[发明专利]一种超宽带圆极化天线阵列

说明书

本发明公开了一种超宽带圆极化天线阵列，其改进之处在于：包括从上到下依次布置的三层介质基板，各层介质基板之间通过塑料螺钉连接，在底层介质基板的底面印刷一分四超宽带馈电网络，该一分四超宽带馈电网络包括一个输入端口和四个相位分别是0°、90°、180°和270°的输出端口，在底层介质基板的顶面设置金属圆锥体，在中间层介质基板上印刷梯度方形金属贴片阵列表面。本发明所公开的超宽带圆极化天线阵列，基于圆极化天线的概念设计，不但结构简单，还能提高其增益和显著降低其剖面，具有低剖面、高增益和超宽带的特点，可以应用于移动卫星通信等无线通信系统领域。

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种超宽带圆极化天线阵列。

背景技术

天线按照极化特性可分为线极化、圆极化和椭圆极化三种，其带宽是指天线在能满足设计指标要求的频率范围内的主要性能参数，如输入阻抗、方向图、增益、主瓣宽度和副瓣电平等，一般情况下，天线性能参数是随频率而变化的，因而天线带宽就取决于各项性能参数的频率特性。对于圆极化天线，其极化特性往往是限制工作带宽的主要因素。

圆极化天线可以接收任意极化方向的线极化波，同时它发射的信号也可以由任意极化方向的线极化天线接收，并且具有旋向正交性，尤其是在航天飞行器、无线通信和雷达的极化分集、全球定位系统、北斗系统、伽利略系统等无线电领域中得到了广泛应用。

近年来，超宽带通信技术受到广泛的关注，由于其可以大幅度地提高通信速率并且具有功耗低、安全性高等优点，使得超宽带通信技术越来越显示出其独特的优势。为了降低系统成本和复杂性，宽带圆极化天线已经成为研究的热点。其中微带圆极化天线具有很多优点，例如结构简单，易于安装等，但是由于其高Q值的限制，传统的微带圆极化天线带宽很窄。尽管有一些研究已经提出了如何增加其圆极化带宽，但是大多数微带天线的轴比带宽仍不到30%。所以，设计出超宽带的圆极化天线就显得尤为重要了。

实际应用中的天线多依附于金属导体或者类似金属导体的载体之上，与自由空间中天线的辐射特性相比有很大的不同，这类型的天线剖面接近于工作频率的四分之一波长。考虑到实际应用中机械问题、空气动力学特性等一系列的因素，天线的剖面过大不易于天线与载体共形，并且增加了天线在移动过程中受到的阻力。因此低剖面天线以其轮廓低、风阻小、结构牢固、重量轻以及易于实现与载体共形等特性受到了天线研究者的广泛关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种能够达到较低剖面、较高增益的超宽带圆极化天线阵列。

本发明采用如下技术方案：

一种超宽带圆极化天线阵列，其改进之处在于：包括从上到下依次布置的三层介质基板，各层介质基板之间通过塑料螺钉连接，在底层介质基板的底面印刷一分四超宽带馈电网络，该一分四超宽带馈电网络包括一个输入端口和四个相位分别是0°、90°、180°和270°的输出端口，在底层介质基板的顶面设置金属圆锥体，在中间层介质基板上印刷梯度方形金属贴片阵列表面，在顶层介质基板的0°、90°、180°和270°方向上各布置一个单极子，每个单极子均包括印刷在顶层介质基板顶面上的圆弧形辐射贴片和微带馈电线，以及印刷在顶层介质基板底面上的矩形金属地板，四个单极子分别通过四根同轴电缆与底层介质基板底面一分四超宽带馈电网络的四个输出端口连接。

进一步的，所述的介质基板为FR4介质基板。

进一步的，一分四超宽带馈电网络是微带线形式，其输入端口与一个180°异相巴伦结构相连接，该180°异相巴伦结构的两个输出端口则分别与一个90°巴伦结构相连接。

进一步的，90°巴伦结构包括第一电阻、第二电阻和短路针。

进一步的，金属圆锥体与底层介质基板之间通过四个金属螺丝连接在一起。

进一步的，中间层介质基板的横截面为圆形。