[发明专利]双频双圆极化天线

说明书

本发明提出了一种双频双圆极化天线，主要解决现有技术结构复杂，工作带宽窄的问题。其包括底、中、顶三层介质板(1、6、11)，该底层介质板(1)的侧边设有馈电口(4)，下表面设有微带馈线(3)，上表面设有地板(5)，地板的中心设有缝隙(2)，用于耦合馈电；该中层介质板(6)的上表面设有高频辐射贴片(8)和寄生贴片(9)，内部设有高、低频短路柱(7，13)；该顶层介质板(11)的上表面设有低频辐射贴片(12)，低频短路柱(13)穿过顶层介质基板(11)实现对低频辐射贴片与地板的连接，高频短路柱(7)用于实现高频辐射贴片与地板的连接。本发明结构简单，体积小，成本低，频带宽，可用于收发双工通信系统。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种双频双圆极化天线，可用于收发双工通信系统。

背景技术

相比于线极化天线，圆极化天线可以接收任意方向的来波，具有更好的接收电磁波、抑制多径效应以及抗雨雾干扰的能力。因此近些年来，圆极化天线广泛应用于雷达探测、卫星通信、卫星导航、电子侦察、电子对抗等领域。在无线通信和卫星通信领域中，通信系统对通信容量的需求越来越高。在天线设计中，除了要求所设计的天线高增益、宽带宽、高辐射效率、低生产成本外，还要求天线具备双工作频带、双圆极化、收发一体的特性，以满足通信系统小型化、收发双工、频率复用等多方面的需求。因此双频双圆极化天线应运而生。双频双圆极化天线可以作为收发天线工作在两个不同频带，实现全双工工作模式，不仅能增加通信系统的通信容量，还能减少通信系统中天线的数目，节省天线的成本。同时，双频双圆极化天线在两个不同的频带能实现两种方向相反的圆极化方式，在抑制发射信号与接收信号相互干扰的同时具有良好的极化匹配。这些优良特性使得双频双圆极化天线在卫星通信、车载通信、无人驾驶等移动通信系统中具有广阔的应用前景。因而双频双圆极化天线的设计也成为天线工程师们面临的新的挑战。

设计双频双圆极化天线的一种思路是先设计双频线极化天线单元，再采用顺序旋转馈电的方式设计出双频双圆极化阵列天线。2018年Qi Yao等人在IEEE 4thInternational Conference on Computer and Communications上发表的文章A Dual-Band and Dual-Circularly-Polarized Array Antenna with a Single Element中设计一款如图1(a)所示双馈线极化天线单元，该天线单元在低频时工作于TM₁₀模式，而在高频时工作于TM₀₁模式。并采用顺序旋转馈电的方法，设计出如图1(b)所示的双频双圆极化阵列天线，该天线在低频和高频段分别实现左旋和右旋圆极化。但该天线的顺序旋转馈电网络结构较为复杂，不仅增大了天线的体积，不利于通信系统的小型化，而且增大了天线的损耗，降低了天线辐射效率。

双频双圆极化天线设计的另一个思路是直接设计双频双圆极化天线单元。2016年Jin-Dong Zhang等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation发表的文章Dual-Band and Dual-Circularly Polarized Shared-Aperture Array Antennas WithSingle-Layer Substrate设计了如图1(c)所示的双频双圆极化天线单元。该天线通过连接两个分别工作在不同频率不同极化方式的辐射贴片实现双频双圆极化的工作模式，虽然结构简单，但天线的带宽较窄，且体积较大，限制了天线的应用场景，不利于通信系统的小型化。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种双频双圆极化天线，以简化结构，拓宽带宽，降低成本，减小体积，满足无线通信系统对双频双圆极化天线宽带小型化的需求。

为实现上述目的，本发明的双频双圆极化天线，包括介质基板、辐射贴片、寄生贴片、地板、微带馈线和金属短路柱，其特征在于：

所述介质基板，包括底层介质基板1、中间层介质基板6、顶层介质基板11，这三层介质基板之间通过导体胶粘合；