[实用新型]基于单负零阶谐振器的小型全向圆极化天线

说明书

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，涉及一种基于单负零阶谐振器的小型全向圆极化天线。

背景技术

全向圆极化天线是指同时具有全向辐射特性和圆极化辐射特性的一类天线，由于此类天线具有这两个特殊的性能而被广泛应用于通讯、雷达、遥感遥测、电子侦察与电子干扰等方面。全向圆极化天线应用于航天通信、遥测遥感以及天文设备中，可减小信号的损失，有效地消除由电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变影响；全向圆极化天线应用于电子对抗中，可侦察和干扰敌方除反向纯圆极化信号以外的各种极化方式的无线电波；将全向圆极化天线装置于高速运动、剧烈摆动或滚动的物体上，如航天器、飞机、舰艇及汽车等，可在任何运动状态下都能接收到无线电信号；全向圆极化天线应用于广播电视系统中，能够有效扩大信号的覆盖范围，并能在一定程度上克服重影重音；部分通信系统采用方位面全向天线，可提高通信的及时性和可靠性。因此，研究全向圆极化天线具有重要的实用价值。

目前对全向圆极化天线的研究工作很大程度上集中在单个圆极化天线上，在需要全向圆极化天线时，只是将多个圆极化天线按照一定方式进行排列组合，从而实现全向性。采用这种方法所得到的天线性能往往无法达到最佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供基于单负零阶谐振器的小型全向圆极化天线，所设计的基于单负零阶谐振器的全向圆极化天线，尺寸小，具有方位面内的全向辐射方向图，能够覆盖大的服务区域，同时具有良好的圆极化性能。

其具体技术方案为：

基于单负零阶谐振器的小型全向圆极化天线，包括顶层贴片、地板、馈电点和单负零阶谐振器，所述顶层贴片通过金属化过孔连接到地板，所述顶层贴片的中心为馈电点，所述单负零阶谐振器由2×2个蘑菇阵列构成，所述金属化过孔的数量为4个。

进一步，所述蘑菇阵列的蘑菇单元有一个正方形的金属片，通过中心的金属柱与地板相连，左手电感效应由接地的金属柱提供，右手电容效应由金属片和地板之间的耦合提供，右手电感效应由金属片上的电流提供。

进一步，天线的尺寸为：l₁＝48mm，l₂＝46mm，l₃＝5mm，l₄＝3mm，l₅＝26.5mm，l₆＝7mm，4个金属化过孔的直径为1mm，馈电点位于天线中心位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、尺寸小，由于零阶谐振器的谐振频率和谐振腔的物理长度之间没有绝对依赖关系，因此可以设计小型化天线，且地板上所加枝节可以进一步降低谐振频率。

2、单平面单馈电结构，不需要传统天线实现全向圆极化所需的90°移相器和双馈电网络，更容易设计和加工；不需要双负零阶谐振所需的容性缝隙，容性缝隙增加了计算时间和加工难度，而所设计的天线不需要该缝隙，使计算速度更快，加工更精确。

3、与双负零阶谐振全向圆极化天线相比，提出天线不需要缝隙电容，馈电点可位于天线几何中心，使方向图的对称性更好，圆极化度也更好；由于馈电点固定，只需通过容性耦合片的直径调节匹配，设计和实现更简单。

附图说明

图1是2×2蘑菇阵列结构图，其中图1(a)是双负，图1(b)是单负；

图2是蘑菇结构等效电路模型，其中图2(a)是双负，图2(b)是单负；

图3是基于单负零阶谐振的全向圆极化天线结构；

图4是天线顶层贴片的电场和地板上的电流分布图，其中图4(a)t＝0，图4(b)t＝T/4，图4(c)t＝T/2，图4(d)t＝3T/4；

图5是反射系数计算结果；

图6是中心频率处天线xoy面方向图计算结果；

图7是中心频率处天线xoz面方向图计算结果；

图8是中心频率处天线yoz面方向图计算结果；

图9是θ＝90°方向轴比随频率变化曲线计算结果；

图10是θ＝90°面轴比随方位角的变化曲线计算结果；

图11是面轴比随俯仰角的变化曲线计算结果；

图12是θ＝90°方向增益随频率变化曲线计算结果；

图13是反射系数测试结果；

图14是中心频率处天线xoy面方向图实验结果；

图15是中心频率处天线xoz面方向图实验结果；

图16是中心频率处天线yoz面方向图实验结果；

图17是θ＝90°方向轴比随频率变化曲线实验结果；