[发明专利]一种用于曲面载体的圆极化共形天线

说明书

本发明提出了一种用于曲面载体的圆极化共形天线。天线包括全金属地板、环形贴片、馈电贴片和四个寄生贴片。环形贴片谐振在TMsubgt;11/subgt;模，弧形条带提供的顺序90°相位差可以实现圆极化辐射。引入了环绕环形贴片的四个寄生贴片来激发另一个圆极化谐振模式，从而拓宽了带宽，提高了增益。为了验证该天线的共形性能，对不同弯曲半径下的性能进行了比较和讨论。最后，本发明天线的最终剖面为0.054λsubgt;0/subgt;，λsubgt;0/subgt;为天线在中心频率处的自由空间波长，具有低剖面、宽带、高增益的特点。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用于曲面载体的宽带高增益圆极化共形天线。

背景技术

共形天线剖面一般较低，不会影响载体平台的气动性能，在现代移动通信平台应用广泛。与线极化天线相比，圆极化天线具有许多优点，如抑制多径失真、对设备方向变化不敏感、免受恶劣天气影响等。为了提高天线在无线通信系统中对不同曲面载体的适用能力，要求天线具有足够低的剖面，并且在足够宽的频带内具有良好的圆极化性能。目前，满足这样要求的天线鲜有报道，共形天线研究主要集中在可穿戴领域，使用柔性材料和可导电的织物；无线通信系统中常用到的圆极化天线类型有超表面天线，微带天线，和螺旋天线等。

Yang H等人(Yang H,Liu X,Fan Y.Design of broadband circularlypolarized all-textile antenna and its conformal array for wearable devices[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2021,70(1):209-220.)设计了一种具有宽边辐射方向图的柔性宽频带圆极化全纺织天线单元，用于人体外通信。为了使所提出的天线具有柔性，采用了毡和导电尼龙织物。基于所提出的天线单元，构成了宽带圆极化可穿戴共形天线阵，其在方位平面内全向辐射，适用于体内通信和离体通信。值得注意的是，在馈电网络中使用了单输入的带状线功分器，由于其具有双地板，可以极大地缓解天线对人体的辐射。但是，由于存在材料硬度不够的问题，该天线并不适用飞机等应用场景。

Gao X等人(Gao X,Tian G,Shou Z,et al.A low-profile broadbandcircularly polarized patch antenna based on characteristic mode analysis[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2020,20(2):214-218.)介绍了一种低剖面、高增益、宽带圆极化超表面天线。利用特征模理论研究了超表面的模态电流及其辐射特性。在对其特征模分析的基础上，选取了两种电流方向正交、幅值相等的模式作为工作模式，实现了圆极化辐射。同时，采用微带弯曲线和交叉槽组成的单馈结构同时激发两个相位差为90°的正交模。但是，该天线的缺点是剖面仍较高，为0.07λ₀λ₀为天线在工作频点处的自由空间波长)。

Ding K等人(Ding K,Guo Y X,Gao C.CPW-fed wideband circularly polarizedprinted monopole antenna with open loop and asymmetric ground plane[J].IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters,2016,16:833-836.)设计了一种具有非对称地平面和开环的简单矩形单极子天线，以实现宽阻抗匹配和宽带圆极化操作带宽。由于采用非对称地平面，首先在上频段引入圆极化模式。为了扩大阻抗和圆极化带宽，在单极子的左侧放置了一个底部有间隙的方环。该天线的3dB轴比带宽为63.3％(1.9GHz,2.05-3.95GHz)，覆盖WLAN(2.4GHz)和WiMAX(3.5GHz)频段。该天线的缺点是地板不完整，所以不具有良好的抗金属环境性能，不能适用于多种多样的载体平台。