[发明专利]一种圆极化天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线移动通信领域，尤其是一种高增益的圆极化天线。

背景技术

天线是无线通信系统中接收和发送电磁波的能量转换装置，是无线移动通信系统中不可缺少的组成部分。随着无线移动通信技术的发展，对数据传输速率的要求越来越高。毫米波频段拥有无需牌照的7GHz的通信带宽，能在很大程度上提高无线通讯的速率，实现大量数据的即时传送。由于频率越高，信号在传输的过程中的损耗就越大，这就对天线的增益提出了更高的指标。另一方面，在毫米波段，天线的体积很小，加工难度较大，这些都对天线的设计提出了更高的要求，特别对于圆极化天线，设计的难度将大大提高。

对于圆极化天线而言，目前实现的常用方法与技术包括以下几种：一是双馈技术，通过采用两个端口施加两个幅度相等并且相位差为90°的正交的信号，可以在比较宽的频段内实现圆极化。但是这种技术需要比较复杂的馈电网络，在毫米波段实现难度很大。第二种方法是采用单馈电方式，例如圆极化切角贴片天线，这种天线的结构简单，容易实现，但是带宽很窄，不适合宽频带的应用。而第三种是采用圆极化器，这种技术是在传播的过程中，将线极化的电磁波转化成圆极化波；传统的圆极化器包括采用金属图案的圆极化器以及介质极化器。金属图案极化器比较容易实现，但是损耗比较大。而介质极化器的加工比较复杂，很难在毫米波段应用。

另一方面，在毫米波段，由于空间损耗比较大，因此提高天线的增益显得尤其重要。在传统的方法中，提高天线的增益一般采用天线阵列。天线阵列要求比较复杂的馈电网络，实现难度较大，另一方便，馈电网络也会带来额外的信号损耗。而提升的增益的另一种方法是采用凹反射面，能大大提高天线的增益，但是它的空间结构比较复杂，加工以及安装难度大。第三种方法是采用喇叭天线，喇叭天线的发展已经十分成熟，通过增大体积能够很好地提高增益。但是喇叭天线的体积比较大，高度也比较高，在某些应用场景也不合适。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆极化天线，其具有高增益特性。

为达到上述目的，本发明提出一种圆极化天线，其包括：线极化天线源，用以辐射线极化波；圆极化器，位于线极化天线源上方，用以将线极化波转化为圆极化波，圆极化器包括多个竖直且平行设置的介质栅片，多个介质栅片沿水平方向以相等间距依次排列。

如上所述的圆极化天线，其中，多个介质栅片构成圆柱形结构，各介质栅片的两端侧面围成圆柱面。

如上所述的圆极化天线，其中，圆极化器还包括一个以上的介质环，介质环套接在多个介质栅片外，以将多个介质栅片连接在一起。

如上所述的圆极化天线，其中，介质栅片的介电常数大于1。

如上所述的圆极化天线，其中，介质栅片的高度为h，线极化波的波长为λ，h＝2λ。

如上所述的圆极化天线，其中，圆极化器还包括一个以上的介质支柱，介质支柱的一端与介质栅片连接，介质支柱的另一端与线极化天线源连接，线极化天线源与介质栅片之间具有距离。

如上所述的圆极化天线，其中，多个介质栅片沿第一方向依次排列，线极化天线源的极化方向与第一方向之间的夹角为45°。

如上所述的圆极化天线，其中，线极化天线源包括：金属铜片，其具有厚度；一个方形通孔，贯穿金属铜片，且位于金属铜片的中心处，线极化天线源通过方形通孔产生线极化波。

如上所述的圆极化天线，其中，线极化天线源还包括两个圆形通孔，两个圆形通孔贯穿金属铜片，且分别位于方形通孔的两侧，圆极化器包括两个介质支柱，两个介质支柱的一端分别与两个介质栅片连接，两个介质支柱的另一端分别嵌入两个圆形通孔中。

如上所述的圆极化天线，其中，多个介质栅片沿第一方向依次排列，方形通孔具有长边和短边，长边的长度大于短边的长度，长边与第一方向之间的夹角为45°。

如上所述的圆极化天线，其中，圆极化器由3D打印技术成型。

本发明的圆极化天线的特点和优点是：

1、本发明的圆极化天线，通过设置圆极化器，能将线极化波转化为圆极化波；圆极化器的多个介质栅片还能通过折射作用，将圆极化器外侧的电磁波折射汇聚，提高天线的增益；

2、本发明的圆极化天线，通过将圆极化器设置为圆柱形结构，能对位于圆极化器外侧各个方向的电磁波进行折射汇聚，可以有效提高天线的增益；

3、本发明的圆极化天线，由于具有高增益特性，尤其适用于对天线增益要求高的毫米波的发射和接收，加之与3D打印技术相结合，能有效解决毫米波在传输过程中损耗大、毫米波天线设计复杂的难题；