一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线制造技术

本发明专利技术公开一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线。本发明专利技术结构通过方形贴片切对角，引入简并模分离实现圆极化天线单元；然后通过在贴片表面蚀刻不同尺寸的开口谐振环，在工作频带两侧分别引入增益零点，实现较好的带外抑制；并且通过增加寄生贴片、开T型槽、采用带线‑探针混合馈电结构和顺序旋转馈电技术实现相对带宽为43.14％，轴比带宽为1.71％，最高增益达到14.64dBi的2×2圆极化天线阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线
本专利技术属于无线通信技术的天线设计
，特别涉及一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，可应用于移动通信、卫星通信以及雷达等无线通信系统中，可应用于当前5G通信网络。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，圆极化天线越来越受到广泛重视，它与线极化天线相比，优势在于能够接收任意极化方向的线极化波，并且辐射出的电磁波能够被任意的线极化天线接收，除此之外圆极化天线还有极化旋转性、旋向正交性，这些优势使圆极化天线在无线通信系统中大放异彩。而滤波器作为射频前端电路的重要元器件，经常需要和天线一起设计，这就考虑到如何将滤波器和天线结合起来。传统设计方法通常是将天线和滤波器作为独立部分分开设计然后进行级联，或者将滤波器与馈电网络结合，这些方法都会存在匹配不好、引入插入损耗、降低增益等问题。因此，如何将天线和滤波器有效结合以实现小型化，减少或者避免损耗一直是国内外学者研究的热点。单馈点的圆极化微带贴片天线有天生窄带宽的缺陷，为了实现宽带性能，学者们研究出了很多方法，例如增加基板厚度、降低介质基板介电常数等。本专利技术选取加载堆叠寄生贴片和在辐射贴片上蚀刻T型槽的方法展宽带宽。除此之外，为了获得更高的天线增益和更宽轴比带宽，使天线的辐射方向性更好，选择制作成2×2的天线阵列。综上所述，在微带贴片上同时实现圆极化特性和滤波性能可以减小射频前端尺寸，降低损耗，实现天线-滤波特性一体化，通过堆叠贴片和顺序旋转馈电技术可以有效展宽轴比带宽，增强圆极化特性，提高天线的增益。>
技术实现思路
针对上述技术的不足，本专利技术的目的在于实现一种宽带圆极化滤波阵列天线，不仅可以将圆极化特性和滤波特性进行整体设计以减小匹配不好造成的不良影响，而且还能展宽阻抗带宽和轴比带宽，解决了微带天线频段窄的问题，并且增强了天线辐射的方向性和增益。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，包括从上至下依次设置的介质基板S1、S2、S3、S4、馈电结构；介质基板S1与介质基板S2之间设有一层空气层，该空气层高度小于介质基板S2波长的八分之一；介质基板S3与介质基板S4之间设有同等大小的金属层M1作为接地面。作为优选，介质基板S1、S2、S4的厚度不同，介质基板S2、S3厚度相同；介质基板S1、S2、S2、S4的介电常数相同。所述的介质基板S1的上表面设有四个呈中心对称的寄生贴片P1，每个寄生贴片P1为切角贴片，具体为沿对角线切掉一对顶角上的等腰直角三角形的方形贴片，寄生贴片P1开有开口谐振环a；所述的介质基板S2的上表面设有四个呈中心对称的辐射贴片P2，每个辐射贴片P2为切角贴片，具体为沿对角线切掉一对顶角上的等腰直角三角形的方形贴片，辐射贴片P2开有两条T型缝隙、开口谐振环b；两条T型缝隙轴对称设置；上下对应位置上辐射贴片P2开口谐振环b的开口与寄生贴片P1开口谐振环a的开口朝向相同。两条T型缝隙轴对称设置，且两者间留有一定的空隙；T型缝隙与辐射贴片P2的中心线(此中心线与T型缝隙平行)具有一定的距离d1，用以避免T型缝隙与开口谐振环b引起耦合效应，用以增大阻抗带宽。两条T型缝隙位于开口谐振环b开口侧；辐射贴片P2的馈电点(即金属柱T2与辐射贴片P2的连接点)位于开口谐振环b环内，寄生贴片P1的中心位于开口谐振环a环外。金属柱T1和T2与金属贴片P3连接部分距离为S可调，范围是0.017λg～0.035λg，主要是为了调节阻抗匹配。所述的介质基板S3的上表面设有四个呈中心对称的金属贴片P3；金属贴片P3用于带线-探针混合馈电，均为大小一致的长方形贴片。作为优选，寄生贴片P11、P12、P13、P14形状尺寸完全相同，依次旋转90°，辐射贴片P21、P22、P23、P24形状尺寸完全相同，依次旋转90°。作为优选，寄生贴片P1、辐射贴片P2、金属贴片P3一一对应，且三者中心点位于同一直线上。作为优选，寄生贴片P1和辐射贴片P2的切角位置一样，用以激励出更多的圆极化特性。作为优选，每个寄生贴片P1的边与介质基板的边均平行；每个辐射贴片P2的边与介质基板的边均平行。所述介质基板S4的下表面印刷有用以产生四路幅度相等、相对相位差依次为0°、90°、180°和270°信号的宽带馈电网络F；宽带馈电网络F由三级组成，第一级是从输入端口Port1输入的Wilkinson功分器；第二级是宽带90°相移网络，一路经过特性阻抗为50Ω的微带线到达C点，另一路经过特性阻抗为30Ω的微带线到达B点；第三级是从B点到输出端口PA和PC以及C点到输出端口PB和PD的180°功分相移网络。四个输出端口PA、PB、PC、PD输出的信号幅度相等，相对相位差依次为0°、90°、180°、270°。所述的馈电结构包括作为探针的2组金属柱T1、T2，金属贴片P3和宽带馈电网络F；四个金属柱T1贯穿第三层介质基板S3、第四层介质基板S4和接地面M1，一端分别与四个金属贴片P3对应连接，另一端则分别与宽带馈电网络F的四个输出端口PA、PB、PC、PD对应连接，上述四个金属柱T1与接地面M1不接触；金属柱T2贯穿介质基板S2，一端分别与四个金属贴片P3对应连接，另一端分别与四个辐射贴片P2对应连接；金属柱T1和金属柱T2在金属贴片P3上的连接位置关于所在金属贴片P3对称轴对称设置。由介质基板S1、S2、S3、S4、馈电结构以及寄生贴片P1、辐射贴片P2、金属贴片P3、金属柱T1、金属柱T2组成四组阵元，四组阵元依次旋转90°组成2*2阵列，馈电网络的四个输出端口的相位也是依次相差90°(逆时针)。作为优选，改变寄生贴片P1和辐射贴片P2的尺寸可对S参数、轴比和天线增益进行调节。作为优选，寄生贴片P1的两个切角c3、c4和辐射贴片P2上的两个切角c1、c2均镜像对称，并且改变其尺寸可调节S参数和轴比。、作为优选，寄生贴片P1上的开口谐振环a和辐射贴片P2上的开口谐振环b产生滤波特性，通过调节开口谐振环a的长宽、寄生贴片P1中心点与开口谐振环a非开口所在长边的距离(d2)可改变高频段增益零点的频率和带外抑制程度，通过调节开口谐振环b的长宽、辐射贴片P2馈电点与开口谐振环b非开口所在长边的距离(d3)可改变低频段增益零点的频率和带外抑制程度。作为优选，微带线的阻抗包含30Ω，45Ω，50Ω和70.7Ω，其中在宽带90°相移网络中，特性阻抗为30Ω的微带线中心连接长度λ/2、特性阻抗为45Ω的开路微带线，起到阻抗匹配的作用。工作过程：本专利技术主要通过三个方式展宽带宽，一是增加堆叠寄生贴片，二是在辐射贴片上蚀刻T形缝隙，三是通过宽带馈电网络F和带线-探针混合馈电进行结合，共同馈电。信号通过宽带馈电网络F分别从四个输出端口输出，四个输出端口的信号相位依次相差90°，经金属柱T2、长方形金属贴片P3、金属柱T1输入到辐射贴片P2。辐射贴片P2通过单馈点产生两个相互正交、幅度相等的简并模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，其特征在于包括从上至下依次设置的介质基板S1、S2、S3、S4、馈电结构；介质基板S1与介质基板S2之间设有一层空气层；介质基板S3与介质基板S4之间设有金属层M1作为接地面；/n所述的介质基板S1的上表面设有四个呈中心对称的寄生贴片P1，每个寄生贴片P1为切角贴片，寄生贴片P1开有开口谐振环a；/n所述的介质基板S2的上表面设有四个呈中心对称的辐射贴片P2，每个辐射贴片P2为切角贴片，辐射贴片P2开有两条T型缝隙、开口谐振环b；两条T型缝隙轴对称设置，且两者间留有一定的空隙；两条T型缝隙位于开口谐振环b开口侧；/n所述的辐射贴片P2的馈电点位于开口谐振环b环内，寄生贴片P1的中心位于开口谐振环a环外；/n所述的介质基板S3的上表面设有四个呈中心对称的金属贴片P3；/n所述介质基板S4的下表面印刷有宽带馈电网络F；/n所述的馈电结构包括作为探针的2组金属柱T1、T2，金属贴片P3和宽带馈电网络F；四个金属柱T1贯穿介质基板S3、介质基板S4和接地面M1，一端分别与四个金属贴片P3对应连接，另一端则分别与宽带馈电网络F的四个输出端口对应连接，且四个金属柱T1与接地面M1不接触；金属柱T2贯穿介质基板S2，一端分别与四个金属贴片P3对应连接，另一端分别与四个辐射贴片P2对应连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，其特征在于包括从上至下依次设置的介质基板S1、S2、S3、S4、馈电结构；介质基板S1与介质基板S2之间设有一层空气层；介质基板S3与介质基板S4之间设有金属层M1作为接地面；
所述的介质基板S1的上表面设有四个呈中心对称的寄生贴片P1，每个寄生贴片P1为切角贴片，寄生贴片P1开有开口谐振环a；
所述的介质基板S2的上表面设有四个呈中心对称的辐射贴片P2，每个辐射贴片P2为切角贴片，辐射贴片P2开有两条T型缝隙、开口谐振环b；两条T型缝隙轴对称设置，且两者间留有一定的空隙；两条T型缝隙位于开口谐振环b开口侧；
所述的辐射贴片P2的馈电点位于开口谐振环b环内，寄生贴片P1的中心位于开口谐振环a环外；
所述的介质基板S3的上表面设有四个呈中心对称的金属贴片P3；
所述介质基板S4的下表面印刷有宽带馈电网络F；
所述的馈电结构包括作为探针的2组金属柱T1、T2，金属贴片P3和宽带馈电网络F；四个金属柱T1贯穿介质基板S3、介质基板S4和接地面M1，一端分别与四个金属贴片P3对应连接，另一端则分别与宽带馈电网络F的四个输出端口对应连接，且四个金属柱T1与接地面M1不接触；金属柱T2贯穿介质基板S2，一端分别与四个金属贴片P3对应连接，另一端分别与四个辐射贴片P2对应连接。


2.根据权利要求1所述的一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，其特征在于由介质基板S1、S2、S3、S4、馈电结构以及寄生贴片P1、辐射贴片P2、金属贴片P3、金属柱T1、金属柱T2组成四组阵元，四组阵元依次旋转90°组成2*2阵列，馈电网络的四个输出端口的相位也是依次相差90°。


3.根据权利要求2所述的一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，其特征在于每组阵元上辐射贴片P2开口谐振环b的开口与寄生贴片P1开口谐振环a的开口朝向相同。


4.根据权利要求1所述的一种顺序旋转馈电的宽带圆极化滤波阵列天线，其特征在于介质基板S1与介质基板S...

【专利技术属性】
技术研发人员：金华燕，聂珊珊，罗国清，王文磊，潘玉剑，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33