低剖面宽带圆极化天线及其阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低剖面宽带圆极化天线及其阵列，涉及通信天线技术领域。所述天线包括第一介质层，所述第一介质层的下表面形成有金属接地层，所述第一介质层的上表面形成有辐射贴片，所述第一介质层的下侧设置有同轴连接器，所述同轴连接器的同轴外壳与所述金属接地层连接，所述同轴连接器的同轴内导体与所述辐射贴片连接，且所述同轴连接器偏离所述天线的中轴线设置，所述辐射贴片的上表面设置有第二介质层，所述第二介质层的上表面形成有超表面，所述天线采用同轴偏馈的形式进行馈电。所述天线在具备宽频阻抗匹配的同时还兼具宽频圆极化的特点，且天线极化可调，使用方便。使用方便。使用方便。

【技术实现步骤摘要】
低剖面宽带圆极化天线及其阵列


[0001]本技术涉及通信用天线
，尤其涉及一种低剖面宽带圆极化天线及其阵列。

技术介绍

[0002]社会的信息化技术飞速发展，无线通信在生活中的各方面都凸显出越来越重要的作用。通信服务已经从早期的语音和文字信号发展为图像和视频等各种多媒体信号，随着科技水平的不断进步以及各种智能设备的不断升级，人们对无线通信系统的各类需求也越来越高，但是频谱资源却越来越有限。
[0003]天线在无线通信系统中扮演者重要的角色，它是发射和接收信号的重要工具，其性能好坏直接影响到整个系统的质量以及通信的效率。天线的种类多种多样，按照天线的结构分类，可分为微带天线、喇叭天线和八木天线等。其中微带天线由于其剖面低并且尺寸小，能够减小空间的占用，在无线通信领域中有着重要的应用。同时微带天线加工简单并且容易集成，这在无线通信系统中有着显著的优势。但是，微带天线存在着一个较大的问题，那就是其带宽比较窄，这也是限制其在宽带场景中应用的主要因素。
[0004]提升微带天线的带宽往往可以采用耦合馈电、缝隙加载、寄生贴片、层叠结构、分形设计、互补设计等多种途径。此外，作为一种新兴的人工电磁结构，近些年来超表面在宽带天线的设计中也得到了较为广泛的使用。网格状的超表面可以产生表面波激励，激发天线的多个谐振点。由于谐振点相互靠近，且都存在于整个工作频段内，因此可以利用谐振点来拓宽带宽，达到宽频带天线的效果。
[0005]圆极化微带天线在卫星和许多无线通信应用中被广泛采用，它可以实现稳定可靠的信号发射和接收。文献“Metasurface Superstrate Antenna With Wideband Circular Polarization for Satellite Communication Application,IEEE Antennas&Wireless Propagation Letters,2016”中报道了一种用于C波段卫星通信的宽带超表面圆极化天线。源天线是倾斜缝隙耦合天线，产生椭圆极化波，而加载4
×
3矩形超表面贴片单元后，天线阻抗带宽扩展到33.7％，而3dB轴比仅为16.5％。
[0006]类似的，文献“Low
‑
Profile Broadband Circularly Polarized Patch Antenna Using Metasurface,IEEE Transactions on Antennas&Propagation,2015”中也报道了一种加载超表面结构的圆极化微带天线，基于超表面结构的表面波谐振特性有效提高了该天线的阻抗带宽。然而该文献所报道的天线，其阻抗带宽虽然达到45.6％，但是其轴比带宽仍然较小，仅为23.4％。通过调研，技术人发现当前的技术虽然可以有效提高微带天线的阻抗带宽，但大多情况下其轴比带宽仍然有限，这极大限制了天线的使用。因此，研究兼具宽频阻抗匹配及宽频圆极化特点的微带天线十分必要。

技术实现思路

[0007]本技术所要解决的技术问题是如何提供一种在具备宽频阻抗匹配的同时还
兼具宽频圆极化的特点，且天线极化可调的低剖面宽带圆极化天线及其阵列。
[0008]为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种低剖面宽带圆极化天线，其特征在于：包括第一介质层，所述第一介质层的下表面形成有金属接地层，所述第一介质层的上表面形成有辐射贴片，所述第一介质层的下侧设置有同轴连接器，所述同轴连接器的同轴外壳与所述金属接地层连接，所述同轴连接器的同轴内导体与所述辐射贴片连接，且所述同轴连接器偏离所述天线的中轴线设置，所述辐射贴片的上表面设置有第二介质层，所述第二介质层的上表面形成有超表面，所述天线采用同轴偏馈的形式进行馈电；
[0009]所述同轴连接器包括同轴外壳和同轴内导体，所述同轴外壳与所述同轴内导体之间设置有介质材料，所述介质材料用于将所述同轴外壳与所述同轴内导体分开；
[0010]所述金属接地层与所述介质材料相对应的位置形成有介质材料插入孔，所述介质材料插入到所述介质材料插入孔内，所述同轴外壳与所述金属接地层焊接到一起；
[0011]所述第一介质层与所述同轴内导体相对应的位置形成有通孔，所述同轴内导体穿过所述通孔后与所述辐射贴片连接。
[0012]进一步的技术方案在于：所述辐射贴片的主体结构为六边形辐射贴片，所述六边形辐射贴片的直径为半个介质波长，所述六边形辐射贴片的外侧的一个侧边上设置有一条馈线，所述馈线偏离所述六边形辐射贴片的中轴线设置，所述同轴连接器的同轴内导体与所述馈线连接，所述六边形辐射贴片内均匀的形成有若干个六边形孔，所述六边形辐射贴片外侧的每条侧边上还设置有一条L型枝节，通过改变L形枝节的尺寸可以有效调节天线的圆极化特性。
[0013]进一步的技术方案在于：所述辐射贴片的主体结构为六边形辐射贴片，所述六边形辐射贴片的直径为半个介质波长，所述六边形辐射贴片的外侧相邻的两个侧边上各设置有一条馈线，所述馈线偏离所述六边形辐射贴片的中轴线设置，两个所述同轴连接器的同轴内导体分别与所述馈线连接，所述六边形辐射贴片内均匀的形成有若干个六边形孔，所述六边形辐射贴片的每条侧边上各设置有两条向外延伸的第一枝节，每条侧边上的两个第一枝节上各设置有一个有源器件，通过所述有源器件与第二枝节连接，同一侧边上的两个第一枝节、两个有源器件以及一个第二枝节构成矩形的封闭结构，通过控制有源器件的通断来实现对天线极化特性的调控。
[0014]进一步的技术方案在于：所述超表面包括若干个贴片型超表面单元和若干个环型超表面单元，所述环型超表面单元处在中心位置，贴片型超表面单元环绕在四周。
[0015]进一步的技术方案在于：所述贴片型超表面单元包括矩形贴片，所述矩形贴片的每条边上设置有一个第一金属条，所述第一金属条的外侧形成有一个第二金属条，所述第一金属条的长度小于所述矩形贴片的长度，所述第二金属条的长度大于所述第一金属条的长度。
[0016]进一步的技术方案在于：所述环型超表面单元包括矩形环，所述矩形环内侧的四个角处各设置有一个矩形小贴片，每个所述矩形小贴片上各设置有一条第三金属条和第四金属条，所述第三金属条和第四金属条之间的夹角为90
°
。
[0017]本技术还公开了一种低剖面宽带圆极化天线阵列，包括若干个所述的低剖面宽带圆极化天线，其特征在于：所述天线阵列中低剖面宽带圆极化天线呈阵列状排列。
[0018]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术所述天线集偏馈、六边形
分形结构、复合超表面等多种结构形式于一体，实现了对微带天线驻波带宽及轴比带宽的有效展宽；利用超表面的表面波谐振特性，可以有效展宽微带天线的带宽。而相比单一形式的超表面，本技术采用复合超表面能够激发多个频段的表面波谐振，具有更好的带宽展宽效果；通过有源器件的引入，实现了对圆极化特性的调控，该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低剖面宽带圆极化天线，其特征在于：包括第一介质层（3），所述第一介质层（3）的下表面形成有金属接地层（2），所述第一介质层（3）的上表面形成有辐射贴片（4），所述第一介质层（3）的下侧设置有同轴连接器（1），所述同轴连接器（1）的同轴外壳（103）与所述金属接地层（2）连接，所述同轴连接器（1）的同轴内导体（102）与所述辐射贴片（4）连接，且所述同轴连接器（1）偏离所述天线的中轴线设置，所述辐射贴片（4）的上表面设置有第二介质层（5），所述第二介质层（5）的上表面形成有超表面（6），所述天线采用同轴偏馈的形式进行馈电；所述同轴连接器（1）包括同轴外壳（103）和同轴内导体（102），所述同轴外壳（103）与所述同轴内导体（102）之间设置有介质材料（101），所述介质材料（101）用于将所述同轴外壳（103）与所述同轴内导体（102）分开；所述金属接地层（2）与所述介质材料（101）相对应的位置形成有介质材料插入孔（201），所述介质材料（101）插入到所述介质材料插入孔（201）内，所述同轴外壳（103）与所述金属接地层（2）焊接到一起；所述第一介质层（3）与所述同轴内导体（102）相对应的位置形成有通孔（301），所述同轴内导体（102）穿过所述通孔（301）后与所述辐射贴片（4）连接。2.如权利要求1所述的低剖面宽带圆极化天线，其特征在于：所述辐射贴片（4）的主体结构为六边形辐射贴片（402），所述六边形辐射贴片（402）的直径为半个介质波长，所述六边形辐射贴片（402）的外侧的一个侧边上设置有一条馈线（401），所述馈线（401）偏离所述六边形辐射贴片（402）的中轴线设置，所述同轴连接器（1）的同轴内导体（102）与所述馈线（401）连接，所述六边形辐射贴片（402）内均匀的形成有若干个六边形孔（403），所述六边形辐射贴片（402）外侧的每条侧边上还设置有一条L型枝节（404），通过改变 L形枝节的尺寸可以有效调节天线的圆极化特性。3.如权利要求1所述的低剖面宽带圆极化天线，其特征在于：所述辐射贴片（4）的主体结构为六边形辐射贴片（402），所述六边形辐射贴片（402）的直径为半个介质波长，所述六边形辐射贴片（402）的外侧相邻的两个侧边上各设置有一条馈线（401），两条所述馈线（401）偏离所述六边形辐射贴片（402）的中轴线设置，两个所述同轴连接器（1）的同轴内导体（102）分别与所述馈线（401）连接，所述六边形辐射贴片（402）内均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡南，谢文青，刘建睿，刘爽，赵丽新，
申请(专利权)人：北京星英联微波科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：