[发明专利]一种圆极化低剖面介质贴片天线单元及其阵列

说明书

本发明涉及一种圆极化低剖面介质贴片天线单元，包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板、基板和正方形的介质贴片，介质贴片的一个侧面设置有金属馈电片，基板上表面设有与金属馈电片相连的馈线，用于直接馈电，介质贴片的对角处具有两个尺寸相等的正方形切角，介质贴片的介电常数大于35。介质贴片和基板融合在一起形成层叠的低剖面介质谐振器，仅需对上层的介质贴片切角可形成圆极化，它的工作模式仍然为介质谐振器的主模TM₁₀₁模和TM₀₁₁模。该圆极化介质天线单元具有结构简单，制作容易，体积小，低剖面等优点。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及低剖面的圆极化介质贴片天线。

背景技术

自1983年介质谐振器天线被S.A.Long等人首次提出后，已经得到广泛研究。与金属天线相比，介质谐振器天线完全由介质材料组成，没有导体损耗，故非常适合毫米波系统。虽然介质天线最初是在毫米波频段应用得到关注，但它们也在微波频率下被广泛研究。这是因为介质天线具有一些吸引人的优点，例如较大的设计自由度，小尺寸，重量轻，低成本和易于安装等优点。介质谐振器天线的基本形状主要包括矩形，圆柱形，半球形等，同时一些严格的数学模型已提出。

圆极化天线作为天线系列中关键的一种类型，已在许多领域得到广泛研究与应用。鉴于上述描述的介质谐振器的优点，各种不同的圆极化介质谐振器天线已得到研究。它们可以通过不同的馈电网络进行激励。其中，微带线馈电有利于介质天线与其他微波电路的集成，为天线阵列的平面馈电分配网络提供便利，同时也有利于在多极化应用中实现可重构馈电网络。然而传统天线中的高剖面将成为实际应用中的一个障碍。

为了减小天线的剖面，2013年Dr.H.W.Lai等人提出了一种准平面介质贴片天线，这为介质谐振器在低剖面线极化介质谐振器天线中应用打开了一扇大门。在文中描述到，介质谐振器天线有着和微带贴片天线类似的特性。由于其贴片腔模的辐射机制，介质贴片天线显示出比传统介质天线的增益高0.5-1dB。因此，这种设计理念可被应用于在毫米波频段设计出线极化天线及其阵列，显示出低剖面，高效率和高辐射特性。然而，到目前为止，介质贴片谐振器的特性还没有进行理论分析，腔模的近似也存在问题。例如，介质贴片的厚度对工作谐振频率影响很大。因此，目前只有通过耗时的优化对线性极化天线进行研究。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种结构简单的圆极化低剖面介质贴片天线单元及其阵列。

为了达到上述目的，本发明提出的一种圆极化低剖面介质贴片天线单元，包括自下而上依次层叠设置的金属反射地板、基板和正方形的介质贴片，所述介质贴片的一个侧面设置有金属馈电片，所述基板上表面设有与金属馈电片相连的馈线，用于直接馈电，所述介质贴片的对角处具有两个尺寸相等的正方形切角，所述介质贴片的介电常数大于35。

此外，本发明还提出圆极化低剖面介质贴片天线阵列，其特征在于：包括数个阵列布置的前述天线单元，所述金属反射地板下方依次设有下基板和馈电网络，馈电网络的馈电线穿过下基板、金属反射地板和天线单元的基板开设的通孔后连接天线单元的金属馈电片。

通过理论研究发现，介质贴片谐振器具有一对简并主模，即TM₁₀₁模和TM₀₁₁模。它们可通过在介质贴片谐振器上引入微扰来形成天线的圆极化波，从而可实现由微带线直馈的圆极化天线。因此，本发明设计一种圆极化低剖面介质贴片天线单元和2×2的阵列，对理论分析进行了验证，并给出了仿真和实测结果，两者吻合较好。

该圆极化介质天线具有结构简单，制作容易，体积小，低剖面等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明圆极化低剖面介质贴片天线单元结构示意图。