一种紧凑型圆极化微带天线及其构成的天线阵.pdf

本发明为一种紧凑型圆极化微带天线及其天线阵，圆极化微带天线上下层介质板和基板为相同的正方形，正方形辐射贴片贴附于上层介质板上表面，基板贴附于下层介质板上表面，微带馈线贴附于下层介质板的下表面。基板与上层介质板间为空气层。基板的中心有纵横槽相互垂直平分的十字槽，顶层的辐射贴片四边上每边有3～7个凹槽，处于中心线上的凹槽最深，两侧凹槽深度逐渐减小，四边上的凹槽以辐射贴片中心为对称。本紧凑型圆极化微带天线为阵元构成天线阵。各功分器与各阵元馈线连接，多个阵元在同一平面上成一直线排列，或在同一平面上排列为正方形阵列。本发明有更好的圆极化特性，缩减天线尺寸，缩减天线阵阵元间距为0.6λ，天线阵结构紧凑。

权利要求书1.  一种紧凑型圆极化微带天线，包括依次叠放的顶层的辐射贴片(2)、上层介质板(1)、基板(4)、下层介质板(5)和底层的微带馈线(6)，上层介质板(1)、基板(4)和下层介质板(5)为相同的正方形，其边长为S，辐射贴片(2)也为正方形，其边长为s，S＝(1.5～2.5)s；辐射贴片(2)贴附于上层介质板(1)上表面，基板(4)贴附于下层介质板(5)上表面，微带馈线(6)贴附于下层介质板(5)的下表面，基板(4)和辐射贴片(2)为铜片；上层介质板(1)和下层介质板(4)为绝缘介质板；基板(4)上表面与上层介质板(1)下表面之间为空气层(3)；辐射贴片(2)、上层介质板(1)、基板(4)和下层介质板(5)的中心处于同一铅垂线上，每个边的中心线处于同一铅垂面上；其特征在于：所述基板(4)的中心有十字槽(7)，十字槽(7)的纵槽和横槽相互垂直平分，且分别平行于基板(4)的相邻两边；所述辐射贴片(2)四边上每边有3～7个矩形凹槽，凹槽中心线与所在辐射贴片(2)的边垂直，处于各边中心线上的凹槽最深，各边中心线两侧的凹槽深度逐渐减小，各边上的凹槽以各边中心线为对称，四边上的凹槽以辐射贴片(2)中心为对称。2.  根据权利要求1所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述辐射贴片(2)四边上各凹槽的宽度W相同，各凹槽边的间距及各边两端凹槽外边与辐射贴片(2)边的间距W’大于W,W’＝(1.8～2.2)W。3.  根据权利要求2所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述辐射贴片(2)四边上各凹槽的宽度W为0.1mm～0.3mm。4.  根据权利要求1所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述辐射贴片(2)四边上各边中心线上的凹槽深度为L，L＝(0.25～0.35)s，各边中心线两侧凹槽的深度等比减小。5.  根据权利要求1所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述基板(4)和辐射贴片(2)为厚度0.02mm～0.08mm的铜片。6.  根据权利要求1所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述上层介质板(1)和下层介质板(5)为厚度0.5mm～2mm的绝缘介质板。7.  根据权利要求1所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述基板(4)上表面与上层介质板(5)下表面之间空气层(3)的厚度为3mm～6mm。8.  根据权利要求2所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述基板(4)上的十字槽(7)的槽宽Ws小于辐射贴片(2)各边凹槽的宽度W，W＝(1.1～1.5)Ws。9.  根据权利要求1所述的紧凑型圆极化微带天线，其特征在于：所述基板(4)上十字槽(7)的长度Ls等于辐射贴片(2)边长s。10.  根据权利要求1至9中任一项所述的紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵，其特征在于：多个相同的上述紧凑型圆极化微带天线为阵元构成天线阵，与阵元相同数量的相同功分器与天线阵中的各个阵元的馈线一一连接，输入等幅同相的信号，阵元的间距为0.5～0.6λ,λ为该天线阵工作的无线电波在阵元的基板介质中的波长；2～7个阵元在同一平面上成直线排列、阵元中心的连线成一直线，或者N×N个阵元在同一平面上排列为正方形阵列，N为2至8的整数。

说明书一种紧凑型圆极化微带天线及其构成的天线阵
技术领域
本发明涉及通信中的接收天线技术领域，具体为一种紧凑型圆极化微带天线及其天线阵。
背景技术
圆极化微带天线是一种由附在介质上的金属铜片构成的贴片状天线，圆极化微带天线包括顶层的辐射贴片、空气层和底层馈线。圆极化微带天线主要用于接收天线，要求有较好的圆极化特性。目前圆极化微带天线辐射贴片的四边开对称型的深度相同的凹槽，以延长辐射贴片表面电流路径，缩减天线尺寸，在使天线阵结构紧凑的同时，还保证天线的圆极化特性。但是，均匀对称槽缝的存在会影响贴片内的电流分布，损害天线的圆极化特性。
圆极化微带天线阵是由数个微带天线阵元组成。由于天线阵元之间存在耦合，为了减小耦合对各天线阵元性能的影响，目前，一般的微带天线阵的阵元间距为0.5λ(λ为电磁波在介质中的波长),微带圆极化天线阵因其圆极化干扰导致阵元间距都比较大，至少为0.83λ，不利于天线阵的小型化。
发明内容
本发明的目的是设计一种紧凑型圆极化微带天线，其辐射贴片四边上每边中心线上的凹槽最深，两侧的凹槽深度逐渐减小，各边上的凹槽以各边中心线为对称。缩小天线体积，天线结构紧凑，质量小。
本发明的另一目的是设计一种紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵，以本发明紧凑型圆极化微带天线为阵元，阵元相互的间距缩小为0.6λ或更小，以利于天线阵的小型化。
本发明设计的一种紧凑型圆极化微带天线包括依次叠放的顶层辐射贴片、上层介质板、基板、下层介质板和底层的微带馈线，上层介质板、基板 和下层介质板为相同的正方形，其边长为S，辐射贴片也为正方形，其边长为s，S＝(1.5～2.5)s。辐射贴片贴附于上层介质板上表面，基板贴附于下层介质板上表面，微带馈线贴附于下层介质板的下表面，基板和辐射贴片为铜片。上层介质板和下层介质板为绝缘介质板。基板上表面与上层介质板下表面之间为空气层。顶层辐射贴片、上层介质板、基板和下层介质板的中心处于同一铅垂线上，每个边的中心线处于同一铅垂面上。基板的中心有十字槽，十字槽的纵槽和横槽相互垂直平分，且分别平行于基板的相邻两边。顶层的辐射贴片四边上每边有3～7个矩形凹槽，凹槽中心线与所在的边垂直，处于各边中心线上的凹槽最深，各边中心线两侧的凹槽深度逐渐减小，各边上的凹槽以各边中心线为对称。各凹槽的宽度W相同，各凹槽边的间距及各边两端凹槽外边与辐射贴片边的间距W’大于W,W’＝(1.8～2.2)W。各凹槽的宽度W为0.1mm～0.3mm，各边中心线上的凹槽深度为L，L＝(0.25～0.35)s，各边中心线两侧凹槽的深度等比减小。四边上的凹槽以辐射贴片中心为对称。
基板和辐射贴片为厚度0.02mm～0.08mm的铜片。
上层介质板和下层介质板为厚度0.5mm～2mm的绝缘介质板。
基板上表面与上层介质板下表面之间空气层的厚度为3mm～6mm。
十字槽的槽宽Ws小于辐射贴片各边凹槽的宽度W，W＝(1.1～1.5)Ws。
十字槽的长度Ls等于辐射贴片边长s。
本发明设计的一种紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵，多个相同的上述紧凑型圆极化微带天线为阵元构成天线阵，功分器的等分数与阵元数相同，功分器各端口与天线阵中的各个阵元的馈线一一连接，输入等幅同相的信号，阵元的间距为0.5～0.6λ,λ为该天线阵工作的无线电波在阵元的基板介质中的波长；2～7个阵元在同一平面上成直线排列、阵元中心的连线为一直线，或者N×N个阵元在同一平面上排列为正方形阵列，N为2至8的整数。
与现有技术相比，本发明一种紧凑型圆极化微带天线及其构成的天线阵的优点为：1、辐射体贴片各边渐变的凹槽，延长了贴片表面电流路径，同时 使辐射贴片拥有比相同深度的凹槽更好的圆极化特性，使圆极化微带天线阵结构紧凑，同时保证窄波束和天线的圆极化特性，大大缩减天线尺寸，由常规的微带天线辐射体贴片尺寸为45mm×45mm，减为30mm×30mm，缩减30％；2、天线基板上的十字槽降低了馈线的耦合作用，缩减阵元的间距，由常规的微带圆极化天线阵阵元间距0.83λ，减为等于或小于0.6λ，缩减25％，；从而在保证微带圆极化天线阵的圆极化特性和辐射特性的前提下，减小了微带圆极化天线阵的尺寸。
附图说明
图1为本紧凑型圆极化微带天线实施例俯视示意图；
图2为本紧凑型圆极化微带天线实施例侧视示意图；
图3为本紧凑型圆极化微带天线实施例仰视示意图；
图4为本紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵实施例1结构示意图；
图5为本紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵实施例2结构示意图。图中标号为：
1、上层介质板，2、辐射贴片，3、空气层，4、基板，5、下层介质板，6、微带馈线，7、十字槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
紧凑型圆极化微带天线实施例
本紧凑型圆极化微带天线实施例如图1至3所示，包括依次叠放的顶层的辐射贴片2、上层介质板1、基板4、下层介质板5和底层的微带馈线6，上层介质板1、基板4和下层介质板5为相同的正方形，其边长为S，本例S＝60mm。辐射贴片2也为正方形，其边长为s，s＝30mm。上层介质板1为单面覆铜板，其上表面贴附的厚度0.05mm的铜箔刻蚀为辐射贴片2，下层介质板5为双面覆铜板，其上表面贴附的厚度0.05mm的铜箔为基板4，其中心刻蚀有十字槽7，十字槽7的纵槽和横槽相互垂直平分，且分别平行于基板4的相邻两边。十字槽7的槽宽Ws小于辐射贴片2各边凹槽的宽度W，本例 W＝1.3Ws，十字槽7的长度Ls等于辐射贴片2边长s。下层介质板5下表面贴附的厚度0.05mm的铜箔刻蚀为微带馈线6。上层介质板1和下层介质板5为厚度d1＝d2＝5mm的绝缘介质板。基板4上表面与上层介质板1下表面之间为厚度d2＝4.5mm的空气层3。顶层辐射贴片2、上层介质板1、基板4和下层介质板5的中心处于同一铅垂线上，各层的每个边的中心线处于同一铅垂面上。
顶层的辐射贴片2四边上每边有5个矩形凹槽，凹槽中心线与所在的边垂直，处于各边中心线上的凹槽最深，各边中心线两侧的凹槽深度逐渐减小，各边上的凹槽以各边中心线为对称。各凹槽的宽度W相同，各凹槽的间距及各边两端凹槽外侧边与辐射贴片2同一侧边的间距W’大于W,本例W’＝2W。各凹槽的宽度W为0.2mm，各边中心线上的凹槽深度为L1，L1＝10mm，中心线两侧凹槽的深度依次减为L2＝7mm、L3＝2mm。四边上的凹槽以辐射贴片中心为对称。
紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵实施例1
本紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵实施例1如图4所示，3个上述紧凑型圆极化微带天线实施例为阵元构成直线天线阵，3个相同功分器与3个阵元的馈线一一连接，输入等幅同相的信号，3个阵元在同一平面上成直线排列，3个阵元中心的连线为一直线。
本例微带圆极化天线阵工作频率为2.4GHz，在基板介质内的波长λ为59.55mm，微带圆极化天线阵阵元的间距D(即相邻的辐射贴片的间距)为35mm，D＝0.6λ。
本例微带圆极化天线阵回波损耗带宽为200MHz，即为2.3GHz～2.5GHz，天线圆极化辐射，轴比带宽为70MHz，即为2.35GHz～2.42GHz，波束角31.5°。
紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵实施例2
本紧凑型圆极化微带天线构成的天线阵实施例2如图5所示，2×2个上述紧凑型圆极化微带天线实施例为阵元构成正方形阵列天线阵，4个相同功 分器与4个阵元的馈线一一连接，输入等幅同相的信号，4个阵元在同一平面排列成2×2的正方形阵列。
本例微带圆极化天线阵工作频率为2.4GHz，在基板介质内的波长λ为59.55mm，阵元的间距D为35mm，D＝0.6λ。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。