一種采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線，天線主要包括三個部分：饋電網(wǎng)絡(luò)、平面L型探針和輻射貼片。本發(fā)明的雙頻圓極化天線在所工作的頻點(diǎn)具有饋電網(wǎng)絡(luò)損耗低、回波損耗低、增益高、軸比低以及極化隔離高等優(yōu)點(diǎn)。而且，通過改變饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片的尺寸，可使天線工作在所需的兩個頻點(diǎn)。
【專利說明】—種采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用前景廣泛的采用基片集成同軸線(Substrate IntegratedCoaxial Line, SICL)饋電的雙頻雙圓極化天線,屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]天線是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分。無線通信的快速發(fā)展，對體積小、成本低、高增益以及易集成的天線產(chǎn)生迫切需求。微帶天線具有易于共形、易集成、易獲得圓極化和雙頻段等多功能工作的優(yōu)點(diǎn)。圓極化天線的饋電方式有兩種，分別是單饋法和雙饋法。單饋法圓極化天線雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于帶寬窄等劣勢難以適用于寬帶無線通信。雙饋法圓極化天線通過相差90°的雙饋點(diǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)圓極化。雙饋法圓極化天線具有寬帶和高增益且?guī)?nèi)增益穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。通常，饋電網(wǎng)絡(luò)使用微帶線作為傳輸線，具有制作簡單的優(yōu)點(diǎn)，但存在能量泄漏。饋電網(wǎng)絡(luò)能量泄露會造成天線的尾瓣高。也就是說，圓極化天線的高前后比指標(biāo)與饋電網(wǎng)絡(luò)的性能緊密相關(guān)，這對饋電網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。此外，要實(shí)現(xiàn)雙頻點(diǎn)圓極化天線，饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射單元都需要能夠工作在兩個不同的頻點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了使天線在雙頻點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)圓極化性能，需要天線的輻射單元在兩個頻點(diǎn)上都產(chǎn)生諧振，并讓饋電網(wǎng)絡(luò)在兩個頻點(diǎn)上都能提供等幅、相位相差90°的激勵，從而在福射單元上激勵起一對極化正交的簡并模。本發(fā)明采用SICL (Substrate Integratedcoaxial line, SICL，基片集成同軸線)技術(shù)，提供一種既能滿足通信系統(tǒng)中天線設(shè)計的需要、又易于將通信系統(tǒng)中微波毫米波電路與微波毫米波天線集成在一起的雙頻雙圓極化天線。從不同端口饋電，天線可以實(shí)現(xiàn)不同旋向的圓極化。該天線的背向能量泄漏低，而且具有體積小、易于集成、加工簡單等優(yōu)點(diǎn)。。
[0004]技術(shù)方案:一種采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線，包括由SICL傳輸線構(gòu)成的饋電網(wǎng)絡(luò)層、微帶平面L型探針以及圓環(huán)貼片輻射單元。
[0005]用基于SICL技術(shù)的雙頻3-dB枝節(jié)線耦合器構(gòu)成饋電網(wǎng)絡(luò)主體，在耦合器的兩個輸出端，利用平面L型探針，通過電磁耦合的方式給上層的兩個圓環(huán)輻射貼片饋電，激勵一對極化正交的簡并模，實(shí)現(xiàn)圓極化天線性能。
[0006]饋電網(wǎng)絡(luò)層包括雙頻枝節(jié)線稱合器的主體、接地共面波導(dǎo)(Grounded Co-PlanarWaveguide, GCPff)至SICL的轉(zhuǎn)接部分、以及耦合線末端的盲孔。雙頻枝節(jié)線耦合器的主體包括SICL的內(nèi)導(dǎo)體信號線和信號線兩側(cè)的過孔，和過孔平行的、和信號線處于同一層的金屬層，以及四條彎折的電長度為180°的枝節(jié)線末端的接地通孔。
[0007]GCPff-SICL的轉(zhuǎn)接部分包括GCPW傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體和連接GCPW內(nèi)導(dǎo)體和SICL內(nèi)導(dǎo)體的盲孔。
[0008]微帶平面L型探針包括信號線和介質(zhì)層，在耦合器輸出端有兩個連接SICL內(nèi)導(dǎo)體和平面L型探針的信號線的盲孔。[0009]圓環(huán)輻射貼片包括介質(zhì)層、介質(zhì)層上層的大圓環(huán)貼片及介質(zhì)層下層的小圓環(huán)貼片。
[0010]SICL和GCPW的尺寸及圓環(huán)貼片的尺寸同天線工作的頻率有關(guān)。其中，GCPW和圓環(huán)貼片的尺寸可通過常見的近似公式計算得出并進(jìn)行仿真優(yōu)化獲得，SICL的尺寸可通過常見的帶狀線尺寸的近似公式計算得出并進(jìn)行仿真優(yōu)化獲得。
[0011]有益效果:與現(xiàn)有微帶貼片天線相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]I)該天線可在兩個頻點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)較好的圓極化輻射特性。如圖6所示。且該天線分別在端口 I (Portl)和端口 2 (Port2)饋電，在另一端口加載匹配負(fù)載時，可分別實(shí)現(xiàn)左旋圓極化和右旋圓極化輻射。圖7-10分別為天線在1.6GHz和2.5GHz時分別由端口 I和端口 2饋電時的仿真和實(shí)測方向圖。
[0013]2)該天線設(shè)計成本低廉，加工完成后不需要額外調(diào)試。
[0014]3)該天線利用SICL技術(shù)并在過孔中加入了屏蔽金屬層，降低了能量泄露，提高了駐波性能和端口間的隔離度。如圖2中的(6 )所示。
[0015]4)該天線的尺寸相對較小、重量輕且結(jié)構(gòu)簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明中饋電網(wǎng)絡(luò)層雙頻耦合器的電路模型圖；
[0017]圖2為本發(fā)明饋電網(wǎng)絡(luò)部分的俯視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的圓環(huán)貼片的俯視圖；
[0019]圖4為本發(fā)明天線的側(cè)視圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的回波損耗隨頻率變化的示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的增益和軸比隨頻率變化的示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明由端口 I饋電時，在1.6GHz處的仿真和實(shí)測方向圖；
[0023]圖8為本發(fā)明由端口 2饋電時，在1.6GHz處的仿真和實(shí)測方向圖；
[0024]圖9為本發(fā)明由端口 I饋電時，在2.5GHz處的仿真和實(shí)測方向圖；
[0025]圖10為本發(fā)明由端口 2饋電時，在2.5GHz處的仿真和實(shí)測方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0027]此雙頻天線包括由SICL傳輸線構(gòu)成的饋電網(wǎng)絡(luò)層、微帶平面L型探針以及圓環(huán)貼片福射單元。該天線的饋電網(wǎng)絡(luò)采用印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)工藝加工。
[0028]圖1為饋電網(wǎng)絡(luò)中枝節(jié)線耦合器的電路模型示意圖。若以圖中的portl即端口 I為輸入端，則port3即3端口為隔離端，port2和port4即2、4端口為輸出端。Ztl為饋電網(wǎng)絡(luò)輸入端的特性阻抗，Zp Z2和Z3分別為耦合器中特定分支線的特性阻抗。若所需雙頻點(diǎn)為和f2，則雙頻枝節(jié)線耦合器的電路模型的參數(shù)遵循以下公式:
【權(quán)利要求】
1.一種采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線，其特征在于:包括由SICL傳輸線構(gòu)成的饋電網(wǎng)絡(luò)層、微帶平面L型探針以及圓環(huán)貼片輻射單元； 利用基于SICL技術(shù)的雙頻3-dB枝節(jié)線耦合器構(gòu)成饋電網(wǎng)絡(luò)主體，如果在饋電網(wǎng)絡(luò)的端口 I (Portl)饋電，并在和端口 2 (Port2)加載匹配負(fù)載，那么天線可實(shí)現(xiàn)左旋圓極化輻射；反之，如果在端口 2 (Port2)饋電，并在和端口 I (Portl)加載匹配負(fù)載，那么天線可實(shí)現(xiàn)右旋圓極化福射。 所述饋電網(wǎng)絡(luò)層包括雙頻枝節(jié)線耦合器的主體、接地共面波導(dǎo)至SICL的轉(zhuǎn)接部分、以及耦合線末端的盲孔；饋電網(wǎng)絡(luò)中的耦合器的兩個輸出端通過盲孔與平面L型探針連接，利用電磁耦合的方式給上層的兩個圓環(huán)輻射貼片饋電，在輻射貼片上形成兩個正交的簡并模，實(shí)現(xiàn)圓極化天線性能。
2.如權(quán)利要求1所述的采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線，其特征在于:所述雙頻枝節(jié)線耦合器的主體包括SICL的內(nèi)導(dǎo)體信號線(4)和信號線兩側(cè)的過孔，及和過孔平行的、和信號線處于同一層的金屬層(6)，四條彎折的電長度為180°的枝節(jié)線末端的接地通孔(3); GCPff-SICL的轉(zhuǎn)接部分包括GCPW傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體(I)和連接GCPW內(nèi)導(dǎo)體和SICL內(nèi)導(dǎo)體的盲孔(2)； 微帶平面L型探針(10)包括信號線和介質(zhì)層，在耦合器輸出端有連接SICL內(nèi)導(dǎo)體和平面L型探針的信號線的盲孔(5); 圓環(huán)輻射貼片包括介質(zhì)層、介質(zhì)層上層的大圓環(huán)貼片(7)及介質(zhì)層下層的小圓環(huán)貼片(8)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的采用基片集成同軸線饋電的雙頻雙圓極化天線，其特征在于:饋電網(wǎng)絡(luò)層的尺寸及圓環(huán)貼片的尺寸同天線工作的頻率有關(guān)；雙頻圓極化天線可通過更改饋電網(wǎng)絡(luò)及輻射貼片的參數(shù)調(diào)整工作頻點(diǎn)，應(yīng)用在不同頻點(diǎn)。
【文檔編號】H01Q1/52GK103928767SQ201410156074
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】王海明, 無奇, 余晨, 洪偉 申請人:東南大學(xué)