本發(fā)明涉及一種寬波束平面圓極化天線，屬于物聯(lián)網(wǎng)與微波技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
圓極化天線可以接收任意方向的來波，且其輻射波也可由任意極化的天線收到，故在電子偵察和干擾、通信和雷達的極化分集工作、電子對抗方面受到了廣泛的應(yīng)用。圓極化天線的制作大致可以劃分為三種方法。第一種方法為互補振子實現(xiàn)圓極化；第二種方法為使用旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如微帶平面旋轉(zhuǎn)天線和立體結(jié)構(gòu)的螺旋天線；第三種方法為在輻射貼片或介質(zhì)諧振腔上產(chǎn)生交叉偶極子，這兩個交叉偶極子的模極化和相位正交。微帶天線是采用第一種方法的常見天線類型。這種類型天線結(jié)構(gòu)輕巧、便于集成、可與設(shè)備共形、加工容易。其中在引入交叉偶極子的情況下可以同時實現(xiàn)圓極化和端射特性。但是這種平面端射圓極化天線的相對帶寬一般只有百分之幾。這將很難滿足通信系統(tǒng)對于帶寬的要求。
天線的前后比表明了天線對后瓣抑制的好壞。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，各個天線分布比較密集，選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系混亂。所以就要想辦法提高天線的前后比，抑制天線的后瓣。
而在衛(wèi)星導(dǎo)航、通信和射頻識別等領(lǐng)域中，還需要天線具有足夠?qū)挼?db軸比波束寬度（即：極化波束寬度），要求天線具有接近180°（半球狀）、甚至超過180°的軸比波束寬度。盡管平面旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的圓極化天線也能實現(xiàn)寬波束，但往往不超過150°，并且波束多垂直于天線的平面,如果想要獲得平行于天線平面的圓極化波束，就難免要引入一些非平面結(jié)構(gòu)，所以如何設(shè)計一個半球狀3db軸比波束，而且波束指向平行于天線平面所在方向的平面天線是一個難題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種寬波束平面圓極化天線，該組合天線不僅具有良好的圓極化性能，輻射方向平行于天線平面，且具有15db左右的前后比，3db圓極化波束張角可展寬至180°。該天線剖面低、結(jié)構(gòu)簡單，無需外加復(fù)雜的移相功分網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)優(yōu)良的圓極化性能，在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種射頻識別系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供一種寬波束平面圓極化天線，包括非封閉的扇形平面磁偶極子、頂層相位轉(zhuǎn)換帶線、頂層v形輻射單元、底層相位轉(zhuǎn)換帶線、底層v形輻射單元；
所述扇形平面磁偶極子的非封閉端的上表面通過頂層相位轉(zhuǎn)換帶線與頂層v形輻射單元連接，下表面通過底層相位轉(zhuǎn)換帶線與底層v形輻射單元連接；扇形平面磁偶極子的上表面、頂層相位轉(zhuǎn)換帶線與頂層v形輻射單元在同一平面，扇形平面磁偶極子的下表面、頂層相位轉(zhuǎn)換帶線與頂層v形輻射單元在同一平面；
所述頂層相位轉(zhuǎn)換帶線與底層相位轉(zhuǎn)換帶線的結(jié)構(gòu)與尺寸相同，且關(guān)于非封閉的扇形平面磁偶極子的中軸線對稱分布；
頂層v形輻射單元與底層v形輻射單元的結(jié)構(gòu)與尺寸相同，且關(guān)于非封閉的扇形平面磁偶極子的中軸線對稱分布；頂層v形輻射單元在底層v形輻射單元所在平面上的投影與底層v形輻射單元有重疊區(qū)域；
所屬非封閉的扇形平面磁偶極子上設(shè)置有饋電結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述扇形平面磁偶極子的圓心角大于90°且小于360°。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述重疊區(qū)域與相位轉(zhuǎn)換帶線相連的頂角為0°-30°，以便調(diào)控天線的前后比。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，饋電結(jié)構(gòu)為同軸線。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，該天線的上下表面之間填充任意介電常數(shù)的介質(zhì)。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述底層相位轉(zhuǎn)換帶線與頂層相位轉(zhuǎn)換帶線長度范圍在四分之一波長到八分之三波長之間。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明能夠在使用平面結(jié)構(gòu)的同時，前后比可以達到15db左右，能確保3db圓極化波束張角達到180°，具有良好的圓極化特性和端射特性，該天線剖面低、結(jié)構(gòu)簡單，無需外加復(fù)雜的移相功分網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)優(yōu)良的圓極化性能，在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種射頻識別系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。
附圖說明
圖1是天線的正面結(jié)構(gòu)與參考坐標示意圖。
圖2是天線的三維立體示意圖與參考坐標示意圖。
圖3是采用ie3d軟件計算的天線在yz面的輻射方向圖。
圖4是采用ie3d軟件計算的天線反射系數(shù)特性。
圖5是采用ie3d軟件計算的天線軸比圖。
其中，1是扇形磁偶極子，2是頂層相位轉(zhuǎn)換線，3是底層相位轉(zhuǎn)換線，4是頂層v形輻射單元，5是底層v形輻射單元，6是同軸接頭外導(dǎo)體，7是同軸線內(nèi)導(dǎo)體。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：
本發(fā)明將提出一種寬波束平面端射圓極化天線的設(shè)計方法，除實現(xiàn)圓極化波束平行于天線所在平面外，具有15db以上的前后比，足夠?qū)挼?db軸比波束寬度，且天線剖面低、結(jié)構(gòu)簡單，無需外加復(fù)雜的移相功分網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)優(yōu)良的圓極化性能，在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種射頻識別系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。
對照附圖1、圖2，本發(fā)明一種寬波束平面圓極化天線的結(jié)構(gòu)是：該天線可以制作在任意合適的介電常數(shù)的介質(zhì)上，該天線的整體輻射單元由扇形平面磁偶極子1、頂層v形輻射單元4、底層v形輻射單元5構(gòu)成。扇形平面磁偶極子1為非封閉結(jié)構(gòu)，由兩個相同的扇形貼片以及連接兩個扇形貼片的直邊的垂直短路壁構(gòu)成。頂層v形輻射單元4、底層v形輻射單元5的結(jié)構(gòu)、尺寸完全相同，并關(guān)于扇形平面磁偶極子1的中軸線對稱布置。扇形平面磁偶極子1的非封閉端，其上表面通過頂層相位轉(zhuǎn)換帶線2與頂層v形輻射單元4相連接，下表面通過底層相位轉(zhuǎn)換帶線3與底層對跖v形輻射單元5相連接。頂層相位轉(zhuǎn)換帶線2與底層相位轉(zhuǎn)換帶線3的結(jié)構(gòu)、尺寸完全相同,長度和寬度均可調(diào)節(jié)。頂層v形輻射單元4和底層v形輻射單元5圍繞天線中軸線10旋轉(zhuǎn)一定的角度，角度范圍在5°-15°之間。
下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步闡述，其中，本實施例中采用空氣介質(zhì)、扇形平面磁偶極子1上下表面之間的間距為6毫米，扇形平面磁偶極子1的半徑為36mm，圓心角9的度數(shù)為180°，頂層相位轉(zhuǎn)換帶線2與底層相位轉(zhuǎn)換帶線3的長度均為四分之一波長，頂層v形輻射單元4、底層v形輻射單元5圍繞天線中軸線旋轉(zhuǎn)的角度為15°，利用ie3d軟件仿真計算得到的天線各項特性。
圖3是采用ie3d軟件計算的天線在yz面的輻射方向圖，天線的工作頻率在2.4ghz，虛線表示右旋圓極化，實線表示左旋圓極化?？梢钥闯鲈撎炀€的極化方向為右旋圓極化，且在0°-180°均具有15db的前后比，波束寬度為180°，具有很寬的波束寬度。
圖4是采用ie3d軟件計算的天線反射系數(shù)特性，圖5是采用ie3d軟件計算的天線軸比圖。根據(jù)附圖4和圖5的結(jié)果可見，該天線阻抗帶寬覆蓋了2.26-2.51ghz頻段，相對帶寬為10.33％，中心頻率在2.42ghz，可以看出該天線具有較寬的阻抗帶寬。該天線具有小于3db的軸比帶寬，軸比帶寬為2.83-2.41ghz。
綜上所述，本發(fā)明一種寬波束平面端射圓極化天線的3db圓極化波束張角可達180°，并且最大輻射方向平行于天線平面。該天線具有螺旋天線的圓極化半球波束性能和其他天線的端射特性，具有高達15db以上的前后比，3db圓極化波束張角達到180°，而且剖面低、結(jié)構(gòu)簡單，無需外加復(fù)雜的移相功分網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)優(yōu)良的圓極化性能，在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種射頻識別系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。