CN101950859B - 一种缝隙馈电的高隔离双极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缝隙馈电的高隔离双极化微带天线，包括第一层介质板和设置在第一层介质板下方的第二层介质板及第三层介质板，所述第一层介质板的下表面设有辐射贴片，所述第二层介质板和第三层介质板通过公共金属层固联为一体，所述公共金属层上设有准十字形缝，所述第二层介质板的上表面及第三层介质板的下表面设有第一馈电结构及第二馈电结构，所述第一馈电结构及第二馈电结构在公共金属层上投影的对称轴分别与水平缝隙长度方向的对称轴及垂直缝隙长度方向的对称轴相重合。本发明的双极化天线能极大地提高双极化天线两正交极化场之间的隔离度，具有广泛的适用性和灵活性。

Description

一种缝隙馈电的高隔离双极化微带天线

技术领域

本发明涉及的是一种微带天线，具体涉及的是一种缝隙馈电的高隔离双极化微带天线。

背景技术

近年来，无线通信技术得到了快速发展，各种无线通信体制不断涌现，无线电频谱越来越拥挤，为充分利用频谱资源，双极化天线受到了广泛的重视。同时，在MIMO通信系统中，使用双极化天线具有在小尺寸内实现2×2的MIMO信道、增加MIMO信道间的独立性、获得最高的极化分集增益、提高数据率和减低误码率的优点，因此双极化天线成为高速数据通信系统中一种重要的天线技术。不论是用双极化天线提高频谱利用率还是改善MIMO信道质量，都需要有高的极化隔离度，因此如何提高极化隔离度成为双极化天线的重要研究内容之一。

目前已有的提高双极化微带天线隔离度的技术主要有对称十字缝馈电、T形缝馈电、探针/边缘混合馈电等，但这些技术通常只能获得大约-35～-40dB的隔离，很难获得更高的隔离。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种能提高两正交极化场之间隔离度的缝隙馈电的高隔离双极化微带天线，既可单独作为双极化天线使用，也可用于构成圆极化天线，或作为基本辐射单元构成双极化天线系统，具有广泛的适用性和灵活性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明包括第一层介质板和设置在第一层介质板下方的第二层介质板及第三层介质板，第一层介质板的下表面设有辐射贴片，第二层介质板和第三层介质板通过公共金属层固联为一体，公共金属层作为第一馈电结构和第二馈电结构的公共地面，公共金属层上设有十字缝，十字缝包括水平缝隙及垂直缝隙，十字缝的中心断开，形成准十字形缝，第二层介质板的上表面及第三层介质板的下表面设有第一馈电结构及第二馈电结构，第一馈电结构及第二馈电结构在公共金属层上投影的对称轴分别与水平缝隙长度方向的对称轴及垂直缝隙长度方向的对称轴相重合。从而提高了天线辐射场的极化纯度以及能够极大地提高两个正交极化场之间的隔离度。

上述第一馈电结构包括第一馈电端口和通过第一分支分出的两条对称的第一微带线及第二微带线；第二馈电结构包括第二馈电端口和通过第二分支分出的两条对称的第三微带线及第四微带线；第一微带线、第二微带线、第三微带线及第四微带线的末端分别呈凹字形，且在公共金属层上投影的开口方向朝向准十字形缝的中心，使馈电结构的其它部分尽量远离辐射贴片的辐射边，减小了辐射贴片上一个极化场分量与激励另一个极化场的馈电结构之间的耦合，进一步提高了两正交极化场之间的隔离度。

上述辐射贴片位于准十字缝的正上方。

上述的辐射贴片为方形。

上述辐射贴片、第一馈电结构、第二馈电结构和公共金属层上的准十字缝分别通过敷铜印刷工艺(PCB工艺)制成。

本发明与现有的中心相连的十字缝相比，激励一个极化场的缝隙被分成两个不相连的缝隙，提高了由缝隙激励起的辐射贴片上的极化电流线性度，从而提高了天线辐射场的极化纯度，同时，断开的十字缝降低了两个正交极化场在十字中心相连处的耦合，因此，以本发明的方法激励起两正交极化辐射电场时，能极大地提高两个正交极化电场之间隔离度，在工作频带频率范围内实现了大于50dB的隔离度；与现有的T形缝激励起的双极化天线相比，由于本发明具有对称的馈电结构，因此可以获得很高的极化隔离度，与两种不同馈电方式实现的组合馈电方法相比，如边馈加探针馈的方法，本发明具有结构简单，易于实现的优点，且组合馈电的方法虽能通过减小馈电结构之间的耦合改善隔离度，但这些方法激励起的辐射贴片上的电流线性度达不到本发明方案所能达到的电流线性度水平，故仍不能达到本发明所达到的隔离度；本发明馈电结构与缝隙交叠处附近，也就是在馈电结构激励缝隙处的附近，本发明的馈电结构设计成凹字形，使位于辐射贴片下方的馈电结构的其它部分尽量远离辐射贴片的辐射边，减小了辐射贴片上一个极化场分量与激励另一个极化场的馈电结构之间的耦合，进一步提高了两正交极化场之间的隔离度；且本发明结构简单、易于制造，由于极化纯度高，使得辐射效率较一般天线的高，因而有较高的单元增益，实测天线单元增益的典型值大于9dBi，特别适合在无线通信系统中使用，既可单独作为双极化天线使用，也可用于构成圆极化天线，或作为基本辐射单元构成双极化天线系统，具有广泛的适用性和灵活性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的展开图；

图4是本发明馈电端口反射损耗测试结果；

图5是本发明馈电端口隔离的仿真与测试结果；

图6是本发明的辐射方向图的测试结果。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1、图2和图3，本发明包括第一层介质板1、第二层介质板2和第三层介质板3，且第一层介质板1的介电常数为2.65，厚度为1毫米，第二层介质板2和第三层介质板3的介电常数均为2.2，厚度均为0.508毫米。第二层介质板2通过公共金属层7将第三层介质板3与第二层介质板2紧密地贴合在一起，第一层介质板1在第二层介质板2上方高度为H处，在第一层介质板1上用单层敷铜印刷形成方形的辐射贴片4，在公共金属层7上开有十字缝，包括水平缝隙和垂直缝隙，其中水平缝隙包括第三缝隙73和第四缝隙74，垂直缝隙包括第一缝隙71和第二缝隙72，四条缝隙在中心处不相交，即形成准十字形缝，准十字形缝也用单层敷铜印刷形成，辐射贴片4位于准十字形缝的正上方。

本发明将激励一个极化场的缝隙分成两个不相连的缝隙，两个缝隙的激励提高了由一个缝隙激励起的辐射贴片4上的极化电流线性度，从而提高了天线辐射场的极化纯度，同时，断开的十字缝降低了十字中心相连处两正交极化电场之间的耦合，因此，以本发明的方法激励起的两正交极化电场之间的隔离度可以大大地提高，在工作频率范围内实现了隔离大于50dB的隔离度。

在第二层介质板2的上表面用敷铜印刷的方法形成第一馈电结构5，第一馈电结构5包括第一馈电端口51和通过T形第一分支5t分出的两条对称的第一微带线5a和第二微带线5b；在第三层介质板3的下表面用敷铜印刷的方法形成第二馈电结构6，第二馈电结构6包括第二馈电端口61和通过T形第二分支6t分出的两条对称的第三微带线6a和第四微带线6b，公共金属层7作为第一馈电结构5和第二馈电结构6的公共地面。并且第一馈电结构5在公共金属层7上投影的对称轴与第三缝隙73及第四缝隙74的长度方向的对称轴相重合，第二馈电结构6在公共金属层7上投影的对称轴与第一缝隙71及第二缝隙72的长度方向的对称轴相重合。

本发明具有对称的馈电结构，因此可以获得很高的极化隔离度。与两种不同馈电方式实现的组合馈电方法相比，如边馈加探针馈的方法相比，本发明的方法具有结构简单，易于实现的优点，且组合馈电的方法虽能通过减小馈电结构之间的耦合改善隔离度，但激励起的辐射贴片4上的电流线性度达不到本发明方案所能达到的极化电流线性度水平，故仍不能达到本发明所达到的隔离度。

第一微带线5a、第二微带线5b、第三微带线6a及第四微带线6b的末端即在馈电结构激励缝隙处的附近分别呈凹字形，且在公共金属层7上投影的开口方向朝向准十字形缝的中心。末端做成凹字形，使得不在缝隙附近的馈电结构的其它部分远离辐射贴片4的辐射边缘，减小了辐射贴片4上一个极化场分量与激励另一个极化场的馈电结构之间的耦合，进一步提高了两极化之间的隔离度。

由第一馈电端口51激励，经T形第一分支5t分成两路后分别激励开于公共金属层7上的第一缝隙71和第二缝隙72，激励起天线的一个工作极化场，使得第一微带线5a和第二微带线5b的馈电能量通过公共金属层7上的第一缝隙71和第二缝隙72以电磁波形式传递到第一层介质板1上的辐射贴片4上；由第二馈电端口61激励，经T形第二分支6t分成两路后分别激励开于公共金属层7上的第三缝隙73和第四缝隙74，激励起与前一个工作极化场正交的另一个工作极化场，使得第三微带线6a和第四微带线6b的馈电能量通过公共金属层7上的第三缝隙73和第四缝隙74以电磁波形式传递到第一层介质板1上的辐射贴片4上。

本实施例中，用本发明的方法设计了双极化天线，所设计的天线工作于3.4～3.6GHz，并按设计结果实际制作了一个天线。经实际测试，得出天线的两个馈电端口的输入端反射损耗S11、S22在3.3～3.8GHz频率范围内小于-10dB，如图4所示，对应的输入电压驻波比VSWR＜2的相对工作带宽＞14％。在3～4GHz频率范围内，天线的两个正交极化的馈电端口处测得的隔离(S21)达到了-50dB以下(隔离度＞50dB)，如图5所示。在所需要的工作频率3.4～3.6GHz频带范围内，实测的天线增益为8.98～9.32dB，图6为实测的实施例天线两个极化的E面、H面辐射方向图。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种缝隙馈电的高隔离双极化微带天线，包括第一层介质板（1）和设置在第一层介质板（1）下方的第二层介质板（2）及第三层介质板（3），所述第一层介质板（1）的下表面设有辐射贴片（4），所述第二层介质板（2）和第三层介质板（3）通过公共金属层(7)固联为一体，所述公共金属层(7)上设有十字缝，所述十字缝包括水平缝隙及垂直缝隙，其特征在于，所述十字缝的中心断开，形成准十字形缝，所述第二层介质板（2）的上表面及第三层介质板（3）的下表面设有第一馈电结构（5）及第二馈电结构(6)，所述第一馈电结构（5）及第二馈电结构(6)在公共金属层(7)上投影的对称轴分别与水平缝隙长度方向的对称轴及垂直缝隙长度方向的对称轴相重合；所述第一馈电结构（5）包括第一馈电端口（51）和通过第一分支(5t)分出的两条对称的第一微带线(5a)及第二微带线(5b)；所述第二馈电结构(6)包括第二馈电端口(61)和通过第二分支(6t)分出的两条对称的第三微带线(6a)及第四微带线(6b)；所述第一微带线(5a)、第二微带线(5b)、第三微带线(6a)及第四微带线(6b)的末端分别呈凹字形。

2.根据权利要求1所述的缝隙馈电的高隔离双极化微带天线，其特征在于，所述辐射贴片（4）位于准十字形缝的正上方。

3.根据权利要求1或2所述的缝隙馈电的高隔离双极化微带天线，其特征在于，所述的辐射贴片（4）为方形。

4.根据权利要求3所述的缝隙馈电的高隔离双极化微带天线，其特征在于，所述辐射贴片（4）、第一馈电结构（5）、第二馈电结构(6)和准十字形缝均通过敷铜印刷工艺制成。

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