一种双频圆极化偶模环天线制造技术

本发明专利技术公开一种双频圆极化偶模环天线，包括介质基板、辐射单元和馈电单元，辐射单元和馈电单元分别设置于介质基板的顶层和底层，辐射单元包括非均匀环路和四根调谐枝节，非均匀环路整体呈矩形环状且内环呈正方形，调谐枝节分别设置于非均匀环路的外侧边；馈电单元包括两个关于馈电点呈中心对称分布的叉状偶极子单元，且每个叉状偶极子单元均包括主侧臂和主臂，两个主臂沿该对角线设置且相连，主侧臂垂直连接于主臂顶端，主侧臂的两端处分别连接有左侧臂和右侧臂。本发明专利技术具有结构简单，体积小，能够实现双频圆极化，有望于应用在导航等无线通信领域，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种双频圆极化偶模环天线
本专利技术属于微波
，具体涉及一种双频圆极化偶模环天线。
技术介绍
圆极化天线已成为天线领域的热门研究方向，它不仅可以接受任何形式的极化电磁波，并且任何形式的极化天线都能接收其辐射出的圆极化波。当应用到导航领域时，就可以避免因移动终端的翻转或其他空间运动引起的信息遗漏。由于这样的特点，一系列的圆极化天线已经被开发并用于卫星通信，射频识别(RFID)，无线局域网(WLAN)和全球定位系统(GPS)等。根据各自的工作原理，传统的圆极化天线可以分为三种不同的类型。第一种是经典的行波螺旋天线。当螺旋线的圆周接近大约一个导波长时，激励轴向模式并产生端射圆偏振光束。第二个是交叉偶极子圆极化天线。一对正交偶极子以相同幅度和同相正交激励来实现圆极化辐射。第三个是微带贴片天线。使天线激励起两个幅度相等，相位相差90度的正交模，就能得到圆极化辐射。目前导航系统的覆盖面愈加广泛，应用也更加繁多，为了能准确跟踪测量目标，采用单一频段的天线已经不能满足要求。并且，在Bluetooth，WLAN等领域都要求无线设备的天线具有双频，三频，甚至更多频共用一个天线。因此，双频甚至多频天线的研究具有重要的理论意义和研究价值。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种双频圆极化偶模环天线，通过调整四根调谐枝节的长度改变双频比，产生的两个频段具有固有的圆极化特性，因低频与高频自然边界条件是互换的，所以分别产生的圆极化特性也互为反旋。技术方案：本专利技术一种双频圆极化偶模环天线，包括介质基板、辐射单元和馈电单元，辐射单元和馈电单元分别设置于介质基板的顶层和底层，所述辐射单元包括非均匀环路和四根调谐枝节，非均匀环路整体呈矩形环状(例如长方形或正方形)且内环呈正方形，调谐枝节分别设置于非均匀环路的外侧边；所述馈电单元包括两个关于馈电点呈中心对称分布的叉状偶极子单元(即两个叉状偶极子单元关于馈点作180°旋转)，且每个叉状偶极子单元均包括主侧臂和主臂，两个主臂沿该对角线设置且相连，主侧臂垂直连接于主臂顶端，主侧臂的两端处分别连接有左侧臂和右侧臂。本专利技术在偶模谐振下，通过调整非均匀环路的相邻臂之间的相位差以及调谐枝节的位置，使其边界条件模式匹配实现双频圆极化辐射特性；通过修改调谐枝节的尺寸调整天线的一阶偶模与三阶偶模的双频比。进一步的，所述两个叉状偶极子单元的结构和尺寸均相同；两个主臂之间通过反馈点(即馈电点)连接。进一步的，所述非均匀环路的相对边的调谐枝节以馈电点呈中心对称分布；调谐枝节位于正方形内环的两根相邻边长度和的1/3和2/3的延伸处，即每条臂的三阶偶模电流零点处设置调谐枝节。进一步的，所述非均匀环路的正方形内环的周长为低频段的0.8到1.2个波长。进一步的，所述非均匀环路的相邻臂宽度的比例为1:1到8:1(例如当非均匀环路整体呈正方形且内环为正方形时，此时相邻两臂的比例为1:1)。为双向圆极化效果，通过改变调谐枝节的长度而调节高频点频率，所述调谐枝节的长度为低频段中心频率的0到1/3个波长。进一步的，所述介质基板的介电常数为2到20。有益效果：本专利技术利用顶层的非均匀环路、调谐枝节和底层的叉状偶极子馈电单元能够激发垂直于天线平面的双向圆极化辐射波，并且改变调谐枝节的长度，扰动三阶偶模的谐振频点，制作工艺简单，应用前景广泛。附图说明图1是本专利技术中天线的俯视图与参考坐标示意图。图2是本专利技术中天线的三维立体示意图与参考坐标示意图。图3是实施例中采用HFSS软件计算的天线反射系数示意图。图4是实施例中采用HFSS软件画出的低频处的ZX方向图。图5是实施例中采用HFSS软件画出的高频处的ZX方向图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1和图2所示，本专利技术的一种双频圆极化偶模环天线，包括介质基板1、辐射单元和馈电单元，介质基板1的介电常数为2到20，辐射单元和馈电单元分别设置于介质基板1的顶层和底层。辐射单元包括非均匀环路11和四根调谐枝节2，非均匀环路11整体呈矩形环状且内环呈正方形，调谐枝节2分别设置于非均匀环路的外侧边。并且，非均匀环路的相对边的调谐枝节以馈电点10呈中心对称分布；调谐枝节位于正方形内环的两根相邻边长度和的1/3和2/3的延伸处，即每条臂的三阶偶模电流零点处设置调谐枝节；非均匀环路的正方形内环的周长为低频段的0.8到1.2个波长；非均匀环路的相邻臂宽度的比例为1:1到8:1(图1和图2中的3(1)和3(2)分别为非均匀环路两相邻臂的宽度，同时正方形内环保持不变，调谐枝节的安装位置也不变)；调谐枝节的长度为低频段中心频率的0到1/3个波长。馈电单元包括两个关于馈电点10呈中心对称分布的叉状偶极子单元(4和5)，且每个叉状偶极子单元均包括主侧臂8和主臂9，两个主臂9沿该对角线设置且相连，主侧臂8垂直连接于主臂9顶端，主侧臂8的两端处分别连接有左侧臂6和右侧臂7。两个叉状偶极子单元的结构和尺寸均相同；两个主臂9之间通过反馈点(即馈电点10)连接。其中，左上叉状偶极子单元4朝向非均匀环路11的左上角，右下叉状偶极子单元5朝向非均匀环路11的右下角。本专利技术中采用两个叉状偶极子单元组成馈电单元，激发非均匀环路11的一阶偶模，使其边界条件模式匹配，达到双向圆极化辐射特性。通过在正方形内环的两根相邻边长度和的1/3和2/3的延伸处(三阶偶模电流零点处)增加调谐枝节，可同时激发三阶偶模，达到扰动三阶偶模的目的，实现双频圆极化。本专利技术的工作原理为：本专利技术的馈电单元及非均匀环路11组成的天线，可产生圆极化辐射。基模下的电流有90度相位差，而三阶偶模下的电流有270度相位差，因此可以产生反向的圆极化；而调谐枝节2能够达到扰动高频点的作用，最终实现本专利技术的双频圆极化。实施例：本实施例中，介质基板1的相对介电常数为2.65，厚度为1毫米；非均匀环路中的正方形内环的周长为低频段的1.08个波长，其非均匀环路的相邻臂宽度比为3:1，采用HFSS软件对天线进行仿真计算。如图3可知，本实施例利用HFSS软件仿真计算得到反射系数特性，为了体现调谐枝节对三阶偶模的扰动作用，模拟仿真中选取了三种尺寸的调谐枝节，分别是低频段中心频率的1/6个波长(实线)，低频段中心频率的1/4个波长(密虚线)和低频段中心频率的1/3个波长(疏虚线)。选取1/6个波长的调谐枝节时，天线的阻抗带宽低频覆盖了2.53GHz-2.88GHz，高频覆盖了4.44GHz-4.55GHz。选取1/4个波长的调谐枝节时，天线的阻抗带宽低频覆盖了2.48GHz-2.68GHz，高频覆盖了3.73GHz-3.89GHz。选取1/3个波长的调谐枝节时，天线的阻抗带宽低频覆盖了2.35GHz-2.48GHz，高频覆盖了3.30GHz-3.52GHz。可见改变调谐枝节的长度可以扰动三阶偶模处的高频。如图4和图5可知，本实施例利用HFSS软件仿真得到本专利技术中的双向圆极化辐射图，此时选择的调谐枝节长度均为低频段中心频率的1/3个波长，其中图4是在2.45GHz工作频率下ZX面的方向图，虚线表示右旋圆极化辐射，实线表示左旋圆极化辐射；图5是在3.11GHz工作频率下ZX面的方向图，虚线表示右旋圆极化辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双频圆极化偶模环天线，其特征在于：包括介质基板、辐射单元和馈电单元，辐射单元和馈电单元分别设置于介质基板的顶层和底层，所述辐射单元包括非均匀环路和四根调谐枝节，非均匀环路整体呈矩形环状且内环呈正方形，非均匀环路的中心设有馈电点，调谐枝节分别设置于非均匀环路的外侧边；所述馈电单元包括两个关于馈电点呈中心对称分布的叉状偶极子单元，且每个叉状偶极子单元均包括主侧臂和主臂，两个主臂沿该对角线设置且相连，主侧臂垂直连接于主臂顶端，主侧臂的两端处分别连接有左侧臂和右侧臂。

【技术特征摘要】
1.一种双频圆极化偶模环天线，其特征在于：包括介质基板、辐射单元和馈电单元，辐射单元和馈电单元分别设置于介质基板的顶层和底层，所述辐射单元包括非均匀环路和四根调谐枝节，非均匀环路整体呈矩形环状且内环呈正方形，非均匀环路的中心设有馈电点，调谐枝节分别设置于非均匀环路的外侧边；所述馈电单元包括两个关于馈电点呈中心对称分布的叉状偶极子单元，且每个叉状偶极子单元均包括主侧臂和主臂，两个主臂沿该对角线设置且相连，主侧臂垂直连接于主臂顶端，主侧臂的两端处分别连接有左侧臂和右侧臂。2.根据权利要求1所述的双频圆极化偶模环天线，其特征在于：所述两个叉状偶极子单元的结构和尺寸均相同；两个主臂之间通过馈电点连接。3.根据权利要求1所述的双频...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文俊，张伟丽，王东东，顾珊珊，邵芸，李壮，祝雷，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32