[发明专利]一种宽波束平面背射及双向圆极化天线

说明书

本发明公开一种宽波束平面背射及双向圆极化天线，扇形平面磁偶极子整体呈半封闭结构，扇形平面磁偶极子包括两个完全相同的扇形贴片和垂直短路壁，垂直短路壁沿扇形平面磁偶极子半径方向连接于两个扇形贴片的直边；所述两组同心环形电偶极子分别用作顶层同心环形辐射单元与底层同心环形辐射单元、以及顶层同心环形反射器与底层反同心环形反射器；顶层同心环形辐射单元通过顶层连接枝节连接于扇形平面磁偶极子上表面，底层同心环形辐射单元通过底层连接枝节连接于扇形平面磁偶极子下表面。本发明具有剖面低、结构简单，无需外加复杂的移相功分网络即可实现优良的宽波束圆极化性能，在物联网的各种无线传感与各种射频识别系统中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于微波与物联网，具体涉及一种宽波束平面背射及双向圆极化天线。

背景技术

圆极化天线可以接收任意方向的来波，且其辐射波也可由任意极化的天线收到，故在电子侦察和干扰、通信和雷达的极化分集工作、电子对抗方面受到了广泛的应用。圆极化天线的制作大致可以划分为三种方法。第一种方法为互补振子实现圆极化；第二种方法为使用旋转结构，如微带平面旋转天线和立体结构的螺旋天线；第三种方法为在辐射贴片或介质谐振腔上产生交叉偶极子，这两个交叉偶极子的模极化和相位正交。背射圆极化天线是在引向天线基础上发展起来的一种新型天线，其具有结构简单、馈电方便、纵向长度短、增益高(可达数百)和副瓣背瓣较小(可分别达到-20dB和-30dB以下)等优点。

而在卫星导航、通信和射频识别等领域中，还需要天线具有足够宽的3dB轴比波束宽度(即：极化波束宽度)，要求天线具有接近180°(半球状)、甚至超过180°的轴比波束宽度。尽管平面旋转对称结构的圆极化天线也能实现宽波束，但往往不超过150°，并且波束多垂直于天线的平面，如果想要获得平行于天线平面的圆极化波束，就难免要引入非平面结构，所以如何设计一个具有灵活圆极化波束指向特性(端射、背射或双向)的平面天线，是有挑战性的难题。现有技术已经能解决平面端射圆极化天线的设计，然而无法实现平面背射和双向圆极化天线的设计。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种宽波束平面背射及双向圆极化天线。

技术方案：本发明一种宽波束平面背射及双向圆极化天线，包括扇形平面磁偶极子和两组同心环形电偶极子，所述扇形平面磁偶极子包括两个完全相同的扇形贴片和垂直短路壁，两个扇形贴片一上一下平行对称放置，垂直短路壁沿扇形平面磁偶极子半径方向连接于两个扇形贴片的直边,所述扇形平面磁偶极子整体呈半封闭结构且扇形平面磁偶极子的圆弧端为开口；所述两组同心环形电偶极子中的一组用作顶层同心环形辐射单元与底层同心环形辐射单元，另一组用作顶层同心环形反射器与底层反同心环形反射器；顶层同心环形辐射单元通过顶层连接枝节连接于扇形平面磁偶极子上表面(即上表面的扇形贴片的一侧)，底层同心环形辐射单元通过底层连接枝节连接于扇形平面磁偶极子下表面(即下表面的扇形贴片的一侧)；所述顶层同心环形辐射单元与底层同心环形辐射单元的结构与尺寸相同，且关于扇形平面磁偶极子的中轴线对称分布；所述顶层同心环形反射器与底层同心环形反射器的结构与尺寸相同，且关于扇形平面磁偶极子的中轴线对称分布，顶层同心环形反射器与底层同心环形反射器与扇形平面磁偶极子之间的距离均为5mm-10mm；

其中，扇形平面磁偶极子上表面的扇形贴片、顶层同心环形辐射单元与顶层同心环形反射器在同一平面，扇形平面磁偶极子下表面的扇形贴片、底层同心环形辐射单元与底层同心环形反射器在同一平面。

进一步的，所述扇形平面磁偶极子的圆心角范围为[90°，360°]。为减小天线体积的同时能够获得更宽的波束宽度，扇形平面磁偶极子的圆心角范围为[180，330°]。

进一步的，所述顶层同心环形辐射单元与底层同心环形辐射单元围绕扇形平面磁偶极子中轴线旋转的角度范围均为[90°，160°]。

进一步的，同心环形辐射单元的张角范围为[30°，60°]；同心环形反射器的张角范围为[45°，135°]。