一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线技术方案

本发明专利技术提供了一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线，所述天线包括以下部分：四个同轴馈电点a、b、c、d，其中P波段天线馈电点为a和b，S波段天线馈电点为c和d，并在四个同轴馈电点附近都设有一个圆环缝隙，四个同轴馈电点都是从接地面自下往上馈电；S波段天线f置于圆柱空腔g内；P波段天线采用矩形微带金属贴片，S波段天线采用圆形微带金属贴片，两个波段天线使用相同阻值的同轴馈电，最底部连接接地板。本发明专利技术天线结构简单、整体剖面高度较低、相对带宽较大、天线之间隔离度较高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线
本专利技术属于射频天线
，通过合理的空间布局，将不同频段不同极化的多副天线在同一口径面内同时进行工作的共口径天线。
技术介绍
1998年九月发布于《IEEETransactionsonAntennas&Propagation》第9期第1289-1296页上的“Dual-FrequencyandDual-PolarizationMicrostripAntennasforSARApplications”第一次使用了共口径天线的概念，将C波段的微带天线与X波段的印刷缝隙天线组合在一起，通过测量结果验证了双频双极化天线设计的可行性。近年来，随着各个波段在无线通信系统中的应用，形式越来越多样化的共口径天线一直在不断地研究并呈现在我们眼前。2016年七月《IEEETransactionsonAntennas&Propagation》第7期第2805-2814页上的“MiniaturizedDual-BandandDual-PolarizedAntennaforMBANApplications”将S波段线极化天线和C波段圆极化贴片采用堆叠技术，低频天线位于底层，高频天线位于顶层，从而实现了双波段和双极化的特性，测量得到的相对带宽很窄，在S波段和C波段分别为2.8％和9.0％。2018年五月《IEEEAntennas&WirelessPropagationLetters》第5期第735-738页上的“ADual-WidebandDual-PolarizedAperture-SharedPatchAntennaWithHighIsolation”将S波段圆极化天线和X波段线极化天线采用四层堆叠技术，每一个波段天线分别都引入了一层寄生贴片，以此来扩展天线的相对带宽，最终测量得到的S波段和X波段分别为19.3％和22％，但由此造成了天线整体的剖面高度较高结构复杂等缺陷。因此，采用一种单层或者层数较少且天线带宽较大，隔离度较高的共口径天线具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种可应用于无线通信系统中的双波段双极化共口径天线，以达到天线结构简单、整体剖面高度较低、相对带宽较大、天线之间隔离度较高等优点。如图1所示，本专利技术可应用于无线通信系统中的双波段双极化共口径天线主要包括以下部分：四个同轴馈电点a、b、c、d，其中P波段天线馈电点为a和b，S波段天线馈电点为c和d，并在四个同轴馈电点附近都挖去了一个圆环缝隙(对应图中馈电点外围黑色圆部分)，俯视图对应的a、b、c、d为同轴馈线内芯顶端，正视图对应的a、b、c、d分别为内芯圆柱，都是从接地面自下往上馈电；其中P波段天线e距离接地面i高度为H2(0.1λ0)，S波段天线f距离接地面i高度为H1(0.1λ1)；S波段天线f置于圆柱空腔g内。当P波段天线进行工作时，此时馈电点a和b给以幅度相同相位相差180度的激励，S波段天线馈电点c、d无激励输入；当S波段天线进行工作时，此时馈电点c和d给以幅度相同相位相差90度的激励，P波段天线馈电点a、b无激励输入；以此通过控制激励源的输入来控制不同波段天线的工作，并获得不同的极化方式。本专利技术可应用于无线通信系统中的双波段双极化共口径天线，P波段天线采用矩形微带金属贴片，S波段天线采用圆形微带金属贴片，两个波段天线使用相同阻值的同轴馈电，例如：50Ω，70Ω，100Ω等都可，最底部连接接地板；两个波段天线都使用相同介电常数ε的亚龙板材，P波段工作中心频率记为f0，对应矩形贴片长度L约为λ0/2(其中λ0为自由空间中的波长，是光速c与P波段天线工作中心频率f0的比值)，宽度可根据公式计算得到；P采用两个幅度相同相位相差180度的同轴馈电，两个馈电点半径约为0.063λ0，两个馈电点左右对称分布；在两个同轴馈电点处挖去一个内径约为0.0135λ0，外径约为0.014λ0的圆环缝隙，接地面置于P波段天线底部0.1λ0处。S波段工作中心频率记为f1，圆形贴片半径可根据公式计算得到，其中h为介质板厚度；采用两个幅度相同相位相差九十度的同轴馈电，两个馈电口中心位置与圆形贴片圆心位置三点连线刚好成九十度，两个馈电口距离圆形贴片中心距离相等；在两个馈电点处挖去一个内径约为0.016λ1，外径约为0.0176λ1的圆环缝隙，接地面置于S波段天线底部0.1λ1处，其中λ1为自由空间中的波长，是光速c与S波段工作中心频率f1的比值。本专利技术的有益效果是：在上述专利技术的平面微带贴片的基础上，P波段矩形贴片和矩形介质中间挖去了一个圆形和圆柱形部分比S波段天线贴片和介质尺寸大，所以将S波段天线能够置于P波段天线内；并将S波段天线置于一个圆柱形空腔内，以此来减少两个波段天线之间的相互耦合，从而提高天线之间的隔离度。本专利技术提出的单层共口径天线就可实现双频段双极化操作。采用单层的微带贴片结构与现有的双层或者多层结构相比，克服了天线的整体高度较高的缺陷，使得制作成本和功耗大大降低；P波段天线采用两个幅度相同相位相差180度的两个馈电点进行馈电，可激励线极化模式，并降低交叉极化对主极化的影响；在S波段直接采用两个幅度相同相位相差九十度的两个馈电点就可实现圆极化操作；由于在两个波段天线之间增加了一个圆柱形空腔，克服了现有在不同频率下工作的共口径天线但相互之间耦合影响较大的缺陷，带来了两个天线之间相互独立互不影响工作的优点。综合以上的优点，本专利技术的共口径天线对无线通信系统具有非常重要的作用。附图说明图1是本专利技术可应用于无线通信系统中的双波段双极化共口径天线结构示意图(俯视图和正视图)；图2是本专利技术只在P波段中心频率激励下P波段天线阻抗带宽图；图3是本专利技术只在P波段中心频率激励下P波段天线与S波段天线之间的隔离度图；图4是本专利技术只在P波段中心频率激励下P波段天线增益图；图5是本专利技术只在P波段中心频率激励下P波段天线二维辐射方向图；图6是本专利技术只在S波段中心频率激励下S波段天线阻抗带宽图；图7是本专利技术只在S波段中心频率激励下S波段天线与P波段天线之间的隔离度图；图8是本专利技术只在S波段中心频率激励下S波段天线增益图；图9是本专利技术只在S波段中心频率激励下S波段天线二维辐射方向图。具体实施方式下面结合附图通过实施例对本专利技术双波段双极化共口径天线的结构及其效果做进一步说明。实施例1：结合附图1详细介绍本专利技术P波段线线极化天线具体实施方式。P波段天线工作的中心频率为450MHz，矩形贴片天线的物理尺寸为0.39λ0*0.42λ0，天线印刷在介电常数为3.0的亚龙AD300A(tm)上，给以幅度相同相位相差180度的激励，给以相位相差180度的目的是为了减小天线辐射出的交叉极化对主极化的影响；在贴片馈电点a、b附近分别挖去一个内径为9mm，外径为9.4mm的圆环缝隙，目的是通过对天线引入电容补偿来展宽天线的阻抗带宽；而在P波段天线中心处挖去一个半径为0.063λ0的圆形缝隙，目的是为了使P波段天线和S波段天线能够工作在同一个平面上，从而降低天线的整体剖面高度，此时挖去的圆形缝隙对天线的带宽也有一定影响；P波段天线距离地面i的高度为H2，为P波段天线工作中心频率的十分之一个波长，目的是改善天线方向图的前后比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线，其特征在于：所述天线包括以下部分：四个同轴馈电点a、b、c、d，其中P波段天线馈电点为a和b，S波段天线馈电点为c和d，并在四个同轴馈电点附近都设有一个圆环缝隙，四个同轴馈电点都是从接地面自下往上馈电；S波段天线f置于圆柱空腔g内；P波段天线采用矩形微带金属贴片，S波段天线采用圆形微带金属贴片，两个波段天线使用相同阻值的同轴馈电，最底部连接接地板；P波段天线采用两个幅度相同相位相差180度的同轴馈电，两个馈电点左右对称分布；S波段天线采用两个幅度相同相位相差九十度的同轴馈电，两个馈电口中心位置与圆形贴片圆心位置三点连线刚好成九十度，两个馈电口距离圆形贴片中心距离相等。

【技术特征摘要】
1.一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线，其特征在于：所述天线包括以下部分：四个同轴馈电点a、b、c、d，其中P波段天线馈电点为a和b，S波段天线馈电点为c和d，并在四个同轴馈电点附近都设有一个圆环缝隙，四个同轴馈电点都是从接地面自下往上馈电；S波段天线f置于圆柱空腔g内；P波段天线采用矩形微带金属贴片，S波段天线采用圆形微带金属贴片，两个波段天线使用相同阻值的同轴馈电，最底部连接接地板；P波段天线采用两个幅度相同相位相差180度的同轴馈电，两个馈电点左右对称分布；S波段天线采用两个幅度相同相位相差九十度的同轴馈电，两个馈电口中心位置与圆形贴片圆心位置三点连线刚好成九十度，两个馈电口距离圆形贴片中心距离相等。2.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线，其特征在于：P波段天线e距离接地面i高度为H2，H2＝0.1λ0，λ0为自由空间中的波长，是光速c与P波段天线工作中心频率f0的比值。3.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线，其特征在于：S波段天线f距离接地面i高度为H1，H1＝0.1λ1，其中λ1为自由空间中的波长，是光速c与S波段工作中心频率f1的比值。4.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信系统的双波段双极化共口径天线，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈飞，郭忠义，郭凯，周红平，尹超逸，牟江南，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44