本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种圆极化定向天线。
背景技术：
定向天线(directionalantenna)是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天线的主要目的是增强信号强度增加抗干扰能力。
目前的定向天线中的双极化阵列天线的两个极化端口的馈电网络通常都设置在同一层上，馈线分布排列紧密以及馈电网络之间存在很强的耦合作用，馈电网络之间会相互干涉，进而影响信号的接收和发送；因此，如何降低设计难度，同时减少馈电网络之间的相互耦合、干涉，是现阶段需要解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种圆极化定向天线，解决了目前定向天线存在的问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种圆极化定向天线，它包括双极化天线阵面箱体，以及设置在双极化天线阵面箱体外的和差器和射频前端；双极化天线阵面箱体外的四周设置有天线输出端口，其内设置有双极化天线阵面，双极化天线阵面的输出端与和差器的输入端连接，和差器的输出端与射频前端的输入端连接。
所述双极化天线阵面设置在印制板上，它包括m个呈阵列排布的双极化天线模块，每个双极化天线模块包括n个呈阵列排布的双极化天线单元；双极化天线单元的水平馈电端口通过水平极化馈电网络连接，垂直馈电端口通过垂直极化馈电网络连接，且水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络排布在不同层。
双极化天线单元包括共面微带线馈电结构和缝隙耦合馈电结构；所述共面微带线馈电结构设置于缝隙耦合馈电结构上方，所述下层发射地板设置于缝隙耦合馈电结构下方。
所述共面微带线馈电结构包括上层辐射贴片、下层辐射贴片和第一馈电微带线；所述第一馈电微带线与下层辐射贴片的一端连接；
上层介质基片位于所述上层馈电基片的上方；在所述上层介质基片和上层馈电基片之间还设置有一空气层，以确保天线较宽的工作带宽和高增益。
所述缝隙耦合馈电结构包括耦合缝隙和第二馈电微带线；所述耦合缝隙设置在上层反射地板上，所述第二馈电微带线设置在下层馈电基片上；
所述上层反射地板设置在所述上层馈电基片和所述下层馈电基片之间；所述下层馈电基片设置在所述上层反射地板和所述下层反射地板之间。
双极化天线模块中每两个双极化天线单元的第一馈电微带线连接到第一功分器上，每两个第一功分器汇至连接到第一阻抗变换器上，形成水平极化馈电网络；水平极化馈电网络的输出端连接到位于双极化天线阵面箱体上下侧的天线输出端口上。
双极化天线模块中每两个双极化天线单元的第二馈电微带线连接到第二功分器上，每两个第二功分器汇至连接到第二阻抗变换器上，形成垂直极化馈电网络；垂直极化馈电网络的输出端连接到位于双极化天线阵面箱体左右侧的天线输出端口上。
所述和差器包括右旋和差结构、左旋和差结构和多个隔离器；隔离器的一端与所述天线输出端口连接，另一端与右旋和差结构和左旋和差结构连接。
所述右旋和差结构包括第一3db电桥、第三3db电桥、第四3db电桥、第五3db电桥和第六3db电桥；第三3db电桥、第四3db电桥、第五3db电桥和第六3db电桥依次连接成一个环形结构，第一3db电桥与第三3db电桥和第五3db电桥连接；所述第一3db电桥与右旋差波束输出端口连接，所述第三3db电桥与右旋和波束输出端口连接。
所述左旋和差结构包括第二3db电桥、第七3db电桥、第八3db电桥、第九3db电桥和第十3db电桥；第七3db电桥、第八3db电桥、第九3db电桥和第十3db电桥依次连接成一个环形结构，第二3db电桥与第七3db电桥和第九3db电桥连接；所述第二3db电桥与左旋差波束输出端口连接，所述第七3db电桥与左旋和波束输出端口连接。
本实用新型的有益效果是：一种圆极化定向天线，通过双极化天线阵面和3db电桥组成，双极化天线阵面形成正交的两种极化，3db电桥将两种极化移相90°，从而实现左右旋圆极化，最后将和波束和差波束送入射频前端网络进行后续信号处理；双圆极化微带天线阵面采用混合式馈电，用共面微带线馈电与缝隙耦合馈电相结合，解决两个极化端口的馈电网络在同一层、馈线分布排列紧密以及馈网络之间的耦合作用较强等问题，单元的一个端口采用共面微带线馈电，另一个端口采用缝隙耦合馈电。两个不同的极化分布在不同介质层上，组成阵列时，馈电网络也不在同一层上，降低设计难度，同时减少网络之间的相互耦合。
附图说明
图1为本实用新型的结构图；
图2为天线单元的结构图；
图3为垂直极化馈电网络结构图；
图4为水平极化馈电网络结构图；
图5和差器的结构图；
图中，1-上层辐射贴片，2-下层辐射贴片，3-第一馈电微带线，4-上层介质基片，5-上层馈电基片，6-空气层，7-耦合缝隙，8-上层反射地板，9-下层馈电基片，10-第二馈电微带线，11-下层反射地板，12-双极化天线单元，13-垂直极化馈电网络，14-水平极化馈电网络，15-双极化天线模块，16-双极化天线阵面箱体，17-和差器，18-射频前端，19-天线输出端口，20-左旋差波束输出端口，21-右旋差波束输出端口，22-左旋和波束输出端口，23-右旋和波束输出端口，24-右旋和差结构，25-左旋和差结构，26-负载端口，27-第一3db电桥，28-第二3db电桥，29-第三3db电桥，30-第四3db电桥，31-第五3db电桥，32-第六3db电桥，33-第七3db电桥，34-第八3db电桥，35-第九3db电桥，36-第十3db电桥。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种圆极化定向天线，其特征在于：它包括双极化天线阵面箱体16，以及设置在双极化天线阵面箱体16外的和差器17和射频前端18；双极化天线阵面箱体16外的四周设置有天线输出端口19，其内设置有双极化天线阵面，双极化天线阵面的输出端与和差器17的输入端连接，和差器17的输出端与射频前端18的输入端连接。
所述双极化天线阵面设置在印制板上，它包括4个呈阵列排布的双极化天线模块15，每个双极化天线模块15包括4个呈阵列排布的双极化天线单元12；双极化天线单元12的水平馈电端口通过水平极化馈电网络14连接，垂直馈电端口通过垂直极化馈电网络13连接，且水平极化馈电网络14和垂直极化馈电网络13排布在不同介质层。
如图2所示，双极化天线单元12包括共面微带线馈电结构和缝隙耦合馈电结构；所述共面微带线馈电结构设置于缝隙耦合馈电结构上方，所述下层发射地板11设置于缝隙耦合馈电结构下方。
所述共面微带线馈电结构包括上层辐射贴片1、下层辐射贴片2和第一馈电微带线3；所述第一馈电微带线3与下层辐射贴片2的一端连接；
上层介质基片4位于所述上层馈电基片5的上方；在所述上层介质基片4和上层馈电基片5之间还设置有一空气层6，以确保天线较宽的工作带宽和高增益。
所述缝隙耦合馈电结构包括耦合缝隙7和第二馈电微带线10；所述耦合缝隙7设置在上层反射地板8上，所述第二馈电微带线10设置在下层馈电基片9上；
所述上层反射地板8设置在所述上层馈电基片5和所述下层馈电基片9之间；所述下层馈电基片9设置在所述上层反射地板8和所述下层反射地板11之间。
进一步地，耦合缝隙7为h形耦合缝隙，第二馈电微带线10设置在h形耦合缝隙的中心对称线位置上。第一馈电微带线3与第二馈电微带线10之间呈90°；第一馈电微带线3和第二馈电微带线10分别连接不同的端口，两个端口的隔离度大于25db，交叉极化大于20db。
进一步地，设计的天线要实现宽带圆极化，考虑到天线的工作频带，选择两层辐射贴片中间夹空气层的方法实现宽带辐射，把一水平极化馈电网络布置在下层辐射贴片同层，并在下层贴片的地板上上开有一个“h”形缝隙，通过50ω微带线馈电实现垂直极化激励。
通过优化下层辐射贴片2的尺寸及空气层6的厚度，可以确定一个最佳的口径耦合水平极化天线，实现第一馈电微带线3的良好匹配。水平极化天线优化设计完成后，通过优化“h”形缝隙的尺寸和第二馈电微带线10短路支线的长度，可实现垂直极化的最优宽带激励尺寸和最佳增益设计。
如图3-图4所示，双极化天线模块15中每两个双极化天线单元12的第一馈电微带线3连接到第一功分器上，每两个第一功分器汇至连接到第一阻抗变换器上，形成水平极化馈电网络14；水平极化馈电网络14的输出端连接到位于双极化天线阵面箱体16上下侧的天线输出端口19上。
双极化天线模块15中每两个双极化天线单元12的第二馈电微带线3连接到第二功分器上，每两个第二功分器汇至连接到第二阻抗变换器上，形成垂直极化馈电网络13；垂直极化馈电网络13的输出端连接到位于双极化天线阵面箱体16左右侧的天线输出端口19上。
进一步地，阵列天线中每两个双极化天线单元12的50ω阻抗通过一分二功分器汇至主端口，并联成形成25ω阻抗，通过1/4导波波长阻抗变换器，变换为50ω，同理，下一个的双极化天线模块15也通过同样特性阻抗和长度的阻抗变换器进行阻抗变换，最终在输出端口为50ω匹配。垂直极化馈电网络13的工作原理同水平极化馈电网络14。
如图5所示，所述和差器包括右旋和差结构24、左旋和差结构25和多个隔离器；隔离器的一端与所述天线输出端口19连接，另一端与右旋和差结构24和左旋和差结构25连接。
进一步地，隔离器一共有4个，每个隔离器皆为90°3db电桥，都连接两个天线输出端口19。通过在和差器的信号输入接口连接隔离器，以实现电桥输出端口的隔离度。
所述右旋和差结构包括第一3db电桥27、第三3db电桥29、第四3db电桥30、第五3db电桥31和第六3db电桥32；第三3db电桥29、第四3db电桥30、第五3db电桥31和第六3db电桥32依次连接成一个环形结构，第一3db电桥27与第三3db电桥29和第五3db电桥31连接；所述第一3db电桥27与右旋差波束输出端口21连接，所述第三3db电桥29与右旋和波束输出端口23连接。
所述左旋和差结构包括第二3db电桥28、第七3db电桥33、第八3db电桥34、第九3db电桥35和第十3db电桥36；第七3db电桥33、第八3db电桥34、第九3db电桥35和第十3db电桥36依次连接成一个环形结构，第二3db电桥28与第七3db电桥33和第九3db电桥35连接；所述第二3db电桥28与左旋差波束输出端口20连接，所述第七3db电桥33与左旋和波束输出端口22连接。
进一步地，第一3db电桥27和第二3db电桥28为90°的3db电桥，第三3db电桥29、第四3db电桥30、第五3db电桥31、第六3db电桥32、第七3db电桥33、第八3db电桥34、第九3db电桥35和第十3db电桥36为为180°的3db电桥；且第五3db电桥31和第九3db电桥19与负载端口26连接。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
1.一种圆极化定向天线，其特征在于：它包括双极化天线阵面箱体（16），以及设置在双极化天线阵面箱体（16）外的和差器（17）和射频前端（18）；双极化天线阵面箱体（16）外的四周设置有天线输出端口（19），其内设置有双极化天线阵面，双极化天线阵面的输出端与和差器（17）的输入端连接，和差器（17）的输出端与射频前端（18）的输入端连接；
双极化天线单元（12）包括共面微带线馈电结构和缝隙耦合馈电结构；所述共面微带线馈电结构设置于缝隙耦合馈电结构上方，下层反射地板（11）设置于缝隙耦合馈电结构下方；
所述共面微带线馈电结构包括上层辐射贴片（1）、下层辐射贴片（2）和第一馈电微带线（3）；所述第一馈电微带线（3）与下层辐射贴片（2）的一端连接；
所述共面微带线馈电结构还包括上层介质基片（4）和上层馈电基片（5），上层介质基片（4）位于所述上层馈电基片（5）的上方；在所述上层介质基片（4）和上层馈电基片（5）之间还设置有一空气层（6），以确保天线较宽的工作带宽和高增益；
所述缝隙耦合馈电结构包括耦合缝隙（7）和第二馈电微带线（10）；所述耦合缝隙（7）设置在上层反射地板（8）上，所述第二馈电微带线（10）设置在下层馈电基片（9）上；
所述上层反射地板（8）设置在所述上层馈电基片（5）和所述下层馈电基片（9）之间；所述下层馈电基片（9）设置在所述上层反射地板（8）和所述下层反射地板（11）之间。
2.根据权利要求1所述的一种圆极化定向天线，其特征在于：所述双极化天线阵面设置在印制板上，它包括m个呈阵列排布的双极化天线模块（15），每个双极化天线模块（15）包括n个呈阵列排布的双极化天线单元（12）；双极化天线单元（12）的水平馈电端口通过水平极化馈电网络（14）连接，垂直馈电端口通过垂直极化馈电网络（13）连接，且水平极化馈电网络（14）和垂直极化馈电网络（13）排布在不同介质层。
3.根据权利要求2所述的一种圆极化定向天线，其特征在于：双极化天线模块（15）中每两个双极化天线单元（12）的第一馈电微带线（3）连接到第一功分器上，每两个第一功分器汇至连接到第一阻抗变换器上，形成水平极化馈电网络（14）；水平极化馈电网络（14）的输出端连接到位于双极化天线阵面箱体（16）上下侧的天线输出端口（19）上。
4.根据权利要求3所述的一种圆极化定向天线，其特征在于：双极化天线模块（15）中每两个双极化天线单元（12）的第二馈电微带线（10）连接到第二功分器上，每两个第二功分器汇至连接到第二阻抗变换器上，形成垂直极化馈电网络（13）；垂直极化馈电网络（13）的输出端连接到位于双极化天线阵面箱体（16）左右侧的天线输出端口（19）上。
5.根据权利要求1所述的一种圆极化定向天线，其特征在于：所述和差器包括右旋和差结构（24）、左旋和差结构（25）和多个隔离器；隔离器的一端与所述天线输出端口（19）连接，另一端与右旋和差结构（24）和左旋和差结构（25）连接。
6.根据权利要求5所述的一种圆极化定向天线，其特征在于：所述右旋和差结构包括第一3db电桥（27）、第三3db电桥（29）、第四3db电桥（30）、第五3db电桥（31）和第六3db电桥（32）；第三3db电桥（29）、第四3db电桥（30）、第五3db电桥（31）和第六3db电桥（32）依次连接成一个环形结构，第一3db电桥（27）与第三3db电桥（29）和第五3db电桥（31）连接；所述第一3db电桥（27）与右旋差波束输出端口（21）连接，所述第三3db电桥（29）与右旋和波束输出端口（23）连接。
7.根据权利要求6所述的一种圆极化定向天线，其特征在于：所述左旋和差结构包括第二3db电桥（28）、第七3db电桥（33）、第八3db电桥（34）、第九3db电桥（35）和第十3db电桥（36）；第七3db电桥（33）、第八3db电桥（34）、第九3db电桥（35）和第十3db电桥（36）依次连接成一个环形结构，第二3db电桥（28）与第七3db电桥（33）和第九3db电桥（35）连接；所述第二3db电桥（28）与左旋差波束输出端口（20）连接，所述第七3db电桥（33）与左旋和波束输出端口（22）连接。
技术总结