技术领域
[0001] 本
发明属于天线技术领域,涉及一种小频率比的双频极化可重构天线,在相隔很近的两个频带内实现左右旋圆极化之间的相互切换。
背景技术
[0002] 对卫星通信和遥感系统来说,为有效传输信息,克服电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变,要求天线具有圆极化性能,且同一天线阵面在接收与发射模式下同时工作,这就要求天线具备左旋圆极化和右旋圆极化的工作能
力。军用方面,在空间目标预警领域,各国也普遍采用圆极化天线作为基本
辐射单元。因此圆极化技术在军用和民用领域都有广泛应用。在无线电通信设备中,为了减少电磁兼容问题,通常希望多个系统共用一副天线,这一现状促使了天线的双频甚至多频技术的发展。单个天线代替多个天线,不仅大大缩小了占用空间,而且降低了生产成本、节约资源。
[0003] 天线的极化表征的是在天线辐射时,空间给定点上
电场强度矢量的取向随时间变化的特性,并用电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹来描述。天线的极化分为线极化、圆极化和椭圆极化三种形式,若采用线极化天线作为接收端时,易产生极化失配现象,从而影响天线收发
质量。而圆极化天线具有如下优点:圆极化天线能收任意线极化的来波,圆极化天线辐射的圆极化波也可以由任意极化的天线接收;圆极化天线具有旋向
正交性,若天线辐射右旋圆极化波,则只接收右旋圆极化波而不接收左旋圆极化波,反之亦然;利用旋向正交性可达到比较理想的极化隔离;圆极化波入射到对称目标,反射波变换旋向等。正是由于这些特点使圆极化天线具有较强的抗干扰能力,已被广泛应用于
电子侦察和干扰、通信和雷达的极化分集工作以及电子对抗等领域。
[0004] Jia-Yi Sze,Kin-Lu Wong and Chieh-Chin Huang在文献【Coplanar Waveguide-Fed Square Slot Antenna for Broadband Circularly Polarized Radiation,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2003,51(8):2141-2144】报道了一种共面
波导馈电的宽带圆极化天线,其金属地板的正中央开一个正方形口,正方形口的右边中点处加载一个T形枝节,用来实现圆极化。该天线结构简单,带宽较宽,但只能在一个频带实现圆极化。
[0005] Can-Hui Chen and E.K.N.Yung在文献【Dual-Band Circularly-Polarized CPW-Fed Slot Antenna With a Small Frequency Ratio and Wide Bandwidths,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2011,59(4):1379-1384】提供了一种可实现小频率比的双频圆极化槽天线。双频带通过两个平行的单极子实现,一个弯曲的单极子和一个叉形的单极子。此外,一个吊车形的枝节置于槽的右侧,用来实现圆极化。该天线具有较宽的带宽,但其结构较为复杂。
[0006] Yue-Ying Chen等人在文献【Dual-Band Dual-Sense Circularly Polarized Slot Antenna With a C-Shaped Grounded Strip,IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2011,10:915-918】给出了一种双频双极化槽天线,该天线可以在低频实现左旋圆极化,在高频实现右旋圆极化。低频的圆极化通过两个位于相对
角落的槽实现,C形枝节为高频提供
电流路径。一个矩形调谐短截线从
馈线引出,用来调节高频和低频的阻抗匹配。但此天线两个工作频带相距较远(1.7GHz和2.5GHz),不能应用于小频率比的场合。
[0007] Wei-Mei Li等人在文献【The U-Shaped Structure in Dual-Band Circularly Polarized Slot Antenna Design,IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2014,13:447-450】设计了两种双频圆极化天线。一种是在金属地板上开非对称的U形槽,并通过共面波导馈电;另一种是在金属地板上开矩形槽,也是通过共面波导馈电,并从共面波导伸出非对称的U形金属条带。但这两个天线的轴比带宽窄,且高频带和低频带相距也太远(2.5GHz和3.5GHz)。
发明内容
[0008] 为解决上述技术问题,本发明通过选取合适的辐射贴片和简单的馈
电网络来解决问题,采用的技术方案为:
[0009] 一种实现小频率比的双频极化可重构天线,其结构如图1所示,为左右镜像对称结构,包括介质基片、金属地板、两个辐射单元组、四个
开关及共面波导输入端,所述金属地板、两个辐射单元组及共面波导输入端口均位于介质基片的上表面;
[0010] 金属地板的中间设有一个正方形口,两个辐射单元组分别位于所述正方形口内的左右两边,每一个辐射单元组包括两个“T”形枝节,且每个“T”形枝节的底部分别通过一个开关与所述正方形口的相应侧边连接;
[0011] 所述共面波导输入端位于正方形口的正下方并与正方形口正交连接;共面波导输入端靠近正方形口的末端加载有“山”形枝节;
[0012] 当所述天线的右边两个开关导通且左边两个开关断开时,天线在低频带和高频带上实现左旋圆极化工作状态,反之,则天线在低频带和高频带实现右旋圆极化工作状态,且该双频天线的两个工作频带间隔较小。
[0013] 进一步的,共面波导的左右缝隙沿靠近正方形口的方向逐渐增大呈楔形缝隙,其目的是实现更好的阻抗匹配作用。
[0014] 进一步的,所述开关为PIN
二极管开关,也可以为其他
微波开关。
[0015] 本发明带来的有益效果:
[0016] 本发明提供了一种实现小频率比的双频极化可重构天线,具有结构紧凑,小频率比的特点;本发明以传统的共面波导馈电的单极子天线为
基础,在适当的
位置加载一定形状的枝节,解决了双频可重构圆极化微带天线带宽窄、两个频段间隔大的问题,本发明所述的天线易于工程实现、成本低、可靠性高。
附图说明
[0017] 图1是本发明提供的可实现小频率比的双频极化可重构天线结构示意图。
[0018] 图2是本发明
实施例天线左旋圆极化状态的反射系数曲线。
[0019] 图3是本发明实施例天线左旋圆极化状态的轴比曲线。
[0020] 图4是本发明实施例天线左旋圆极化状态在2.24GHz,Phi=0°的辐射方向图。
[0021] 图5是本发明实施例天线左旋圆极化状态在2.24GHz,Phi=90°的辐射方向图。
[0022] 图6是本发明实施例天线左旋圆极化状态在2.46GHz,Phi=0°的辐射方向图。
[0023] 图7是本发明实施例天线左旋圆极化状态在2.46GHz,Phi=90°的辐射方向图。
[0024] 图8是本发明实施例天线右旋圆极化状态的反射系数曲线。
[0025] 图9是本发明实施例天线右旋圆极化状态的轴比曲线。
[0026] 图10是本发明实施例天线右旋圆极化状态在2.24GHz,Phi=0°的辐射方向图。
[0027] 图11是本发明实施例天线右旋圆极化状态在2.24GHz,Phi=90°的辐射方向图。
[0028] 图12是本发明实施例天线右旋圆极化状态在2.46GHz,Phi=0°的辐射方向图。
[0029] 图13是本发明实施例天线右旋圆极化状态在2.46GHz,Phi=90°的辐射方向图。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述:本发明的保护范围包括但不限于下述实施例。
[0031] 实施例
[0032] 本实施例采用共面波导馈电方式,介质
基板厚度h=2mm,其相对
介电常数εr=2.65,低频中心频率为2.24GHz,高频中心频率为2.46GHz。
[0033] 参见图1,金属地板1位于介质基板的上表面,金属地板1的中间开设有正方形口,四个T形枝节(6、7、8、9)分别通过微波开关(2、3、4、5)加载在正方形口左右两边,“山”形枝节10由共面波导的
信号线演变而来,在共面波导12靠近正方形口一侧,共面波导12的两条缝隙呈锥度逐渐变宽,并与正方形口相交,以达到更好的阻抗匹配。
[0034] 各部分参数具体如下:
[0035] 1为矩形的金属地板,与共面波导平行的一边为73mm,另一边为70mm,金属地开了一个边长为40mm的正方形口,该正方形口左右两边距金属地左右边缘均为15mm,上边距金属地上边缘为15mm,下边距金属地下边缘为18mm;
[0036] 2、3、4、5均为微波开关;
[0037] 6、8为正方形口内上方的T形枝节,
水平方向长度为14.6mm,宽度为1mm,垂直方向长度为7.5mm,宽度为1mm;
[0038] 7、9为正方形口内下方的T形枝节,水平方向长度为14.5mm,宽度为1mm,垂直方向长度为5.7mm,宽度为1mm;
[0039] 10为“山”形枝节,中间的枝长度为15mm,宽度为0.3mm,两边的枝长度均为12.5mm,宽度均为0.3mm;
[0040] 11为共面波导靠近正方形口一侧缝隙逐渐变宽的楔形缝隙部分,该部分为一个三角形,长边为10mm,宽边为3.5mm;
[0041] 12为共面波导,中间导体宽度为5.2mm,缝隙宽度为0.25mm;
[0042] 图2为本发明实施例天线左旋圆极化状态的反射系数曲线。对应低频阻抗带宽(S11<-10dB)为2.12GHz-2.38GHz,高频阻抗带宽为2.42GHz-2.77GHz。
[0043] 图3为本发明实施例天线左旋圆极化状态的轴比曲线。对应低频轴比带宽(AR<3dB)为2.13GHz-2.33GHz,高频轴比带宽为2.42GHz-2.54GHz。
[0044] 图4、5为本发明实施例天线左旋圆极化状态在低频2.24GHz的辐射方向图。
[0045] 图6、7为本发明实施例天线左旋圆极化状态在高频2.46GHz的辐射方向图。
[0046] 图8为本发明实施例天线右旋圆极化状态的反射系数曲线。对应低频阻抗带宽(S11<-10dB)为2.14GHz-2.38GHz,高频阻抗带宽为2.41GHz-2.79GHz。
[0047] 图9为本发明实施例天线右旋圆极化状态的轴比曲线。对应低频轴比带宽(AR<3dB)为2.14GHz-2.32GHz,高频轴比带宽为2.42GHz-2.55GHz。
[0048] 图10、11为本发明实施例天线右旋圆极化状态在低频2.24GHz的辐射方向图。
[0049] 图12、13为本发明实施例天线右旋圆极化状态在高频2.46GHz的辐射方向图。
[0050] 从以上结果可知,本实施例中可根据实际需求,通过开关的切换,在两个相隔较近的频带均能够实现天线左、右旋圆极化之间的切换,而且在左旋和右旋模式下都有良好的极化特性。