一种玻璃基板圆极化天线

本发明涉及一种玻璃基板圆极化天线，属于通信。

背景技术：

1、圆极化天线作为天线大类之一自二十世纪五十年代问世以来便受到普遍关注。相较于线极化天线，圆极化天线能够有效减小极化失配所带来的影响从而在接受天线与发射天线之间构建稳定的通信链路。因此，圆极化天线被广泛应用于卫星通信、雷达系统等领域。

2、随着通信、雷达技术的不断提升，对圆极化天线也提出了新的要求，研究人员开始致力于开发各类新型天线结构、天线材料以期进一步提升圆极化天线各项性能指标。玻璃材料因其低介电损耗特性、优秀的热稳定性以及廉价的生产加工成本能够用于制作介质基板以适配大部分天线种类。除此之外，在一些特殊应用场景中，例如汽车、建筑以及显示设备等诸多大型载体之上，玻璃基板因其出色的光学透明度能够不影响此类载体的透明度及外观，从而完美实现与此类载体的共生融合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一中宽带玻璃基板圆极化天线。

2、为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于玻璃基板的圆极化天线，其辐射单元为内部开有斜缝的正方形贴片天线，实验证明内部开斜缝能够使得圆极化天线获得更宽的轴比。每个辐射单元馈电位与距离中心偏右位置处，以激励起两个相互正交的谐振模式。辐射单元辐射方向为端射方向。四个完全相同的辐射单元依次成2×2的天线阵列。介质板内部设有馈电网络以保证各个辐射单元分别接受到相位为0°、90°、180°、270°的激励电流。

4、所述玻璃基板圆极化天线，从上至下依次包括：第一金属层、第一介质基板层、第二金属层、第二介质基板层、第三金属层。该玻璃基板圆极化天线具备较高的光学透明度、宽带以及高增益。

5、所述圆极化天线的第一金属层位于第一介质基板层的上表面，第二金属层位于第一介质基板层与第二介质基板层之间，第三金属层位于第二介质基板层下表面。所述第一金属层包括内部开有45°斜缝的矩形金属贴片天线，所述四个贴片天线按照2×2方阵排布，呈中心对称结构，每相邻两个矩形贴片中心间隔为d2。所述第一介质基板层内部包含四个金属探针，四个金属探针上端口分别与第一金属层内的四个矩形金属贴片天线相互连接，连接点位于贴片天线中心偏右d1位置处。所述第二金属层包括三个50欧姆微带线以及由微带馈线构成的t型结1、t型结2、t型结3，50欧姆微带线一端连接位于第二介质基板层内部的金属探针上端口，另一端与t型结1输入端口连接，t型结1位于50欧姆微带线右侧，其输出端口分别与t型结2、t型结3输入端口连接，t型结2、t型结3分别位于t型结1上方与下方，其输出端口经微带馈线分别与位于第一介质基板内部的四个金属探针下端口相互连接。第二介质基板层内部的金属探针下端口与第三金属层相互连接。

6、作为优选方案，第一介质基板层上下表面为正方形，边长为l1＝100mm，厚度为h1＝4mm介质基板的材料选择玻璃，相对介电常数为5.5。

7、作为优选方案，第二介质基板层上下表面为正方形，边长为l1＝100mm，厚度为h2＝2mm。介质基板材料选择玻璃，相对介电常数为5.5。

8、作为优选方案，矩形贴片天线为正方形，边长l2＝42.5mm。

9、作为优选方案，每个矩形贴片馈电位于中心偏右距离为d1＝5.8mm位置。

10、作为优选方案，每相邻两个矩形贴片中心间隔为d2＝25mm。

11、作为优选方案，金属探针半径为r1＝1.2mm，长度为h1＝4mm。

12、作为优选方案，50欧姆微带线宽度为w1＝1.9mm。

13、作为优选方案，t型结输入线宽度为w2＝5mm，输出线宽度为w3＝2.5mm。

14、作为优选方案，t型结输入线宽度为w3＝2.5mm，输出线宽度为w4＝1.25mm。

15、作为优选方案，金属探针半径为r2＝1mm，长度为h2＝2mm。

16、作为优选方案，第一金属层与第二金属层厚度均为h3＝0.01mm。

17、本发明的目的在于提供一种基于玻璃基板的圆极化天线。

18、本发明的原理：

19、根据天线组阵原理，阵列天线方向图与阵因子、元因子满足等式：

20、

21、其中，为天线方向图，为阵因子，为元因子。通过公式可以看出当天线结构单元形式确定之后，合理的组阵方式能够进一步提升天线辐射增益以及辐射方向性等各项性能。由于天线单元极化形式属于左旋圆极化，为保证组阵后阵列极化方式与单元极化方式一致，因此需要各个天线单元的馈电相位也需要采取旋转馈电的方式分别馈入相位相差90°的激励电流。

22、另一方面，为保证天线最大辐射方向位于端射方向，引入波束指向公式：

23、ψ＝βdcosθm-α＝0

24、其中β为相位常数，代表电磁波在空间中传播过程中的相位变化特性。满足阵元间隔，θm为最大波束指向，α为阵元相位差等于

25、当θm＝0°时，最大辐射方向位于端射方向，公式可简化为：

26、α＝±βd

27、由此可求得相阵元间距为

28、根据以上公式，通过阵元间距以及馈电网络结果能够使得天线具备较高的辐射增益、轴比带宽等优良的圆极化天线特征。后续通过对天线尺寸参数进一步调整使得天线良好适配玻璃基板同时具备较高的能量利用率。

29、本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)各部分阻抗匹配良好，保障输入能量能够最大程度馈入辐射部分，有效提高了能量利用率。2)圆极化性能良好，能够有效降低通讯过程中因极化适配等因素造成信号失真，在接受天线与发射天线之间构建起稳定的通讯链路。3)具备较高的光学透明度，能够满足一些特殊场景下的天线需求。

30、下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种玻璃基板圆极化天线，具备较高的光学透明度以及优异的圆极化性能；

2.根据权利要求1所述的一种玻璃基板圆极化天线，其方向图满足：

3.根据权利要求1所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：辐射部分为四个内部沿对角线开有斜缝的正方形贴片天线所组成2×2天线阵列，通过馈电结构在各个辐射单元依次馈入幅度相同、相位相差90°的激励电流。

4.根据权利要求1或3所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：第一金属层中四个内部沿对角线去除缝隙的正方形微带贴片排列呈中心堆成结构。

5.根据权利要求1或3所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：矩形贴片(101)、(102)、(103)、(104)天线为正方形，边长l2，每个矩形贴片(101)、(102)、(103)、(104)馈电位于中心偏右距离为d1位置，每相邻两个矩形贴片中心间隔为d2。

6.根据权利要求1或3或4所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：第二金属层中50欧姆微带线(301)宽度为w1，t型结(302)输入线宽度为w2，输出线宽度为w3，t型结(303)、(304)输入线宽度为w3，输出线宽度为w4。

7.根据权利要求6所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：第一介质基板层上下表面为正方形，边长为l1，厚度为h1介质基板的材料选择玻璃，相对介电常数为5.5，第二介质基板层上下表面为正方形，边长为l1，厚度为h2，介质基板材料选择玻璃，相对介电常数为5.5。

8.根据权利要求7所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：金属探针(201)、(202)、(203)、(204)半径为r1，长度为h1，金属探针(401)半径为r2，长度为h。

9.根据权利要求8所述的一种玻璃基板圆极化天线，其特征在于：第一金属层、第二金属层于第三金属层厚度为h3。

技术总结本发明提供一种基于玻璃基板的圆极化天线，具备良好的圆极化特性，其结构从上至下一次包括：第一金属层(辐射层)、第一介质基板层、第二金属层(馈电层)、第二介质基板层、第三金属层(地层)。第一金属层位于第一介质基板层的上表面，包含四个结构相同中部开有斜缝的矩形金属贴片。第二金属层(馈电层)位于第一介质基板与第二介质基板之间，由若干条微带线、T形结组成。第三金属层(地层)位于第二介质基板层之下，通过金属探针与第二金属层连接。本发明所述的玻璃基板圆极化天线具有高光学透明度、高增益能够安装在汽车、建筑以及显示设备等诸多大型载体上以满足该场景下的通信要求。技术研发人员：周学海,李济帆,刘思豪,潘锦受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4