[发明专利]圆台状圆极化微带贴片天线

说明书

一种圆台状圆极化微带贴片天线，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的圆台状介质基片、设于介质基片顶部的辐射片以及设于介质基片四周侧壁的若干馈电探针；介质基片包括下层的高介质常数介质基片和上层的低介电常数介质基片；辐射片为一薄片状的圆形金属导体，所述辐射片中部加工有一结构对称的齿轮状开口；本发明采用耦合馈电方式，馈电探针渐变，加工简单，尺寸小，重量轻，容易形成较宽的带宽，天线圆极化性能提高，并且相位中心稳定，可以同时实现右旋和左旋两种圆极化，尤其适合于精确测量和制导位系统终端设备。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种圆台状圆极化微带贴片天线。

背景技术

圆极化天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通信系统中起着至关重要的作用，尤其在卫星通信和飞行器测控设备中。

当前卫星导航定位设备在诸如定位、测量、授时、高精度农业和智能交通等领域应用日益广泛。导航设备为了获得分米级以上高精度定位要求，一般要采用RTK（实时动态差分法）技术，此时设备的天线一般要具备双频特性，并且应具备较宽工作带宽（增益带宽、波束带宽和轴比带宽），和更加紧凑尺寸、同时加工制造要简单等。由于微带贴片天线具有形状小、成本低、易共形、易加工和容易实现圆极化等优点，而被广泛应用，圆极化天线也是如此。

当前圆极化天线主要存在的问题为：

1.普通的微带天线一般实现单层介质实现一个工作频带，这种工作带宽比较窄，工作带宽仅有5%z左右，不能很好应用在超宽带（扩频）通信系统中。如果增大带宽，往往需要采用低介电常数的介质作为天线基板材料，此时天线尺寸会增大。

2.常规螺旋天线频带宽、波束宽、方向图对称、宽角圆极化性能好，缺点是只能实现一个极化方式。在需要双圆极化的场合，无法满足应用。

3.阵列天线（或阵子变形），频带宽、方向图对称、宽角圆极化性能好，缺点是波束不够宽、结构较复杂，尺寸较大。

传统的微带天线一般实现双频采用层叠式，即一般一层实现一个工作频带，两层叠加以实现双频。其中上层一般实现较高频率的辐射，下层实现较低频率的辐射。其中下层的辐射贴片充当上次贴片的地板。这种结构馈电比较复杂，同时上层的贴片往往会影响下层贴片的性能，造成下层贴片性能的下降，并且，普通微带天线工作带宽窄，不能很好覆盖多个卫星导航系统。如果增大带宽，往往需要采用低介电常数的介质作为天线基板材料，此时天线尺寸会增大。

圆极化天线由于不存在极化失配现象，更容易获得相关性较低的平衡接收功率而呈现较大优势。一对左旋圆极化波和右旋圆极化波互为交叉极化，理想情况下一对互为交叉极化的波是互相隔离的，即用LHCP的天线是无法接收RHCP来波的信号，反之亦然。事实上没有绝对的圆极化和线极化，任意极化波的瞬时电场矢量的端点轨迹为一椭圆，椭圆的长轴和短轴之比称之为轴比AR(Axial Ratio)，一般用dB表示。轴比是圆极化天线的一个重要的性能指标，它代表圆极化的纯度，一般将轴比不大于3dB的带宽，定义为天线的圆极化带宽。它是衡量天线对不同方向的信号增益差异性的重要指标。

圆极化波的特点是，电场的垂直分量和水平分量的大小相等而相位相差90度。一般情况下，微带天线是线极化的。但若对微带天线采用特殊的馈电方式，在贴片中激励两个简并得正交模式，使之幅度相等相位相差90度，即可以获得圆极化波。圆极化根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化。圆极化信号经过反射会发生变化，根据反射信号强弱，我们大致可以推断出该信号是否经过反射以及反射次数，并以此作为信号检测的依据，所以在测控领域应用也比较广泛。