基板的底面接触,以及使所述环状绝缘体的底端环状口与所述第二介质基板的顶面接触;
21、所述环状绝缘体的底端环状口间隔地包围对应的所述第二铜贴片。
22、在一个可能的设计中,所述环状绝缘体采用橡胶材质制成。
23、在一个可能的设计中,所述环状绝缘体采用方形环状结构、圆形环状结构或正多边形环状结构。
24、在一个可能的设计中,由所述第一介质基板、所述第二介质基板和所述环状绝缘体包围的空间填充有空气或高介电常数介质。
25、在一个可能的设计中,所述第一金属箔或所述第二金属箔采用铝箔。
26、在一个可能的设计中,所述第一介质基板或所述第二介质基板采用fr-4等级材质制成。
27、在一个可能的设计中,所述第二介质基板通过附着在所述第二介质基板的底面上的金属层接地。
28、上述方案的有益效果:
29、(1)本发明创造提供了一种实现带宽拓展及产品小型化的新型圆极化天线结构,即包括有第一介质基板、第一铜贴片、第二介质基板、第二铜贴片、覆盖绝缘板和馈电件,其中,第一介质基板不接地,第二介质基板接地,第一铜贴片附着在第一介质基板的顶面上,第二介质基板间隔设置在第一介质基板的正下方,第二铜贴片附着在第二介质基板的顶面上并间隔设置在第一铜贴片的正下方,覆盖绝缘板覆盖在第一铜贴片上,馈电件自下而上地穿过第二介质基板并电连接第二铜贴片,如此可通过上下两铜贴片来提供两个谐振点,并调整使这两个谐振点彼此靠近,达成加宽天线带宽的目的,同时利于产品小型化,便于实际应用和推广;
30、(2)通过在上下两基板间配置环状绝缘体,还可以有效地提高增益而不影响其他性能参数;
31、(3)还提供了一种实现带宽拓展及产品小型化的新型三元圆极化微带阵列天线结构,可达成加宽三元圆极化微带阵列天线的带宽的目的,同时利于产品小型化,以及还可以有效地提高增益而不影响其他性能参数,便于实际应用和推广。