本發(fā)明涉及一種天線，具體地，涉及一種UHF頻段的小型化低剖面寬帶圓極化貼片天線。

背景技術：

隨著現代通信技術的發(fā)展，人們對電子設備的要求越來越高，并且要求設備具有寬帶化共用化的功能，天線作為無線電系統中的重要組成部分，其小型化和寬帶化也越來越受到研究人員的重視。同時UHF頻段的天線工作波長長，使用常規(guī)的天線尺寸較大，在有限的空間內很難實現寬帶等特性。另外由于微帶天線本身結構簡單，便于加工制作，使用方便等特點，越來越受到研究人員的重視，但是由于微帶天線本身結構的限制，使得其具有帶寬窄和增益低的特點，是研究人員需要解決的問題。

另外單純的線極化很難滿足通信要求。圓極化天線具有可接收任意極化方式的來波，且其輻射波也可被任意極化方式的天線收到，有旋向正交性，能夠抑制云雨干擾和抗多徑反射等優(yōu)點。由于圓極化天線在現代通信中的優(yōu)越性能，受到人們越來越多的關注。而寬帶圓極化可以在很寬范圍內實現極化方式為圓極化的方式，便于接收任意方向過來的任意極化形式的電磁波。在RFID、廣播電視、移動基站、遙感遙測、航空航天、電子對抗、電子干擾等領域有著廣泛的應用前景。

小型化寬帶天線的實現方式有很多，按照實現原理大致可以分為兩類：一是利用切角或刻縫隙槽來改變天線在該位置的阻抗或延長輻射天線的有效電流長度來達到小型化和寬帶的目的，經過一系列文獻的閱讀，發(fā)現這樣做只能在很有限的頻帶范圍內改善天線的性能；另一種是使用超材料結構或者超表面結構來實現小型化寬帶。經文獻檢索，Son Xuat Ta和Ikmo Park等人2015年在IEEE Trans.Antennas Propag.期刊上發(fā)表的文章“Low-Profile Broadband Circularly Polarized Patch Antenna Using Metasurface”提出了一種低剖面寬帶圓極貼片天線，但是從他的仿真結果看到，該天線的-10dB帶寬和3dB軸比帶寬雖然和本文差不多，但是其天線的工作尺寸相對波長來說遠遠大于本發(fā)明所設計的天線。所以總體說來，到目前的研究為止，還沒有能同時實現高帶寬和小尺寸的貼片天線，所以在這方面，仍然需要深入的研究。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種具有小型化低剖面寬帶圓極化貼片天線。

根據本發(fā)明提供的一種UHF頻段的小型化低剖面寬帶圓極化復合水介質天線，包括天線輻射結構、阻抗匹配結構、饋電結構、復合水介質板結構、SMA接頭；

天線輻射結構連接至阻抗匹配結構；

阻抗匹配結構與饋電結構耦合饋電；

天線輻射結構、阻抗匹配結構、饋電結構設置在復合水介質板結構上；

SMA接頭通過背饋方式對饋電結構進行射頻激勵。

優(yōu)選地，采用微帶線的阻抗匹配結構包括十字型阻抗匹配網絡；

饋電結構包括第一T型偶極子、第二T型偶極子，第一T型偶極子、第二T型偶極子構成被十字型阻抗匹配網絡圍繞的一組T型偶極子饋電結構；

所述一組T型偶極子饋電結構通過縫隙耦合饋電給十字型阻抗匹配網絡。

優(yōu)選地，天線輻射結構采用微帶線結構；

天線輻射結構包括均采用平面螺旋結構且沿圓周方向依次分布的第一螺旋輻射段、第二螺旋輻射段、第三螺旋輻射段、第四螺旋輻射段；

第一螺旋輻射段、第三螺旋輻射段的旋轉方向相反；

第二螺旋輻射段、第四螺旋輻射段的旋轉方向相反；

第一螺旋輻射段、第四螺旋輻射段的旋轉方向相同；

在十字型阻抗匹配網絡的相對的兩端中，第一螺旋輻射段、第三螺旋輻射段連接十字型阻抗匹配網絡的一端，第二螺旋輻射段、第四螺旋輻射段連接十字型阻抗匹配網絡的另一端。

優(yōu)選地，在十字型阻抗匹配網絡連接第三螺旋輻射段的一端部處的微帶線具有第一縫隙；在十字型阻抗匹配網絡連接第二螺旋輻射段的另一端部處的微帶線具有第二縫隙。

優(yōu)選地，電流到達第二螺旋輻射段、第一螺旋輻射段、第三螺旋輻射段、第四螺旋輻射段時，分別實現相位0°、90°、180°、270°的相位差。

優(yōu)選地，復合水介質板結構包括依次設置的上層介質板、中間層介質板、下層介質板；

上層介質板、下層介質板均為整塊固體介質板；

中間層介質板是局部為鏤空腔體的固體介質板，鏤空腔體內加入有液體；

天線輻射結構、阻抗匹配結構、饋電結構設置在上層介質板上；

SMA接頭在下層介質板中心的下方。

本發(fā)明中UHF頻段的小型化低剖面寬帶圓極化復合水介質天線屬于貼片天線，整個貼片天線采用SMA接頭背饋方式激勵。SMA接頭通過背饋的形式給天線的一組T型偶極子饋電結構進行射頻激勵。所述天線的十字型阻抗匹配網絡的第一縫隙、第二縫隙，起到末端電容加載的作用，可以有效的減小天線的工作頻率。所述天線通過一組T型偶極子縫隙耦合饋電，十字型阻抗匹配網絡在輻射結構交叉處實現輻射結構匹配另一枝節(jié)高阻抗的特性，從而使得電流在分別到達四個輻射平面螺旋結構時，使得圖1中示出的十字型阻抗匹配網絡中的微帶線構成的十字型微帶線的兩側臂的右上、左上、左下、右下四個螺旋臂實現了相位0°、90°、180°、270°的相位差，構成一組正交偶極子，從而向外輻射圓極化波。所述天線的中間層介質板引進水等液體的作用可以很大范圍內降低天線的品質因素，從而能有效的增加天線的工作帶寬。所述天線采用背饋的方式進行饋電，由于本身輻射結構的緊湊性，通過簡單的優(yōu)化可以很好的跟50Ω同軸饋電匹配，結構簡單，易于加工。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明通過在介質板中加入液態(tài)水，可以有效的降低天線的Q值，從而能在很寬的范圍內達到很好的回波損耗。

2、本發(fā)明屬于小型化天線范圍，尺寸大小為工作波長的0.24倍。

3、本發(fā)明具有很寬的-10dB阻抗帶寬39％。

4、本發(fā)明具有阻抗帶寬范圍內很寬的3dB軸比帶寬19％，非阻抗帶寬內也有一部分很寬的軸比帶寬。

4、本發(fā)明的主體為低剖面貼片天線，結構簡單容易加工。

5、本發(fā)明的寬帶實現主要由介質中引入水的結構，降低天線的Q值，可以靈活的控制水的多少來實現天線帶寬的增加或減少。

6、本發(fā)明的天線形狀規(guī)則對稱，工作頻率完全由天線尺寸決定，所以在加工工藝允許范圍內，可以很容易的任意更改天線的工作頻帶。

7、本發(fā)明天線結構簡單，阻抗帶寬范圍內的增益大于-6dB,最大達到-2.4dB。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明小型化低剖面寬帶圓極化水介質貼片天線的俯視圖；

圖2為本發(fā)明小型化低剖面寬帶圓極化水介質貼片天線的中間層介質板結構圖，圖中的黑色部位為水；

圖3為本發(fā)明小型化低剖面寬帶圓極化水介質天線的三維剖面圖；

圖4為本發(fā)明實施例的本發(fā)明小型化低剖面寬帶圓極化水介質天線的的回波損耗圖；

圖5為本發(fā)明實施例在300MHz-700MHz的軸比分布圖；

圖6為本發(fā)明實施例在300MHz-700MHz的Realized gain分布圖；

圖中：

1-第一螺旋輻射段

2-第二螺旋輻射段

3-第三螺旋輻射段

4-第四螺旋輻射段

5-十字型阻抗匹配網絡

6-第一T型偶極子

7-第二T型偶極子

8-上層介質板

9-中間層介質板

10-下層介質板

100-阻抗匹配結構與饋電結構之間的縫隙

101-第一縫隙

102-第二縫隙

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

請同時參閱圖1、圖2和圖3，一種小型化低剖面寬帶圓極化水介質貼片天線，包括：天線輻射結構、阻抗匹配結構、饋電結構、復合水介質板結構、SMA接頭。

天線輻射結構為4個平面螺旋結構，通過一段微帶線與天線的阻抗匹配結構相連接。通過一組T型偶極子的耦合饋電，在天線的介質板中心之間連接SMA接頭進行射頻激勵。進一步地，天線輻射結構為微帶線結構，微帶線寬為4mm，平面螺旋結構繞2.5圈，饋電形式采用T型偶極子饋電，偶極子線寬為2.3mm，采用一個十字型阻抗匹配結構。微帶線采用蝕刻法蝕刻在介電常數為3.55的羅杰斯4003a介質板，上層介質板和下層介質板均采用羅杰斯4003a介質板，厚度為0.203mm，中間層介質板部分鏤空填充水介質，在介質板的中心部分直接采用背饋形式連接SMA頭進行射頻激勵。

本發(fā)明寬帶圓極化的工作原理如下：

如圖1和圖2所示，其為本發(fā)明小型化低剖面寬帶圓極化水介質貼片天線的俯視圖和中間層介質板結構。射頻激勵信號SMA接頭從背部對天線饋電，信號經過同軸線進入一組T型偶極子饋電結構，經過微帶線耦合進入天線的阻抗匹配結構，通過阻抗匹配結構的傳播，在結構第一螺旋輻射段、第二螺旋輻射段、第三螺旋輻射段、第四螺旋輻射段處形成輻射結構阻抗匹配另外直接呈現高阻抗，從而使得在第二螺旋輻射段、第一螺旋輻射段、第三螺旋輻射段、第四螺旋輻射段處有0°、90°、180°、270°的相位差，使得第一螺旋輻射段、第三螺旋輻射段構成偶極子的一臂，第二螺旋輻射段、第四螺旋輻射段構成另一臂實現圓極化。引入高介電常數有耗水介質可以使得天線的品質因素大大降低，使得在原有基礎上大大增加天線的阻抗帶寬。

如圖4所示是本實施例的仿真得到的回波損耗圖。從圖中可以看出在389MHz-562MHz內回波損耗基本小于-10dB。

如圖5所示是本實例的仿真得到的在300MHz-700MHz，phi＝45°方向上的軸比隨頻率的變化?？梢钥吹皆?77MHz-563MHz范圍內天線的AR小于3dB。

如圖5所示是本實例的仿真得到的在300MHz-700MHz范圍內增益圖。從圖中可以看出，在整個阻抗帶寬范圍內增益大于-6dB,在400MHz可以達到-2.4dB的增益。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。