CN102812596A - 圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于小尺寸通信模块和终端的小型、超轻圆极化天线，该天线使用同轴连接器和串行功率分配器，且包括上印刷电路板，所述上印刷电路板具有多个以固定间隔设置的水平单极辐射元件；下印刷电路板，所述下印刷电路板与所述上印刷电路板间隔固定距离且具有与所述上印刷电路板匹配的构造以及形成在所述下印刷电路板上的馈电网络；和多个同轴连接器，每个所述同轴连接器将所述上印刷电路板上的每个所述水平单极辐射元件电连接至所述下印刷电路板上的所述馈电网络。

Description

圆极化天线
技术领域
本发明涉及圆极化天线，特别是涉及一种小型化、超轻型且具有适用于小尺寸通信模块和终端的极佳特性的圆极化天线。
背景技术
目前，卫星广播、通信和互联网产业作为二十一世纪以信息为导向的社会的核心媒体而蓬勃发展。始于卫星天线的卫星广播设备已经得到了发展。
特别是，这种发展在GPS(全球定位系统)和DMB(数字多媒体广播)领域已经非常突出。
而且，由于半导体和通信技术，所述设备变得更小和更轻，从而所述设备不仅应用于汽车而且应用于PDA(个人数字助理)中的GPS和DMB接收功能的应用范围更广已成为趋势。除了卫星通信领域，RFID(射频识别)领域也是促进无处不在的网络社会的核心领域。应用于RFID系统的多个标签天线和读写器天线需要高效率和高性能。
为了使天线从卫星接受高品质信息，或者使RFID系统在标签和读写器之间传输精准信息，天线或者RFID系统需要符合许多要求，如圆极化特性、大波束宽度、高前后比、由接地和端子的位置和形状引起的性能变化的最小化等。
用于实现小尺寸的圆极化天线的相关现有方法是给金属方形贴片天线的贴片的合适位置供给电源，所述贴片被切掉一个角且通过同轴线探针固定到高介电陶瓷片上。
通常，这种结构具有广阔的应用，并且能够通过控制陶瓷片的介电常数来实现不同尺寸的天线。
陶瓷天线的缺点是相对于片体本身的密度而言质量过重，带宽太小，并且如果介电常数高，则在制备工序中需要对天线进行单独调整。
为了解决上述问题，通常需要两个或四个适当排列的辐射元件以及用于实现圆极化特性的馈电网络。当实现馈电网络以实现天线圆极化时，需要功率分配器和正交混合电路，这将需要额外空间，从而导致整个结构变大。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，本发明的一个目的在于提出一种使用小尺寸水平单极辐射元件、为辐射元件供电的同轴连接器和串行功率分配器的圆极化天线。
本发明的另一个目的在于提出一种小型化、超轻型且具有适用于小尺寸通信模块和终端的极佳特性的圆极化天线。
技术解决方案
为了达到本发明的这些目的和其他优点，根据本发明的目的，在此实施和广泛的方式描述一种圆极化天线，包括：上印刷电路板，所述上印刷电路板具有多个以固定间隔设置的水平单极辐射元件；下印刷电路板，所述下印刷电路板与所述上印刷电路板间隔固定距离以具有与所述上印刷电路板匹配的构造和形成在所述下印刷电路板上的馈电网络；和多个同轴连接器，每个所述同轴连接器将设在所述上印刷电路板上的每个所述水平单极辐射元件电连接至所述下印刷电路板上的所述馈电网络。
有益效果
本发明的圆极化天线具有如下优点。
首先，本发明的天线由于同轴连接器具有机械刚性结构，所述同轴连接器将具有形成在其上的多个水平单极辐射元件的上印刷电路板连接至具有形成在其上的馈电网络的下印刷电路板。
其次，便携式通信终端因为比现有陶瓷片更轻进而极大减轻了质量。
最后，即使在小型化、轻型化天线的构造的限制下，天线仍然能够表现出具有良好的增益、轴比和带宽特性。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的圆极化天线的立体图；
图2和图3分别是图1中上印刷电路板和下印刷电路板的平面图；
图4是图3中下印刷电路板背面的后视图；
图5是图1中同轴连接器的立体图；
图6至图8分别是根据本发明优选实施例的圆极化天线的反射系数、俯仰方向图和垂直方向轴比特性的曲线图。
最佳实施例
下面参考附图来详细描述根据本发明优选实施例的圆极化天线。
图1是根据本发明优选实施例的圆极化天线的立体图，图2和图3分别是图1中上印刷电路板和下印刷电路板的平面图，图4是图3中下印刷电路板背面的后视图，图5是图1中同轴连接器的立体图，图6至图8分别是根据本发明优选实施例的圆极化天线的反射系数、俯仰方向图和垂直方向轴比的特征的曲线图。
如图1所示，圆极化天线包括具有以固定间隔沿边缘布置的多个水平单极辐射元件110的上印刷电路板100，下印刷电路板200，下印刷电路板200与上印刷电路板100间隔固定距离以具有与上印刷电路板100匹配的构造和形成在下印刷电路板200上的馈电网络210，以及多个同轴连接器300，每个同轴连接器300将上印刷电路板100上的每个水平单极辐射元件110电连接至下印刷电路板300上的馈电网络210。
在此示例中，如图2所示，上印刷电路板100为正方形且具有多个以固定间隔沿边缘设置的水平单极辐射元件110。
在实现每个水平单极辐射元件110中，考虑天线的圆极化特性和尺寸，多个水平单极辐射元件110布置在上印刷电路板100的边缘处。
每个水平单极辐射元件110具有一侧末端和端部，所述一侧末端具有形成在其上、用于阻抗匹配的短接点120，所述端部邻近短接点120且具有形成在其上的馈电点130。
参考图2，为了使每个水平单极辐射元件110的尺寸更小，尽管可以采用曲折状，但是本发明建议采用包括直线形的不同形状的水平单极辐射元件110。
每个水平单极辐射元件110具有相同的形状。除此之外，尽管本实施例描述的每个水平单极辐射元件110具有矩形结构且沿四个边形成，水平单极辐射元件110不限于此，水平单极辐射元件110可以以固定间隔布置在圆形或多边形结构上。
如图3和图4所示，下印刷电路板200具有适合最小化的串行馈电类型的馈电网络210，馈电网络210具有一个输入端口211和四个输出端口212。
馈电网络210被构造成供给具有相同幅值且分别与形成在所述上印刷电路板100上的每个水平单极辐射元件110具有90度顺序相差的信号。
在本示例中，输入端口211位于下印刷电路板200的中心，且每个输出端口212位于围绕输入端口211的下印刷电路板200的角部。
在天线安装到小尺寸通信模块和终端上时，输入端口211为直接连接至同轴电缆的部分，而输出端口212分别为连接至用于给辐射元件馈电的同轴连接器300的部分。
从位于中心处的输入端口211馈送的电被分配至多个输出端口212，这样电量相同且具有顺序90度相位差。
下印刷电路板200具有沿边缘安装的窄金属带220和围绕每个输出端口212形成的多个同轴连接器紧固孔218，金属带220具有形成在其内的多个通孔219。金属带220和通孔219设置为用于从下印刷电路板200的角部抑制在下印刷电路板200上可激发的表面波的辐射。
馈电网络210具有串行馈电型传输线213、214、215和216，传输线213、214、215和216具有彼此不同的阻抗。传输线213、214、215和216以及输出端口212分别与具有相同阻抗的支线217相连。
通过具有彼此不同阻抗的传输线213、214、215和216的平行结构和分别连接到输出端口212的支线217，从输入端口211馈入的电被分成相同的量。
为了用于连接水平单极辐射元件的同轴连接器300，支线217具有彼此相同的特性阻抗。
传输线213、214、215和216的长度使得在输出端口212处具有顺序90度相位差。
为了天线小型化，每条传输线213、214、215和216可以实施为具有曲折状结构。
同轴连接器300用于分别将位于上印刷电路板100上的水平单极辐射元件110的馈电点130连接至下印刷电路板200上的输出端口212，并且同时由此还用作机械连接。
如图5所示，同轴连接器300包括穿过中心部分且突出相对侧的内芯310和320，围绕着内芯310和320的圆筒形特氟纶介电件(圆筒形聚四氟乙烯介电件)330，围绕着特氟纶介电件330的圆筒形外导体340，分别位于外导体340顶部和底部的上导体350和下导体360，上导体350和下导体360中的每一个均具有面积比外导体340大的方形形状、从上导体350的一个角部突出的阻抗匹配的短接引脚370、以及从下导体360的角部突出的多个板紧固引脚370。
本示例中，外导体340、上导体350、下导体360、阻抗匹配短接引脚370和板紧固引脚370成型为一体。
同轴连接器300的内芯310和320中，向上延伸的内芯310通过焊接与上印刷电路板100上的每个水平单极辐射元件110的馈电点130相连。
同时，阻抗匹配是通过将上导体350上的阻抗匹配短接引脚370通过焊接电连接到每个水平单极辐射元件110的短接点120实现的。
另外，通过焊接分别将输出端口212连接至内芯310和320的向下延伸的内芯320，以及分别将多个位于下导体360上的支撑引脚380置于紧固孔218内并进行焊接，下印刷电路板200与同轴连接器300相连。本示例中，维持合适的空间以便下导体360与支线217不接触。
图6至图8分别是根据本发明优选实施例的圆极化天线的反射系数、俯仰方向图和俯仰方向轴比特性的曲线图。构造为一个示例的天线的尺寸具有宽×长×高为0.18×0.18×0.04的波长，最大3dBic增益的特性，轴比低于3dB，且带宽为2.3％。
如果一个天线大于构造为本发明一个示例的天线，该天线可以具有最大增益和带宽增加的效果，并且轴比与天线的尺寸成比例减小。
本发明的圆极化天线能够具有小型化、超轻型的特点且在小尺寸通信模块和终端中具有良好安装效果。
同时，对于本领域的技术人员显而易见的是在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以进行各种修改和变化。

Claims (23)

1.一种圆极化天线，其特征在于，包括：
上印刷电路板，所述上印刷电路板具有多个以固定间隔设置的水平单极辐射元件；
下印刷电路板，所述下印刷电路板与所述上印刷电路板间隔固定距离且具有与所述上印刷电路板匹配的构造以及形成在所述下印刷电路板上的馈电网络；和
多个同轴连接器，每个所述同轴连接器将所述上印刷电路板上的每个所述水平单极辐射元件电连接至所述下印刷电路板上的所述馈电网络。
2.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，每个所述水平单极辐射元件沿所述上印刷电路板的边缘设置。
3.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，每个所述水平单极辐射元件以90度间隔设置。
4.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，每个所述水平单极辐射元件具有一侧末端和端部，所述一侧末端具有形成在其上的短接点，所述端部邻近所述短接点且具有形成在其上的馈电点。
5.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，所述同轴连接器将所述馈电网络连接至所述水平单极辐射元件且用于阻抗匹配。
6.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，考虑天线的圆极化和尺寸的实施，每个所述水平单极辐射元件布置四个水平单极辐射元件。
7.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，所述馈电网络为串行馈电网络。
8.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，所述馈电网络包括一个输入端口和多个输出端口。
9.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，所述馈电网络将相同的电量以90°顺序相差馈送到每个所述水平单极辐射元件。
10.根据权利要求8所述的圆极化电线，其特征在于，在所述输入端口安装到通信装置内时所述输入端口为将被直接连接至同轴电缆的部分，而所述输出端口则分别为连接至所述同轴连接器的部分。
11.根据权利要求7所述的圆极化电线，其特征在于，所述馈电网络具有多个串行馈电型传输线，所述多个串行馈电型传输线具有彼此不同的阻抗。
12.根据权利要求11所述的圆极化电线，其特征在于，所述传输线和所述输出端口分别连接至具有相同阻抗的支线。
13.根据权利要求12所述的圆极化电线，其特征在于，通过具有彼此不同的阻抗的所述传输线的平行结构和分别连接到所述输出端口的所述支线，从所述输入端口馈送的电被分成相同的量。
14.根据权利要求12所述的圆极化电线，其特征在于，所述支线分别具有彼此相同的特性阻抗，以用于将所述支线分别连接至所述水平单极辐射元件上的所述同轴连接器的应用。
15.根据权利要求11所述的圆极化电线，其特征在于，所述传输线的长度使得在所述输出端口处具有90°顺序相位差。
16.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，所述同轴连接器包括：
内芯，所述内芯穿过中心部分且突出超出相对侧；
围绕所述内芯的圆筒形特氟纶介电件；
围绕所述特氟纶介电件的圆筒形外导体；
上导体和下导体，所述上导体和下导体分别位于所述外导体的顶部和底部；
阻抗匹配的短接引脚，所述短接引脚从所述上导体的一个角部突出；和
多个板紧固引脚，所述多个板紧固引脚从所述下导体的除一个角部之外的角部突出。
17.根据权利要求16所述的圆极化电线，其特征在于，所述外导体、上导体、下导体、阻抗匹配短接引脚和板紧固引脚成型为一体。
18.根据权利要求16所述的圆极化电线，其特征在于，每个所述水平单极辐射元件的所述馈电点连接到所述同轴连接器的所述内芯上，并且通过将所述上导体上的阻抗匹配短接引脚电连接到每个所述水平单极辐射元件的端处的所述短接点上实现阻抗匹配。
19.根据权利要求16所述的圆极化电线，其特征在于，所述同轴连接器的内芯中，向上突出的内芯通过焊接与所述上印刷电路板上的每个所述水平单极辐射元件的所述馈电点相连。
20.根据权利要求16所述的圆极化电线，其特征在于，所述同轴连接器上的所述阻抗匹配短接引脚通过焊接连接到所述水平单极辐射元件上的短接点。
21.根据权利要求16所述的圆极化电线，其特征在于，当通过焊接分别将所述输出端口连接至向下突出的所述内芯时，所述下印刷电路板与每个所述同轴连接器相连。
22.根据权利要求16所述的圆极化电线，其特征在于，形成在所述下导体上的多个支撑引脚置于所述下印刷电路板上的紧固孔内且被进行了焊接。
23.根据权利要求1所述的圆极化电线，其特征在于，所述每个水平单极辐射元件为矩形、圆形或多边形。
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