[发明专利]宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线

说明书

本发明公开了一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线。该微带阵列天线包括单层微波介质基板、4个工作频率为f₁和f₂的双频线极化辐射贴片、以及1个双频共用的微带功分网络；其中，所述工作频率为f₁、f₂的双频线极化辐射贴片均匀分布于以点O为圆心的圆周上；所述双频共用的微带功分网络包含2个威尔金森功分器、2个由微带线构成的双频共用的90°移相器、以及1个双频共用的180°移相器。本发明有效增加了双频的圆极化轴比带宽，并且能够方便地扩展成具有更大口径的高增益阵列，采用单层介质板，且阵元是单个单元，结构简单、剖面低、易实现。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种宽轴比带宽双频双圆极化微带阵列天线。

背景技术

随着技术的进步和电磁环境的日益复杂，当前的雷达和通信系统所承担的功能越来越多，多功能集成成为一个重要的发展趋势。然而，对雷达和移动通信等无线系统来说，每一项功能都需要一个单独的天线。这不仅造成天线体积庞大，而且压缩了系统其他硬件的可用空间，不利于系统的小型化和集成化。在此背景下，天线的多频、多极化共孔径设计成为天线领域的一个重要研究方向，其中又以双频双极化天线最为常见。

微带天线较之于其他种类的天线有体积小、重量轻、可共形、易集成、易于大批量生产等极为明显的优点，因此被广泛地应用于各个领域。不仅用于众多的军事领域，如卫星通信、导弹遥测、武器引信及多普勒雷达等,目前也大量地应用在一些民用领域，如GPS导航、无线通信等等。

微带天线较之于其他种类的天线的另一个优点，就是便于获得圆极化性能。与目前已经发展得相对成熟的线极化天线相比，圆极化天线具有许多优势：在抗衰落、抗干扰以及抗多径效应上优势显著；具有旋向正交性；圆极化天线能接收任意极化波，反之任意极化天线也能接收圆极化波；在如平面、球面等对称的目标的表面上反射波的旋向逆转性。目前圆极化天线已经广泛地应用于通信、导航、射频识别技术和无线网络等多个领域，例如应用于我国的北斗卫星导航系统(BDS)。考虑到圆极化的一些特殊性能，相信它在将来会扮演越来越重要的角色。

电磁兼容问题一直是无线通信中所必须考虑的问题，为了尽量减弱这个问题的影响，我们通常希望在无线通信设备中多个系统能够共用一副天线，这就促进了天线技术在双频及多频上的突破。单个天线代替多个天线，一方面有效节约了资源，另一方面空间也得到了充分释放。第四代移动通信技术(4G)的普及以及第五代移动通信技术(5G)的发展，极大便捷了人们的生活、工作与学习。较于过去，人们更加追求文字、语言、图像、数据传输过程中的高速高效和高质量，这就对通信设备的信道容量以及传输效率提出了更高的要求。作为通信系统辐射和接收电磁波的部件，天线的宽带化研究的重要性显而易见。目前，圆极化天线，尤其是在双频圆极化、宽带圆极化天线等方面还有不少技术难关亟待攻克。由于微带天线具有易实现宽频带、双频段以及易获得圆极化性能的特点，对它的研究就显得格外有意义。

微带天线单元实现双频双圆极化已经有较多的文献报道。例如中国专利公开的“三频宽波束圆极化天线”(申请号：200620078410.9)、“小型双频双圆极化宽波束多层微带天线”(申请号：200910024114.9)，“单层双频圆极化微带阵列天线”(申请号：201410649033.9)，以及文献P.Nayeri,K.-F.Lee,A.Z.Elsherbeni,and F.Yang,“Dual-band circularly polarized antennas using stacked patches with asymmetric U-Slots,”IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,vol.10,pp.492-495,2011.”等。然而虽然当前对该天线的研究较多，但是它们都有一个共同的缺点，即天线的双频圆极化轴比带宽太窄。对微带天线来说，圆极化轴比带宽往往小于天线的驻波比带宽，所以较窄的轴比带宽会严重限制天线的工作带宽。

发明内容