[发明专利]小型单平面单馈全向圆极化天线及其设计方法

权利要求书

1.小型单平面单馈全向圆极化天线，其特征在于，包括顶层贴片、地板、馈电点和单负零阶谐振器，所述顶层贴片通过金属化过孔连接到地板，所述顶层贴片的中心为馈电点，所述单负零阶谐振器由2×2个蘑菇阵列构成，所述金属化过孔的数量为4个。

2.根据权利要求1所述的小型单平面单馈全向圆极化天线，其特征在于，所述蘑菇阵列的蘑菇单元有一个正方形的金属片，通过中心的金属柱与地板相连，左手电感效应由接地的金属柱提供，右手电容效应由金属片和地板之间的耦合提供，右手电感效应由金属片上的电流提供。

3.根据权利要求1所述的小型单平面单馈全向圆极化天线，其特征在于，天线的尺寸为：l₁＝48mm，l₂＝46mm，l₃＝5mm，l₄＝3mm，l₅＝26.5mm，l₆＝7mm，4个金属化过孔的直径为1mm，馈电点位于天线中心位置。

4.小型单平面单馈全向圆极化天线的设计方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、根据单负零阶谐振天线良好的全向辐射特性，设计蘑菇阵列的小型全向辐射天线，单负零阶谐振天线具有更对称的方向图和更低的交叉极化，双负天线的馈电点偏离天线中心，造成方向图的不对称和交叉极化的增大，而单负天线的馈电点位于天线中心，方向图更加对称，具有更低的交叉极化；

步骤2、在蘑菇阵列的小型全向辐射天线的基础上，在地板上加载环形枝节，实现方位面的全向圆极化天线，蘑菇结构的单负零阶谐振天线可等效为电偶极子天线，地板上加载环形枝节可获得环向电流，环向电流可等效为磁偶极子天线；通过调节加载枝节，使等效的电、磁偶极子天线具有相同的幅度和90°的相位差，在方位面实现全向圆极化辐射；

步骤3、经过仿真计算，天线最终的尺寸优化设计为：l₁＝48mm，l₂＝46mm，l₃＝5mm，l₄＝3mm，l₅＝26.5mm，l₆＝7mm，4个金属化过孔的直径为1mm，馈电点位于天线中心位置，为了和50Ω馈线相匹配，采用一个容性耦合片来进行阻抗匹配，容性耦合片的半径为3mm；

步骤4、实物加工并测量，测试结果表明：天线的零阶谐振频率为1.61GHz；整个天线的尺寸为0.3λ₀×0.3λ₀×0.01λ₀；测试的10dB相对带宽为1.3％；天线在xoy面实现了全向辐射，方位面内的不圆度小于0.32dB；在xoz面和yoz面具有类似偶极子天线的辐射方向图；在中心频率1.61GHz处的轴比为2.1dB，天线3dB轴比带宽为1.4GHz～1.75GHz。