一種圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線，屬于微波技術領域。
【背景技術】
[0002]圓極化天線的研宄可以追溯到1940年。因為圓極化天線可以抗降雨的干擾，可以接受任意極化的波，圓極化天線輻射的圓極化波也可以由任意極化的天線接收到，也不需要復雜的跟蹤系統就可以實現較好的匹配，因而在RFID、無線通信、衛星通信等諸多領域具有廣闊的應用前景。
[0003]目前，圓極化天線的制作大致可以劃分為三種方法:
第一種方法為產生兩個極化和相位正交的模，從而實現圓極化；
第二種方法為使用旋轉結構，如微帶平面旋轉天線和立體結構的螺旋天線；
第三種方法為在輻射貼片或介質諧振腔上產生交叉偶極子，這兩個交叉偶極子的模極化和相位正交。
[0004]微帶天線是實現第一種方法的常見天線類型。為了達到產生兩個極化和相位正交的模，微帶天線有三種主要的方法，分別是單饋、多饋以及多元法。實現方式多以在輻射貼片上進行切角、表面開槽或采用準方形、近圓形的輻射貼片來實現。
[0005]因此，以上方式基本上是采用在天線平面上產生兩個極化和相位正交的模，從而實現圓極化，其輻射最大方向垂直于天線所在的平面(即:邊射特性)，為了提高天線的增益，使得其最大輻射波束指向平行于天線所在平面的方向上(即:端射特性)、以滿足“點對點”應用，螺旋天線、喇叭天線、八木天線等結構的端射圓極化天線是另一類解決方案。然而，它們屬于立體結構，不利于平面集成與小型應用。
【發明內容】
[0006]本發明的所要解決的技術問題在于針對【背景技術】存在的問題，提出一種平面口徑-對稱環組合天線，該組合天線具有近似的端射特性和良好的圓極化性能，而且波束平行于天線所在的平面，結構簡單、體積小、剖面尺寸低且便于制作實現。
[0007]本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案:
一種圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線，其特征在于:包括介質基板、印刷設置在介質基板的上表面且相互連接的頂層對跖半環路輻射單元、頂層相位轉換枝節，以及印刷設置在介質基板的下表面且相互連接的底層對跖半環路輻射單元、底層相位轉換枝節；其中，所述頂層對跖半環路輻射單元與底層對跖半環路輻射單元構與尺寸相同，并且相對于介質基板的中心橫軸反對稱排布，同時頂層對跖半環路輻射單元與底層對跖半環路輻射單元的自由端通過金屬化過孔上下連通，形成一個對稱環；
所述頂層相位轉換枝節與底層相位轉換枝節結構與尺寸相同，且相對于介質基板中心橫軸反對稱排布以實現90度相位差的結構； 在介質基板的上下表面之間形成一個一面非封閉的長方體諧振腔，該諧振腔的非封閉面垂直于基板的表面，該諧振腔的非封閉面的上端和下端分別通過漸變結構與頂層相位轉換枝節、底層相位轉換枝節相連接，且所述諧振腔的位置與所述對稱環在介質基板上的投影位置不重疊。
[0008]作為本發明的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的進一步優化方案:所述諧振腔和頂層對跖半環路輻射單元、底層對跖半環路輻射單元采用同軸線進行激發，其中諧振腔的上表面與同軸線的內導體相連，諧振腔的下表面與同軸線的外導體相連。
[0009]作為本發明的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的進一步優化方案:所述諧振腔的長度、寬度均可改變，所述諧振腔與頂層相位轉換枝節、底層相位轉換枝節之間連接的漸變結構具有下傾角；該下傾角的范圍為:50°到90°。
[0010]作為本發明的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的進一步優化方案:所述頂層對跖半環路輻射單元與底層對跖半環路輻射單元長度、寬度均可改變，所述頂層對跖半環路輻射單元與底層對跖半環路輻射單元均分別具有半環始端傾角和半環中心傾角；其中所述半環始端傾角的范圍為:20°到60°，所述半環中心傾角的范圍為:20°到60。。
[0011]作為本發明的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的進一步優化方案:所述頂層相位轉換枝節與底層相位轉換枝節長度、寬度均可改變，所述頂層相位轉換枝節與底層相位轉換枝節均分別具有枝節中心上傾角和枝節中心下傾角；其中所述枝節中心上傾角的范圍為:150°到180°，所述枝節中心下傾角的范圍為:40°到80°。
[0012]作為本發明的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的進一步優化方案，所述金屬化過孔的個數為1-5個。
[0013]作為本發明的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線的進一步優化方案，介質基板的介電常數為2至20。
[0014]本發明采用上述技術方案，具有以下技術效果:
本發明提出一種新的純平面結構孔徑-對稱環組合天線，通過金屬化過孔將頂層對跖半環路輻射單元和底層對跖半環路輻射單元連接起來、形成一個對稱環，與引入的諧振腔通過相位轉換枝節組合成完整的天線單元。諧振腔的口徑可等效為水平放置的磁偶極子，圓環可等效為垂直放置的磁偶極子，兩者共址放置并通過相位轉換枝節實現90度相位差饋電，從而使天線具有圓極化定向輻射特性。其波束為圓極化端射特性，且平行于天線所在的平面，天線的剖面尺寸明顯低于常規的端射特性圓極化天線，有利于平面化設計和小型應用。
[0015]本發明能夠在使用平面結構的同時，實現端射圓極化特性并且天線結構簡單，制作工藝簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0016]圖1是天線的正面結構與參考坐標示意圖。
[0017]圖2是天線的側面結構與參考坐標示意圖。
[0018]圖3是天線的三維立體示意圖與參考坐標示意圖。
[0019]圖4是利用IE3D軟件計算的天線反射系數特性。
[0020]圖5是采用IE3D軟件計算的天線軸比示意圖。
[0021]圖6是采用IE3D軟件計算的天線方向圖。
[0022]圖7是本發明在工作頻段內的增益特性圖。
[0023]圖中標號:I是介質基板，2是諧振腔，3是頂層對跖半環輻射單元，4是底層對跖半環輻射單元，5是頂層相位轉換枝節，6是底層相位轉換枝節，7是金屬化過孔，8是半環中心傾角，9是半環始端傾角，10是枝節中心下傾角，11是枝節中心上傾角，21是諧振腔的上表面，22是同軸線的內導體，23是諧振腔的下表面，24是同軸線的外導體。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0025]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0026]對照附圖1、圖2，圖3，本發明所提出的圓極化端射特性的平面口徑-對稱環組合天線，其結構是:包括介質基板1、分別印刷設置在介質基板I正反兩面的頂層對跖半環路輻射單元3、頂層相位轉換枝節5、底層對跖半環路輻射單元4、底層相位轉換枝節6、與頂層相位轉換枝節5和底層相位轉換枝節6相連接的非全封閉諧振腔2 ;所述底層對妬半環路輻射單元4與底層相位轉換枝節6相互連接，所述頂層對跖半環路輻射單元3與頂層相位轉換枝節5相互連接；其中，所述底層對跖半環路輻射單元4、頂層對跖半環路輻射單元3相對于介質基板I反對稱排布，所述頂層相位轉換枝節5與底層相位轉換枝節6相對于介質基板反對稱排布，所述底層對跖半環路輻射單元4與頂層對跖半環路輻射單元3通過金屬化過孔7上下連通，形成一個對稱環。
[0027]如圖3所示所述非全封閉的諧振腔2，是在介質基板的上下表面之間形成的一個一面非封閉的長方體，該諧振腔的非封閉面垂直于基板的表面，且所述諧振腔的位置與所述對稱環在介質基板上的投影位置不重疊，即諧振腔位于介質基板中的左側，而底層對跖半環路輻射單元4與頂層對跖半環路輻射單元3所