[发明专利]一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线

说明书

本发明提供一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，包括依次层叠的矩形辐射贴片、介质层和接地板；还包括同轴探针；所述矩形辐射贴片与接地板之间分别加载有第一短路部件组、第二短路部件组以及第三短路部件组；所述第一短路部件组位于矩形辐射贴片的一短边边沿旁；所述第二短路部件组设置有两组，分别位于矩形辐射贴片的另一短边旁的两个角上；所述第三短路部件组位于所述第一短路部件组与所述第二短路部件组之间；所述同轴探针与矩形辐射贴片之间的连接点位于所述第一短路部件组与所述第三短路部件组之间且偏离矩形辐射贴片的对称轴。该贴片天线实现了低剖面、双频多波束以及带宽增强特性，增益方向图分布较为稳定、工作性能稳定。

技术领域

本发明涉及贴片天线技术领域，尤其是指一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线。

背景技术

微带贴片天线由于具有外形小、重量轻、信号覆盖广等特点，受到了广泛的关注。在现代无线通信中，对于具有单波束和双波束模式的天线的需求日益增高。目前，国内外实现多波束的方法主要有：在单波段内采用阵列天线的形式、使用可重构技术以及在双波段加载频率选择表面。当采用阵列天线的形式时，通过选择馈电网络的输入端口，天线能够交替形成单波束和双波束，但是在这个设计中，引入的馈电网络增加了天线设计和实现的复杂性，且必须由多个天线单元构成。当通过加载频率选择表面时，可以在双频带实现单波束以及双波束模式，然而，在这种设计中，天线的阻抗带宽较窄，限制了天线的应用，且天线厚度不满足超低剖面特性。

在现有技术中，有一种混合多波束天线，该天线由相互嵌套的低频常规波束天线阵列以及高频双波束天线阵列组成，通过嵌套的方式实现了小型化，并使用双工器将天线阵列分割为两个不同工作频段的端口，实现的工作频段分别为694MHz～960MHz以及1695MHz～2690MHz，在低频段能够形成常规波束，在高频段能够形成双波束。还有一种宽频混合多波束阵列天线，其包含单波束和多波束两种系统，通过多个馈电网络以及两个波束形成网络，能够使多波束系统和单波束系统工作在同一个频段，实现了宽频混合多波束的目标。但是，以上两种天线存在尺寸大、剖面高、馈电网络复杂、多单元等缺陷。

综上所述，现有多波束天线存在的问题是：带宽窄、高剖面、多单元、设计复杂等缺陷，进而阻碍了天线的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计一种具有多功能波束、带宽增强效果的低剖面贴片天线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，包括依次层叠的矩形辐射贴片、介质层和接地板；还包括向所述矩形辐射贴片馈电的同轴探针；所述矩形辐射贴片与接地板之间分别加载有用于使TM_1/2,1模式实现单波束辐射的第一短路部件组、用于形成使TM_1/2,0模式实现双波束辐射的第二短路部件组以及用于使TM_3/2,1模式实现单波束辐射且使TM_3/2,0模式实现双波束辐射的第三短路部件组；所述第一短路部件组位于矩形辐射贴片的一短边边沿旁；所述第二短路部件组设置有两组，分别位于矩形辐射贴片的另一短边旁的两个角上；所述第三短路部件组位于所述第一短路部件组与所述第二短路部件组之间；所述同轴探针与矩形辐射贴片之间的连接点位于所述第一短路部件组与所述第三短路部件组之间且偏离矩形辐射贴片的对称轴。

进一步地，所述第三短路部件组位于TM_3/2,0模式和TM_3/2,1模式的电场零点处；两组所述第二短路部件组关于垂直于矩形辐射贴片短边的中轴对称，二者之间的中心的距离为P；天线工作频段的中心频率自由空间波长为λ₀，其中，0.255λ₀P0.264λ₀。

进一步地，所述第三短路部件组由5个直径为R₃的第三金属柱构成，相邻的两个所述第三金属柱之间的间距为S，其中，1.6R₃S1.7R₃。