[发明专利]一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线

说明书

本发明提供一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线，包括依次层叠设置的主贴片、第一介质层和金属地板，还包括用于向主贴片馈电的馈电探针；主贴片为矩形贴片，且设置有第一镂空槽和第二镂空槽；主贴片的长边长度大于短边的长度；第一镂空槽的一端延伸至主贴片的一长边边沿，第二镂空槽的一端延伸至主贴片的另一长边边沿；馈电探针与主贴片之间的连接点位于第一镂空槽与第二镂空槽之间；连接点与主贴片的中心重合。充分利用主贴片的主模和高阶模，并巧妙地引入缝隙加载来改变他们的电流分布，使得它们不仅具有正交的极化方式，其最大辐射方向一致，极化特性保持稳定，进而使得天线具有双波束、剖面低、结构简单的效果。

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其是指一种具有双波束方向图的宽带圆极化贴片天线。

背景技术

圆极化天线目前广泛地应用于卫星通信、导航定位、射频身份识别(RFID)等系统，相对于线极化天线，主要有两大优势。一方面，圆极化天线可以减轻或者避免极化失配带来的增益损失，在卫星通信中不受大气层的法拉第旋转效应的影响，收发天线之间不需要对准，摆放灵活，通信质量稳定。另一方面，圆极化天线对多径反射的圆极化信号有天然抑制效果，在导航系统中可以提高定位精度。在实际的产品应用中，圆极化天线除了要满足特定的电气性能外，还要兼顾剖面、重量和成本等因素。微带贴片天线具有低剖面、重量轻、易于集成、易于加工等优点，是圆极化天线的最佳实现形式之一。

近几十年来，国内关于圆极化微带贴片天线的研究取得了极大的发展，提出了满足不同应用需求的各种类型的圆极化贴片天线。总的来说，根据天线辐射波束形状的不同，目前的圆极化微带贴片天线大致可以分为两类。第一类是具有边射波束方向图的圆极化微带贴片天线，其最大辐射方向沿法线方向。例如，文献“M.K.Ray,K.Mandal andN.Nasimuddin,Low-Profile Circularly Polarized Patch Antenna With Wide 3dBBeamwidth,in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,vol.18,no.12,pp.2473-2477,Dec.2019”提出一种方形圆极化贴片天线，通过激励起一对正交主模(TM₀₁和TM₁₀模)，获得宽边辐射的圆极化波束。这类圆极化贴片天线的方向图为单向辐射，一般应用于室外场景，如GPS终端和基站天线。第二类是具有锥状波束的圆极化微带贴片天线，其最大辐射方向为天线的某仰角方形，最大辐射方向的方向图近似为圆形，在吸顶安装时，可获得水平全向覆盖。例如，文献“Y.Shi and J.Liu,ACircularly Polarized Octagon-Star-Shaped Microstrip Patch Antenna With Conical Radiation Pattern,in IEEETransactions on Antennas and Propagation,vol.66,no.4,pp.2073-2078,April 2018”中提出一种八角星状的圆极化贴片天线，通过利用方形贴片天线一对正交的TM₁₁模，产生了最大辐射方向在45度仰角的锥状圆极化波束。这种天线一般适用于室内分布系统，用于改善楼宇、商场、体育馆等场景的信号覆盖。

此外，对于一些特定的场合，如隧道、廊道等，由于其结构为窄长状，则需要具有双波束方向图的天线。方便安装、具有低剖面特性的双波束圆极化贴片天线是最佳的选择。目前，关于双波束贴片天线的研究主要集中在线极化。例如，文献“J.Li,Z.N.Chen,D.Wu,G.Zhang and Y.Wu,Dual-Beam Filtering Patch Antennas for WirelessCommunication Application,in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.66,no.7,pp.3730-3734,July 2018”中提出一种具有滤波特性双波束贴片天线，其极化方式为线极化。