宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线。该微带阵列天线包括单层微波介质基板、4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片、以及1个双频共用的微带功分网络；其中，所述工作频率为f1、f2的双频线极化辐射贴片均匀分布于以点O为圆心的圆周上；所述双频共用的微带功分网络包含2个威尔金森功分器、2个由微带线构成的双频共用的90°移相器、以及1个双频共用的180°移相器。本发明专利技术有效增加了双频的圆极化轴比带宽，并且能够方便地扩展成具有更大口径的高增益阵列，采用单层介质板，且阵元是单个单元，结构简单、剖面低、易实现。

【技术实现步骤摘要】
宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线
本专利技术属于天线
，特别是一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线。
技术介绍
随着技术的进步和电磁环境的日益复杂，当前的雷达和通信系统所承担的功能越来越多，多功能集成成为一个重要的发展趋势。然而，对雷达和移动通信等无线系统来说，每一项功能都需要一个单独的天线。这不仅造成天线体积庞大，而且压缩了系统其他硬件的可用空间，不利于系统的小型化和集成化。在此背景下，天线的多频、多极化共孔径设计成为天线领域的一个重要研究方向，其中又以双频双极化天线最为常见。微带天线较之于其他种类的天线有体积小、重量轻、可共形、易集成、易于大批量生产等极为明显的优点，因此被广泛地应用于各个领域。不仅用于众多的军事领域，如卫星通信、导弹遥测、武器引信及多普勒雷达等,目前也大量地应用在一些民用领域，如GPS导航、无线通信等等。微带天线较之于其他种类的天线的另一个优点，就是便于获得圆极化性能。与目前已经发展得相对成熟的线极化天线相比，圆极化天线具有许多优势：在抗衰落、抗干扰以及抗多径效应上优势显著；具有旋向正交性；圆极化天线能接收任意极化波，反之任意极化天线也能接收圆极化波；在如平面、球面等对称的目标的表面上反射波的旋向逆转性。目前圆极化天线已经广泛地应用于通信、导航、射频识别技术和无线网络等多个领域，例如应用于我国的北斗卫星导航系统(BDS)。考虑到圆极化的一些特殊性能，相信它在将来会扮演越来越重要的角色。电磁兼容问题一直是无线通信中所必须考虑的问题，为了尽量减弱这个问题的影响，我们通常希望在无线通信设备中多个系统能够共用一副天线，这就促进了天线技术在双频及多频上的突破。单个天线代替多个天线，一方面有效节约了资源，另一方面空间也得到了充分释放。第四代移动通信技术(4G)的普及以及第五代移动通信技术(5G)的发展，极大便捷了人们的生活、工作与学习。较于过去，人们更加追求文字、语言、图像、数据传输过程中的高速高效和高质量，这就对通信设备的信道容量以及传输效率提出了更高的要求。作为通信系统辐射和接收电磁波的部件，天线的宽带化研究的重要性显而易见。目前，圆极化天线，尤其是在双频圆极化、宽带圆极化天线等方面还有不少技术难关亟待攻克。由于微带天线具有易实现宽频带、双频段以及易获得圆极化性能的特点，对它的研究就显得格外有意义。微带天线单元实现双频双圆极化已经有较多的文献报道。例如中国专利公开的“三频宽波束圆极化天线”(申请号：200620078410.9)、“小型双频双圆极化宽波束多层微带天线”(申请号：200910024114.9)，“单层双频圆极化微带阵列天线”(申请号：201410649033.9)，以及文献P.Nayeri,K.-F.Lee,A.Z.Elsherbeni,andF.Yang,“Dual-bandcircularlypolarizedantennasusingstackedpatcheswithasymmetricU-Slots,”IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,vol.10,pp.492-495,2011.”等。然而虽然当前对该天线的研究较多，但是它们都有一个共同的缺点，即天线的双频圆极化轴比带宽太窄。对微带天线来说，圆极化轴比带宽往往小于天线的驻波比带宽，所以较窄的轴比带宽会严重限制天线的工作带宽。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、成本低的宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线，包括单层微波介质基板、4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片、以及1个双频共用的微带功分网络；其中，所述4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片均匀分布于以点O为圆心的圆周上；所述双频共用的微带功分网络包含2个威尔金森功分器、2个由微带线构成的双频共用的90°移相器、以及1个由微带线构成的双频共用的180°移相器；沿顺时针方向，4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片依次为第一个、第二个、第三个、第四个；每个双频线极化辐射贴片，工作频率为f1和f2，同时通过微带线进行馈电，馈电点分别为A点和B点，并通过微带线连接到一个公共点，与第一个、第二个、第三个、第四个对应的公共点依次为C点、D点、E点、F点；所述一个威尔金森功分器的输出端分别接入C点、F点；另外一个威尔金森功分器的输出端分别接入D点、E点；其中C、E两点分别通过90°移相器接入威尔金森功分器的输出端；两个威尔金森功分器通过180°移相器接，该微带阵列天线由同轴探针进行馈电。进一步地，所述工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片是双馈点双频线极化微带贴片，f1和f2相对应的馈点分别为A点和B点。进一步地，所述第一个、第二个、第三个、第四个双频线极化辐射贴片的工作频率f1的相对相位分别为90°、180°、270°、0°，该相位安排使该频段内实现左旋圆极化；所述第一个、第二个、第三个、第四个双频线极化辐射贴片的工作频率f2的相对相位分别为0°、270°、180°、90°，该相位安排使该频段内实现右旋圆极化。进一步地，所述第一个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片在C点通过一个90°移相器接入威尔金森功分器的输出端，第二个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片在D点直接接入威尔金森功分器的输出端，第三个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片在E点通过另一个90°移相器接入另一个威尔金森功分器的输出端，第四个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片在F点直接接入另一个威尔金森功分器的输出端。进一步地，相邻两个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片的中心间距小于λ2，λ2为频率f2对应的波长，其中f1<f2。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)有效增加了双频双圆极化的双频轴比带宽；(2)结构简单，利用单个贴片阵元组阵获得双频双圆极化；(3)加工方便，可以在单层介质板上实现宽带双频双圆极化阵列。下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线的结构示意图。图2为本专利技术实施例实现双频双圆极化的原理示意图，(a)为双频单圆极化原理图，(b)为双频双圆极化原理图，(c)为整理后的双频双圆极化原理图。图3为本专利技术实施例宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线的S11参数图。图4为本专利技术实施例宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线的轴比曲线图。图5为本专利技术实施例宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线的方向图，(a)为9.5GHz方向图，(b)为11.9GHz方向图。具体实施方式下面结合附图1～5及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。参见图1，本专利技术宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线，包括单层微波介质基板1、4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片2、以及1个双频共用的微带功分网络；其中，所述4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片2均匀分布于以点O为圆心的圆周上；所述双频共用的微带功分网络包含2个威尔金森功分器3、2个由微带线构成的双频共用的90°移相器4、以及1个由微带线构成的双频共用的180°移相器5；沿顺时针方向，4个工作频率为f1和f2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线，其特征在于，包括单层微波介质基板(1)、4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)、以及1个双频共用的微带功分网络；其中，所述4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)均匀分布于以点O为圆心的圆周上；所述双频共用的微带功分网络包含2个威尔金森功分器(3)、2个由微带线构成的双频共用的90°移相器(4)、以及1个由微带线构成的双频共用的180°移相器(5)；沿顺时针方向，4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)依次为第一个、第二个、第三个、第四个；每个双频线极化辐射贴片(2)，工作频率为f1和f2，同时通过微带线进行馈电，馈电点分别为A点和B点，并通过微带线连接到一个公共点，与第一个、第二个、第三个、第四个对应的公共点依次为C点、D点、E点、F点；所述一个威尔金森功分器(3)的输出端分别接入C点、F点；另外一个威尔金森功分器(3)的输出端分别接入D点、E点；其中C、E两点分别通过90°移相器(4)接入威尔金森功分器(3)的输出端；两个威尔金森功分器(3)通过180°移相器(5)相接，该微带阵列天线由同轴探针进行馈电。

【技术特征摘要】
1.一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线，其特征在于，包括单层微波介质基板(1)、4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)、以及1个双频共用的微带功分网络；其中，所述4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)均匀分布于以点O为圆心的圆周上；所述双频共用的微带功分网络包含2个威尔金森功分器(3)、2个由微带线构成的双频共用的90°移相器(4)、以及1个由微带线构成的双频共用的180°移相器(5)；沿顺时针方向，4个工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)依次为第一个、第二个、第三个、第四个；每个双频线极化辐射贴片(2)，工作频率为f1和f2，同时通过微带线进行馈电，馈电点分别为A点和B点，并通过微带线连接到一个公共点，与第一个、第二个、第三个、第四个对应的公共点依次为C点、D点、E点、F点；所述一个威尔金森功分器(3)的输出端分别接入C点、F点；另外一个威尔金森功分器(3)的输出端分别接入D点、E点；其中C、E两点分别通过90°移相器(4)接入威尔金森功分器(3)的输出端；两个威尔金森功分器(3)通过180°移相器(5)相接，该微带阵列天线由同轴探针进行馈电。2.根据权利要求1所述的宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述工作频率为f1和f2的双频线极化辐射贴片(2)是双馈点双频线极化微带贴片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金栋，姚祺，陈峤羽，冯敏，吴翠翠，汤普祥，周雅莉，陈祥云，张弘毅，韦一方，万睿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32