一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列制造技术

本发明专利技术涉及一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列，其包括顶部介质层，中间介质层，底部介质层，位于顶部介质层之上的环形结构，位于中间介质层之上的矩形贴片和环形结构，位于地板之上的缝隙，位于底部介质层之下的第一馈线和第二馈线，其两端分别端接左旋圆极化端口和右旋圆极化端口，天线的左旋圆极化通过端口获得，右旋圆极化通过端口获得。其具有扫描范围±70°,宽带宽，大的波束宽度，低的宽角度轴比，结构简单等特点，天线有两个端口，可方便选择任意的左旋或右旋极化方式，并可扩展为任意多的大型相控阵。

【技术实现步骤摘要】
一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列
本专利技术涉及一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列，是基于相控阵的应用，尤其是相控阵天线

技术介绍
双极化技术是无线通信领域十分重要的技术，可用来实现极化分集和极化复用，极化分集是解决无线信道多径衰落的有效方法，而极化复用则可以更加有效地利用有限的频谱资源。且微带天线具有低轮廓、小体积、重量轻、极化特性多样化的特点，极易与馈电网络和有源电路集成，故而得到了广泛的应用。但其窄频带的缺点严重制约着现代无线通信对大带宽的需求。针对微带天线的优点和缺点，本专利技术设计出了一款工作于扫描范围±70°，大带宽，高增益，双圆极化，低轴比，可应用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双端口双圆极化宽扫描角S波段微带天线及其阵列，该天线具有结构简单，扫描范围±70°，宽带宽，高增益，低轴比，端口隔离度高，交叉极化性能优越，且方便扩展为任意的大型阵列。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线,所述天线包括顶部介质层（1），中间介质层（2），底部介质层（3），位于顶部介质层（1）之上的第一环形结构（11），位于中间介质层（2）之上的矩形贴片（4）和第二环形结构（10），位于地板（12）之上的缝隙（5），位于底部介质层（3）之下的第一馈线（6）和第二馈线（9），第一馈线（6）和第二馈线（9）两端分别端接左旋圆极化端口（7）和右旋圆极化端口（8），所述天线的左旋圆极化通过左旋圆极化端口（7）获得，右旋圆极化通过右旋圆极化端口（8）获得。其中，所述第一馈线（6）和所述第二馈线（9）分别通过地板（12）之上的缝隙（5）给天线馈电，并通过控制所述缝隙（5）的位置和大小调整耦合到天线能量的大小。其中，所述第二环形结构（10）和所述第一环形结构（11）分别位于所述中间介质层（2）和所述顶部介质层（1）之上用来拓展天线的波束宽度。其中，所述天线为矩形形状、圆形形状或三角形形状。其中，所述缝隙（5）为两条交叉的十字缝隙或三条交叉的缝隙或四条交叉的米字形缝隙。由上述的宽扫描角S波段双圆极化微带天线组成的天线阵列，所述天线阵列由若干天线单元组成，相邻任意两个天线单元的中心间距小于λ，其中，λ为收发工作频段的中心频率中的高频对应的自由空间波长。其中，所述天线阵列是由天线单元组成2*2相控阵阵列，其扫描70度时，增益为4.44dB。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：首先是实现了大的带宽，完全能覆盖S频段及其拓展频段；其次是在一个天线上实现了双端口双圆极化性能，使用者可根据所需的极化方式自主选择；再次是实现了相控阵对天线的要求，在±70°扫描范围内保持高的增益和低的轴比。附图说明图1是本专利技术一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列的结构顶视图。图2是本专利技术一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列的结构侧视图。图3是采用HFSS进行仿真的S参数图。图4是本专利技术天线在端口（8）激励时中心频率为2.1GHz时仿真辐射方向图。图5是本专利技术天线在端口（7）激励时中心频率为2.1GHz时仿真辐射方向图。图6是本专利技术天线在宽角范围内轴比。图7是本专利技术天线在全频段内轴比。图8是本专利技术天线组成2×2阵列时扫描θ=±70°时的仿真辐射方向图。具体实施方式下面结合图以及具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。以下参照附图，进一步描述本专利技术具体技术方案，以便本领域的技术人员进一步理解本专利技术，而不构成对其权利的限制。需要进行说明的是：实施例中出现的馈线（6）和馈线（9），端口（7）和端口（8）可以通过不同的附图标记加以区别，而在权利要求书中，附图标记由于不起到限定作用，因此，为了进一步明确其不同，撰写为第一馈线（6）和第二馈线（9），左旋圆极化端口（7）和右旋圆极化端口（8），仅仅是为了区分。如图1所示，本专利技术一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线及其阵列包括顶部介质层（1），中间介质层（2），底部介质层（3），位于顶部介质层（1）之上的环形结构（11），位于中间介质层（2）之上的矩形贴片（4）和环形结构（10），位于地板（12）之上的缝隙（5），位于底部介质层（3）之下的馈线（6）和馈线（9），馈线（6）和馈线（9）两端分别端接左旋圆极化端口（7）和右旋圆极化端口（8），所述天线的左旋圆极化通过端口（7）获得，右旋圆极化通过端口（8）获得。如图1所示，天线贴片采用矩形贴片实现圆极化，馈电方式采用缝隙耦合馈电。位于底层介质板（3）背部的馈线（6）和馈线（9）为天线的馈电部分，微带线采用50欧姆阻抗，馈线（6）和馈线（9）两端分别端接一个端口，分别实现左旋圆极化和右旋圆极化，当从端口（7）馈电时，能量通过缝隙耦合到贴片，使天线产生左旋圆极化波，当从端口（8）馈电时，产生右旋圆极化波，原理与从端口（7）馈电的情形完全相同，因此只需调整一个端口的参数，另一个端口的参数即可得到；采用这种形式的馈电方式不但能方便的产生两种极化特性，并且能提高天线两个端口之间的隔离度。馈线（6）和馈线（9）通过地板上的缝隙（5）给矩形贴片馈电，缝隙的大小和位置决定耦合到贴片的能量大小和极化方式，合理的选择缝隙的位置和大小可调整天线的增益及轴比，位于中间介质层（2）之上的环形结构及位于顶层介质层（1）之上的环形结构主要作用是展宽天线的波束，并适当的调整天线的增益。示例性的，本专利技术所使用的天线贴片不仅仅局限于矩形形状，也可采用圆形或三角形等辐射单元，本专利技术实施实例不进行限制。示例性的，本专利技术所使用的开槽数量不仅仅局限于两条交叉的十字缝隙，也可使用三条或四条交叉的米字形或其它形式，需根据实际性能进行调整，本专利技术实施例不进行限制。示例性的，本专利技术的耦合馈电形式，也可以采用其它开槽形式，例如哑铃形、H形等、并不局限与本专利技术所用的矩形，本专利技术实施例不进行限制。图3是本专利技术实施例采用HFSS进行仿真的S参数图。-15dB带宽为：1.8GHz--2.0GHz、2.1GHz--2.46GHz，图4是本专利技术实施例激励端口（8）在中心频率为2.1GHz时的仿真辐射方向图，主极化为右旋圆极化，两条曲线中不带符号的实线和带圆形符号的虚线分别为phi=0°和phi=90°两个平面，图中最大增益为5.5dB，在θ∈[-70,70]时增益>-1.43dB。图5是本专利技术实施例激励端口（7）在中心频率为2.1GHz时的仿真辐射方向图，主极化为左旋圆极化，两条曲线中不带符号的实线和带三角形符号的虚线分别为phi=90°和phi=0°两个平面，图中最大增益为5.5dB，在θ∈[-70,70]时增益>-1.49dB。图6是本专利技术实施例在宽角度范围内的轴比，两条曲线分别为phi=0°和phi=90°两个平面，图中在θ∈[-70,70]最大轴比为4.4dB。图7是本专利技术实施例在全频段内的轴比，图中在全频段内最大轴比为5.1dB。图8是本专利技术天线单元组成2×2相控阵天线阵列时，扫描角为70°时的增益，最低增益为4.4dB。由天线单元组成任意所需的阵列时，相邻任意两个单元的中心间距小于λ（λ为收发工作频段的中心频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线,其特征在于：所述天线包括顶部介质层（1），中间介质层（2），底部介质层（3），位于顶部介质层（1）之上的第一环形结构（11），位于中间介质层（2）之上的矩形贴片（4）和第二环形结构（10），位于地板（12）之上的缝隙（5），位于底部介质层（3）之下的第一馈线（6）和第二馈线（9），第一馈线（6）和第二馈线（9）两端分别端接左旋圆极化端口（7）和右旋圆极化端口（8），所述天线的左旋圆极化通过左旋圆极化端口（7）获得，右旋圆极化通过右旋圆极化端口（8）获得。

【技术特征摘要】
1.一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线,其特征在于：所述天线包括顶部介质层（1），中间介质层（2），底部介质层（3），位于顶部介质层（1）之上的第一环形结构（11），位于中间介质层（2）之上的矩形贴片（4）和第二环形结构（10），位于地板（12）之上的缝隙（5），位于底部介质层（3）之下的第一馈线（6）和第二馈线（9），第一馈线（6）和第二馈线（9）两端分别端接左旋圆极化端口（7）和右旋圆极化端口（8），所述天线的左旋圆极化通过左旋圆极化端口（7）获得，右旋圆极化通过右旋圆极化端口（8）获得。2.根据权利要求1所述的一种用于相控阵的宽扫描角S波段双圆极化微带天线，其特征在于：所述第一馈线（6）和所述第二馈线（9）分别通过地板（12）之上的缝隙（5）给天线馈电，并通过控制所述缝隙（5）的位置和大小调整耦合到天线能量的大小。3.根据权利要求1所述的一种用于相控阵的宽扫描角S...

【专利技术属性】
技术研发人员：修威，乔帅阳，杨光，
申请(专利权)人：北京华镁钛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11