本发明涉及微波天线领域，具体为一种宽带电磁偶极子圆极化天线。
背景技术：
随着现代无线通信传输和交互的数据量不断增大，系统需要更宽的工作频带来保证链路畅通，窄带天线已经不能满足实际应用需求。另外，在许多通信系统中需要接收或发射多路信号，采用多副天线时，天线之间的互耦效应会影响系统的通信质量，利用宽带天线则可以解决上述问题。圆极化天线可以接收任意极化波，同时圆极化天线的辐射波可以被任意线极化天线接收。采用圆极化天线可以使得发射天线和接收天线的形式更加灵活。宽带圆极化天线除了要考虑阻抗带宽，还需要考虑轴比带宽，只有阻抗带宽与轴比带宽重叠的频带才是圆极化天线的工作频带。
微带天线常应用于通信领域的圆极化天线设计中，传统单馈微带天线往往带宽较窄，难以实现宽带性能，双馈微带天线虽然可以获得较宽的带宽，但是需要引入额外的馈电网络，增加了天线的结构复杂度。电磁偶极子天线利用磁偶极子天线和电偶极子天线电场和磁场方向互换，其他特性完全相同这一特征，将二者相结合，能够获得增益稳定的辐射波。同时，由于电偶极子和磁偶极子在远场区本身就具有90°相位差，所以若采用同一激励源来同时激励电偶极子和磁偶极子，就可以得到两个具有相同幅度的正交线极化波，无需额外的相移网络就能实现圆极化辐射。
目前大部分电磁偶极子天线设计主要通过加载外部功分电路和相移网络来实现，需要设计较为复杂的馈电网络，一方面使天线结构更复杂，另一方面也导致更高的成本和损耗。而现有的单馈的电磁偶极子圆极化天线部分性能指标不够理想，难以满足实际应用需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种宽带电磁偶极子圆极化天线。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带电磁偶极子圆极化天线，包括电偶极子、磁偶极子、γ形馈电片、金属壁、地板以及同轴连接器，所述电偶极子由平行于地板的一对金属片构成，所述磁偶极子由一对垂直于地板放置并与地板短路的金属片构成；所述电偶极子设置在磁偶极子上且关于地板中心呈中心对称；所述γ形馈电片设置在地板上，且与安装在地板背面的同轴连接器内导体相连，同时对电偶极子和磁偶极子耦合馈电，所述金属壁设置在地板四边的中心。
优选地，通过对电偶极子金属片进行切割并调整磁偶极子的长度和宽度，使得远场两个正交电场分量的幅度相等，产生圆极化辐射。
优选地，所述γ形馈电片包括第一金属片、第二金属片以及第三金属片，所述第一金属片垂直设置于地板上，构成50ω的带线结构；所述第二金属片一端固定在第一金属片上，且平行于地板设置；所述第三金属片的一端固定在第二金属片的另一端，且垂直于第二金属片向地板方向延伸。
优选地，所述第二金属片为宽度渐变金属片。
优选地，所述金属壁宽度小于地板的边长。
优选地，电偶极子由两部分金属片裁剪拼接组成，第一部分为在长度和宽度分别为l1＝57mm，w2＝26mm的金属片的一端分别切去以w1＝10.5mm为上底，以s5＝15.5mm为下底，以s3＝13mm为高和以s3为上底，s4＝20mm为下底，s6＝8mm为高的两个梯形；在另一端靠近馈电片的对角处切去边长分别为s1＝10mm,s2＝5mm的直角三角形；另一部分为在长度和宽度分别为l3＝30mm，w4＝15mm的金属片的一边切去长轴为l3＝30mm，轴比为q＝0.45的半椭圆并平移拼接到对边处。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、宽带性能好：采用电磁偶极子天线实现宽带圆极化，天线具有较好的宽带性能，加载金属壁结构进一步拓展了天线的轴比带宽，轴比带宽和阻抗带宽具有较好的一致性；
2、馈电结构简单：采用渐变γ形馈电片通过单馈实现圆极化，馈电结构简单易加工。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明宽带电磁偶极子圆极化天线的结构示意图。
图2是本发明宽带电磁偶极子圆极化天线的尺寸示意图，其中，图(a)为俯视图，图(b)为正视图。
图3是带电磁偶极子圆极化天线在工作带宽内反射系数曲线。
图4是带电磁偶极子圆极化天线在工作带宽内轴比系数曲线。
图5是宽带电磁偶极子圆极化天线的在中心频率处辐射方向图，其中，图(a)为xoz面方向图，图(b)为yoz面方向图。
图6是宽带电磁偶极子圆极化天线在工作带宽内的增益。
具体实施方式
如图1所示，一种宽带电磁偶极子圆极化天线，包括电偶极子1、磁偶极子2、γ形馈电片3、金属壁4、地板5以及同轴连接器，所述电偶极子1由平行于地板5的一对金属片构成，所述磁偶极子2由一对垂直于地板5放置并与地板5短路的金属片构成；所述电偶极子1设置在磁偶极子2上且关于地板5中心呈中心对称；所述γ形馈电片3设置在地板5上，且与安装在地板5背面的同轴连接器内导体相连，同时通过临近耦合对电偶极子1和磁偶极子2耦合馈电，所述金属壁4设置在地板5四边的中心。
进一步的实施例中，通过对电偶极子1金属片进行切割并调整磁偶极子2的长度和宽度，使得远场两个正交电场分量的幅度相等，产生圆极化辐射。
进一步的实施例中，所述γ形馈电片3包括第一金属片、第二金属片以及第三金属片，所述第一金属片垂直设置于地板5上，构成50ω的带线结构；所述第二金属片一端固定在第一金属片上，且平行于地板5设置；所述第三金属片的一端固定在第二金属片的另一端，且垂直于第二金属片向地板方向延伸。
进一步的实施例中，所述第二金属片为宽度渐变金属片，通过调整金属片宽度能够改善天线与馈电结构之间的阻抗匹配。
进一步的实施例中，所述金属壁4宽度小于地板5的边长。金属壁4宽度和高度影响天线周围的散射电场分布，从而影响天线的轴比带宽。
在某些实施例中，所述地板5厚度为3mm。
在某些实施例中，金属壁4安装在地板5四边的中心位置处。
本发明提出的宽带电磁偶极子圆极化天线，阻抗带宽和轴比带宽性能优异，馈电结构简单。同时，天线采用全金属结构，结构简单，易于加工，机械结构稳定。
实施例
一种宽带电磁偶极子圆极化天线，包括电偶极子1、磁偶极子2、γ形馈电片3、金属壁4、地板5以及同轴连接器，所述电偶极子1由平行于地板5的一对金属片构成，所述磁偶极子2由一对垂直于地板5放置并与地板5短路的金属片构成；所述电偶极子1设置在磁偶极子2上且关于地板5中心呈中心对称；所述γ形馈电片3与安装在地板5背面的同轴连接器内导体相连，同时对电偶极子1和磁偶极子2耦合馈电，金属壁4设置在地板5四边的中心。
图2给出了本发明的尺寸示意图，所述地板5为边长l5＝15mm的正方形铜板，所述γ形馈电片3包括第一金属片、第二金属片以及第三金属片，第一金属片高度h1＝32mm，宽度w5＝4.3mm，第二金属片为平行于地板5的宽度渐变金属片，长度l4＝9.5mm，金属片宽度由w5＝4.3mm渐变为w6＝22mm，这一部分通过耦合对电偶极子1和磁偶极子2馈电，通过渐变结构可以改善天线的阻抗带宽。第三金属片长度l5＝25mm，其容性特性能够中和第二部分引入的感性分量。γ形馈电片3与垂直放置的磁偶极子2之间的间隙g2＝1.5mm。磁偶极子由与金属地板5垂直且一端短路的金属片构成，长度和宽度分别为l1＝56mm，h1＝32mm，两个磁偶极子间距g1＝16mm。对电偶极子1进行倒角和切割，通过调整偶极子形状来改变辐射波的幅度，使得远场eφ和eθ的幅度相等，天线产生圆极化辐射。
电偶极子(1)由两部分金属片裁剪拼接组成，第一部分为在长度和宽度分别为l1＝57mm，w2＝26mm的金属片的一端分别切去以w1＝10.5mm为上底，以s5＝15.5mm为下底，以s3＝13mm为高和以s3为上底，s4＝20mm为下底，s6＝8mm为高的两个梯形。在另一端靠近馈电片的对角处切去边长分别为s1＝10mm,s2＝5mm的直角三角形。另一部分为在长度和宽度分别为l3＝30mm，w4＝15mm的金属片的一边切去长轴为l3＝30mm，轴比为q＝0.45的半椭圆并平移拼接到对边处。
进一步的实施例中，高度h2＝20mm，长度l5＝130mm的金属壁(4)安装在地板(5)四边的中心位置处，进一步拓展了天线的轴比带宽。
图3给出了天线反射系数曲线，在1.78ghz至3.42ghz的频带范围内回波损耗低于-10db，阻抗带宽达到65.9％。
图4给出了天线轴比系数曲线，在1.86ghz至3.52ghz的频带范围内轴比于3db，轴比带宽达到66.4％。
图5给出了天线在中心频率2.492ghz处两个主平面的辐射方向图，从图中可以看出两个主平面的主极化辐射(左手圆极化)增益为9.13db，交叉极化辐射(右手圆极化)增益为-7.12db，增益之差大于15db，天线具有较好的交叉极化比性能。
图6给出了天线在工作带宽内的增益曲线，在1.75ghz至3.6ghz的频带范围内，天线增益均大于8db，中心频率2.492ghz处增益为9.13db，工作带宽内最大增益为10.5db。天线在工作带宽内有较高且较平稳的增益。
1.一种宽带电磁偶极子圆极化天线，其特征在于，包括电偶极子(1)、磁偶极子(2)、γ形馈电片(3)、金属壁(4)、地板(5)以及同轴连接器，所述电偶极子(1)由平行于地板(5)的一对金属片构成，所述磁偶极子(2)由一对垂直于地板(5)放置并与地板(5)短路的金属片构成；所述电偶极子(1)设置在磁偶极子(2)上且关于地板(5)中心呈中心对称；所述γ形馈电片(3)设置在地板(5)上，且与安装在地板(5)背面的同轴连接器内导体相连，同时对电偶极子(1)和磁偶极子(2)耦合馈电，所述金属壁(4)设置在地板(5)四边的中心。
2.根据权利要求1所述的宽带电磁偶极子圆极化天线，其特征在于，通过对电偶极子(1)金属片进行切割并调整磁偶极子(2)的长度和宽度，使得远场两个正交电场分量的幅度相等，产生圆极化辐射。
3.根据权利要求1所述的宽带电磁偶极子圆极化天线，其特征在于，所述γ形馈电片(3)包括第一金属片、第二金属片以及第三金属片，所述第一金属片垂直设置于地板(5)上，构成50ω的带线结构；所述第二金属片一端固定在第一金属片上，且平行于地板(5)设置；所述第三金属片的一端固定在第二金属片的另一端，且垂直于第二金属片向地板方向延伸。
4.根据权利要求3所述的宽带电磁偶极子圆极化天线，其特征在于，所述第二金属片为宽度渐变金属片。
5.根据权利要求3所述的宽带电磁偶极子圆极化天线，其特征在于，所述金属壁(4)宽度小于地板(5)的边长。
6.根据权利要求1所述的宽带电磁偶极子圆极化天线，其特征在于，电偶极子(1)由两部分金属片裁剪拼接组成，第一部分为在长度和宽度分别为l1＝57mm，w2＝26mm的金属片的一端分别切去以w1＝10.5mm为上底，以s5＝15.5mm为下底，以s3＝13mm为高和以s3为上底，s4＝20mm为下底，s6＝8mm为高的两个梯形；在另一端靠近馈电片的对角处切去边长分别为s1＝10mm,s2＝5mm的直角三角形；另一部分为在长度和宽度分别为l3＝30mm，w4＝15mm的金属片的一边切去长轴为l3＝30mm，轴比为q＝0.45的半椭圆并平移拼接到对边处。
技术总结