寬帶圓極化微帶天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術領域，涉及一種寬帶圓極化微帶天線，可用于射頻識別、雷達及無線通信在寬頻帶內圓極化電磁波的接收和發(fā)射。
【背景技術】
[0002]天線按照極化特性可分為線極化、圓極化和橢圓極化三種，其帶寬是指天線在能滿足設計指標要求的頻率范圍內的主要性能參數(shù)，如輸入阻抗、方向圖、增益、主瓣寬度和副瓣電平等，一般情況下，天線性能參數(shù)是隨頻率而變化的，因而天線帶寬就取決于各項性能參數(shù)的頻率特性。對于圓極化天線，其極化特性往往是限制工作帶寬的主要因素。
[0003]圓極化天線可以接收任意極化方向的線極化波，同時它發(fā)射的信號也可以由任意極化方向的線極化天線接收，并且具有旋向正交性，尤其是在航天飛行器、無線通信和雷達的極化分集、全球定位等無線電領域中得到廣泛應用領域。
[0004]由于微帶天線具有重量輕、體積小、剖面薄、易于加工，且易于實現(xiàn)圓極化，因此微帶天線是圓極化天線的主要實現(xiàn)形式之一。微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線，利用微帶線或同軸線饋電，在導體貼片與接地板之間激勵起射頻電磁場，并通過貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。中國專利授權號CN 203503788U公開了一種微帶天線，其結構如圖1所示，介質材料板正面印制有帶切角的正方形輻射貼片，輻射貼片的任意側邊均設有朝向另一相對側邊深入延伸的開槽，同一對相對側邊的兩個開槽長度均小于該對側邊的垂直距離的一半，且彼此平行、相互錯開，四個開槽關于輻射貼片的幾何中心呈中心對稱關系，同軸線通過輻射單元和輻射地板上的開孔進行饋電，該天線可實現(xiàn)小型化及寬頻帶，但其頻帶仍不夠寬。
[0005]由于傳統(tǒng)微帶天線的阻抗帶寬小，軸比帶寬窄的缺點，從而限制了天線的應用范圍，使其無法在多個平臺使用，也無法在一個平臺多頻段使用。增加帶寬簡單有效的方法是增加介質的厚度和降低基片的相對介電常數(shù)值，但是介質厚度過大會引起表面波的明顯激勵，并可能會在厚度方向激發(fā)一些高次模，這會降低輻射效率，使輻射方向圖惡化，并對饋電帶來一些問題。降低基片的相對介電常數(shù)能夠減小表面波，但這種改善的潛力是有限的，其最小值\=1，即采用空氣介質。因此，若要較大程度的改善微帶天線的帶寬，得從天線設計本身著手。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有圓極化微帶天線帶寬窄的缺點，提出一種寬帶圓極化微帶天線，以增加天線的阻抗帶寬和軸比帶寬，提高天線的工作性能，擴展天線的應用范圍。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
[0008]一種寬帶圓極化微帶天線，包括介質材料板1、帶有切角的福射單元2、福射地板3和同軸線4 ;在介質材料板I的上下表面分別印制有輻射單元2和輻射地板3，且通過同軸線4連接，其特征在于:輻射地板3由正方形貼片33、八個準分形單元31和金屬條帶32組成；所述正方形貼片33上蝕刻有四個復合結構開槽331和四個等臂L型開槽332，其四邊均勻設置有通過金屬條帶32連接的八個準分形單元31，用于降低天線的品質因數(shù)。
[0009]所述輻射單元2采用邊長為L1的正方形金屬貼片，切角的長度為W，在該輻射單元2未帶切角的對角線上對稱蝕刻有兩個U型槽21，該U型槽21的開口向外，長度為W2，底邊到貼片中心點的距離為W4，其中2.5mm ^ W2^ 3mm, 5mm < W4S 6mm。
[0010]所述正方形貼片33的邊長為L5,且L5> L 1；在該正方形貼片33的兩條對角線上蝕刻有相互對稱的四個復合結構開槽331和四個等臂L型開槽332，正方形貼片33的中心到復合結構開槽331的距離為Cl1，到等臂L型開槽332的頂點距離為d2，其中8.5mm < Cl1S 9.5mm，且 d 2< d ^2 0
[0011]所述復合結構開槽331是由幾何中心重合的一個圓形開槽和兩個矩形開槽構成，兩個矩形開槽呈正交分布，且分別平行于正方形貼片33的兩條對角線，其中圓形開槽的直徑為 D，且 4mm D 4.8mm。
[0012]所述準分形單元31是由2X2個H型結構311排列而成，在H型結構311的四個頂點設置的有矩形3111，上下相鄰的H型結構311的幾何中心通過矩形條帶連接。
[0013]所述金屬條帶32與正方形貼片33的四條邊平行，并且和八個準分形單元31共同構成閉合方環(huán)結構，用于實現(xiàn)輻射地板3邊緣電流的連續(xù)性。
[0014]所述介質材料板I的形狀為正方形，其中心偏右位置設置有饋電孔。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)明由于輻射地板的正方形貼片上采用了四個復合結構開槽和等臂L型開槽，使得天線輻射地板上的分布電容和分布電感產(chǎn)生變化，降低了天線的品質因數(shù)，從而有效的展寬了天線的帶寬。
[0017]2、本發(fā)明由于在輻射地板的正方形貼片四邊上采用了均勻分布的八個準分形結構，并通過金屬條帶連接，不僅減小了輻射地板的覆蓋面積，縮小了天線尺寸，同時拉近由于分型結構自相似性產(chǎn)生的多諧振點，從而進一步展寬了天線的帶寬。
[0018]3、本發(fā)明由于在八個準分形結構之間采用了金屬條帶的連接方式，從而恢復了輻射地板邊緣電流的連續(xù)性，克服了由于引入分形結構而導致的天線增益下降的缺點，使天線增益恢復到了原有天線的水平。
[0019]4、本發(fā)明由于在帶有切角的輻射單元表面蝕刻有兩個U型槽，改變了天線的電流路徑，從而激勵出新的諧振頻率，拓寬了天線的頻帶。
【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有微帶天線的整體結構圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的整體的結構剖面圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的上表面的結構示意圖；
[0023]圖4是圖3中輻射單元的結構示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明下表面的結構示意圖；
[0025]圖6是圖5中的輻射地板上正方形貼片的結構示意圖；
[0026]圖7是圖5中輻射地板上準分形單元的結構示意圖；
[0027]圖8是本發(fā)明實施例1的S11-頻率仿真結果圖；
[0028]圖9是本發(fā)明實施例1的軸比-頻率仿真結果圖；
[0029]圖10是本發(fā)明實施例1的不同平面的輻射方向圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0031]實施例1
[0032]參照圖2，帶有切角的輻射單元2和輻射地板3分別印制于介質板I的上下表面，介質材料板I是介電常數(shù)為10.92的正方形介質板，其邊長為L = 35.72mm，厚度為D =3.18mm。本發(fā)明采用位于介質板I中心右側m = 5mm處的同軸線4進行饋電，同軸線4的內芯穿過介質材料板上的穿線孔與帶有切角的輻射單元2焊接，外皮與輻射地板3焊接。
[0033]參照圖3，所述帶有切角的輻射單元2印制于介質板I的上面，該輻射單元為一個左上角和右下角被切去的正方形貼片，正方形貼片的邊長L1= 17mm，切角斜邊長W =5.65mm，在左下角和右上角沿對角線方向關于輻射單元2的幾何中心對稱蝕刻有兩個開口朝外的U型槽21。
[0034]參照圖4，所述U型槽21的厚度W1= 0.8mm，長度W2= 2.5mm，寬度W3= 3mm，其沿對角線對稱分布，且其外側距離輻射單元2的中心位置距離W4= 5mm，U型槽的尺寸與位置改變了輻射貼片表面?zhèn)鲗щ娏鞯穆窂?，激勵起新的諧振頻率，相應展寬了天線頻帶。