CN102097678A - 单点馈电双频圆极化混合天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了单点馈电双频圆极化混合天线，其主体为一个金属腔体，天线主体为一个金属腔体，腔体上刻有带状辐射缝隙，带状缝隙在斜对称位置处有两个凹起的缝隙加载，腔体上方有一个介质谐振器，介质谐振器下方有两个正交不等长矩形耦合缝隙激励其圆极化场，腔体内置一个L型探针，腔体缝隙天线谐振频率直接和其尺寸相关，而介质谐振器天线谐振频率跟其尺寸及介质材料的介电常数相关，所以双频天线的两个频段可以分别独立由腔体缝隙及介质谐振器决定，且相互干扰很小。
Description
[技术领域]
本发明属于移动通信基站和终端天线领域，具体涉及一种单点馈电双频圆极化混合天线。
[技术背景]
当代移动通讯的迅速发展，特别是卫星通讯等领域，对圆极化天线的需求越来越多。通常最多的圆极化天线都是双点或多点馈电，利用各点间的相差来产生圆极化场，这种办法需要较多的平面空间放置馈电网络，不利于很多对平面面积有严格要求的应用场合。
目前单点馈电的圆极化天线很多，天线形式包括微带天线、缝隙天线、螺旋天线及介质谐振器天线等。然而这些天线大都只是工作在一个频段，单点馈电同时又能工作在双频段上的圆极化天线则要少很多。
通常单点馈电双频圆极化天线都采用同时激励天线两个不同模式的办法，如G.B.Hsieh，M.H.Chen和K.L.Wong在《Single-feed dual-band circularly polarised microstrip antenna》(Electron.Lett.，vol.34，no.12，pp.1170-1171，Jun.1998)中提出的双频圆极化微带天线，低频圆极化场由微带天线的一个主模产生，高频段则由微带天线的高次模产生。该技术方案的一个很大缺点是，产生高、低频段的两个模式相互有关联，低频模式谐振频率改变的同时高频模式的谐振频率必然产生变化，这样就不可能自由设计双频圆极化天线的两个不同频段。
[发明内容]
本发明的目的是针对上述技术的缺陷与不足，提出一种单点馈电双频圆极化混合天线，天线两个频段的圆极化场分别由腔体缝隙和介质谐振器得到，两个频段可互不干扰的独立设计。
本发明的目的是这样实现的：
单点馈电双频圆极化混合天线，其主体为一个金属腔体，所述的金属腔体上设有工作于双频中其中一个频段的第一天线和工作于双频中另外一个频段的第二天线，所述的第一天线是腔体缝隙天线，该腔体缝隙天线是设于所述金属腔体上的带状辐射缝隙，所述的第二天线是设于所述金属腔体上方的介质谐振器天线，所述的金属腔体顶端还设有耦合缝隙，所述的介质谐振器天线设于该耦合缝隙的上方，该耦合缝隙激励所述的介质谐振器天线，所述的金属腔体内设有一探针，该探针直接激励所述的带状辐射缝隙，同时通过激励耦合缝隙而间接为介质谐振器天线馈电；所述的带状辐射缝隙下缘金属腔体侧壁上设有两个凹陷的缝隙加载，该两个缝隙加载彼此中心对称设置，所述的耦合缝隙是两个正交且不等长的矩形缝隙。
本技术方案提出一种单点馈电双频圆极化混合天线，适用于双频模式终端设备的信号传输及覆盖。天线主体为一个金属腔体，金属腔体上刻有带状辐射缝隙，带状辐射缝隙在中心对称位置处有两个凹陷的缝隙加载，用以激励带状缝隙的两个正交模式，正交模式在相差90°左右时得到圆极化缝隙天线，工作在双频圆极化天线的一个频段。金属腔体上方有一个介质谐振器，介质谐振器下方有两个正交不等长矩形耦合缝隙激励其圆极化场，使其工作在双频圆极化天线的另一个频段。金属腔体内置一个探针，探针直接激励圆极化腔体缝隙天线，同时通过激励耦合缝隙而间接给圆极化介质谐振器天线馈电，进而形成双频圆极化天线。本发明的有益效果在于：腔体缝隙天线谐振频率直接和其尺寸相关，而介质谐振器天线谐振频率跟其尺寸及介质材料的介电常数相关，所以双频天线的两个频段可以分别独立由腔体缝隙及介质谐振器决定，且相互干扰很小。
作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下：
进一步，上述金属腔体外形呈长方体或正方体。
进一步，上述带状辐射缝隙设于金属腔体的四周。
进一步，上述介质谐振器天线为长方体，并设置于正交的矩形耦合缝隙上，其下表面完全覆盖耦合缝隙。
进一步，上述的缝隙加载为矩形或两个上下叠加贯通的矩形。
进一步，上述介质谐振器为正方体、半椭球体、半球体、锥体或四面体。
进一步，上述的带状辐射缝隙处设有非金属支撑件。
进一步，上述的探针呈L型。
[附图说明]
图1为本发明实施例Y方向的侧视效果图；
图2为本发明实施例X方向的侧视效果图；
图3为本发明实施例的俯视图；
图4为本发明实施例腔体缝隙天线轴比仿真和试验数据；
图5为本发明实施例介质谐振器天线轴比仿真和试验数据；
图6为本发明实施例改变带状辐射缝隙长度后腔体缝隙天线轴比仿真数据；
图7为本发明实施例改变带状辐射缝隙长度后介质谐振器天线轴比仿真数据；
图8为本发明实施例改变介质谐振器介电常数后腔体缝隙天线轴比仿真数据；
图9为本发明实施例改变介质谐振器介电常数后介质谐振器天线轴比仿真数据；
图10为本发明实施例改变介质谐振器尺寸后腔体缝隙天线轴比仿真数据；
图11为本发明实施例改变介质谐振器尺寸后介质谐振器天线轴比仿真数据。
[具体实施方式]
以下结合附图和具体实施案例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明技术方案的限定。
本实施例提出的单点馈电双频圆极化混合天线，天线的两个频段分别由腔体缝隙天线和介质谐振器天线提供，腔体缝隙由凹形缝隙加载产生圆极化场，介质谐振器天线由一对交叉不等长矩形耦合缝隙馈电产生圆极化场，所述腔体缝隙天线和介质谐振器天线由腔体内置的L型探针馈电。
参照图1、2及3所示，金属腔体上刻有带状辐射缝隙2，将金属腔体1分为上下两部分，金属腔体1的上下两部分之间有非金属支撑件7。带状辐射缝隙2下缘金属腔体1侧壁上设有两个凹陷的缝隙加载3，该两个缝隙加载3彼此中心对称设置。缝隙加载3用于激励腔体缝隙天线的圆极化场。
金属腔体1上方刻有一对交叉不等长的矩形耦合缝隙5，用以激励其正上方放置在金属腔体1上介质谐振器4的两个交叉简并模，交叉简并模在相差约90度时可产生介质谐振器天线圆极化场。金属腔体1内置L型探针6，其直接给带状辐射缝隙2馈电，并同时通过耦合缝隙5间接给介质谐振器4馈电。
本实施例的带状辐射缝隙2周长为4*A＝4*33＝132mm＝1.1λ1。λ1为腔体缝隙天线的工作波长。
本实施例的介质谐振器4尺寸为a*b*d＝12.2mm*21.3mm*6.1mm。
本实施例的L型探针6垂直及水平长度分别为：Lv＝24mm，Lh＝18mm。
图4及图5分别为本实施例腔体缝隙天线和介质谐振器天线轴比的仿真和实测数据，结果表明，天线两个频段轴比的试验和仿真值比较吻合，是成功的双频圆极化天线设计。
图6及图7分别为本发明实施例改变带状辐射缝隙长度后腔体缝隙天线及介质谐振器天线的轴比仿真与实测数据，结果表明，带状辐射缝隙长度可直接控制腔体缝隙天线的频率及其轴比，而同时介质谐振器天线频率及其轴比受影响很小。
图8及图9分别为本实施例改变介质谐振器介电常数后腔体缝隙天线及介质谐振器天线的轴比仿真与实测数据，结果表明，介质谐振器介电常数可直接控制介质谐振器天线的频率及其轴比，而同时腔体缝隙天线频率及其轴比只受轻微影响。
图10及图11分别为本发明实施例改变介质谐振器尺寸后腔体缝隙天线及介质谐振器天线的轴比仿真与实测数据，结果表明，介质谐振器尺寸可直接控制介质谐振器天线的频率及其轴比，而同时腔体缝隙天线频率及其轴比受影响相对较小。
需要特别说明的是：如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明结构、装置等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.单点馈电双频圆极化混合天线，其主体为一个金属腔体，其特征在于：所述的金属腔体上设有工作于双频中其中一个频段的第一天线和工作于双频中另外一个频段的第二天线，所述的第一天线是腔体缝隙天线，该腔体缝隙天线是设于所述金属腔体上的带状辐射缝隙，所述的第二天线是设于所述金属腔体上方的介质谐振器天线，所述的金属腔体顶端还设有耦合缝隙，所述的介质谐振器天线设于该耦合缝隙的上方，该耦合缝隙激励所述的介质谐振器天线，所述的金属腔体内设有一探针，该探针直接激励所述的带状辐射缝隙，同时通过激励耦合缝隙而间接为介质谐振器天线馈电；所述的带状辐射缝隙下缘金属腔体侧壁上设有两个凹陷的缝隙加载，该两个缝隙加载彼此中心对称设置，所述的耦合缝隙是两个正交且不等长的矩形缝隙。
2.根据权利要求1所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述金属腔体外形呈长方体或正方体。
3.按照权利要求1所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述带状辐射缝隙设于金属腔体的四周。
4.按照权利要求1所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述介质谐振器天线为长方体，并设置于正交的矩形耦合缝隙上，其下表面完全覆盖耦合缝隙。
5.按照权利要求1所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述的缝隙加载为矩形或两个上下叠加贯通的矩形。
6.按照权利要求1所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述介质谐振器为正方体、半椭球体、半球体、锥体或四面体。
7.根据权利要求3所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述的带状辐射缝隙处设有非金属支撑件。
8.根据权利要求1-7任一项所述的单点馈电双频圆极化混合天线，其特征在于：所述的探针呈L型。
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| CN104466417A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种背腔缝隙天线 |
| CN107078374A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-08-18 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 天线组件及电子装置 |
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