CN103280627A - 一种cpw馈电宽带圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CPW馈电宽带圆极化天线，所述天线包括介质基板，椭圆型槽，共面集成波导馈线，所述椭圆型槽设置在所述介质基板上，所述共面集成波导馈线在所述椭圆型槽中，其中，所述椭圆型槽为两个相互对称结构。本发明实测阻抗带宽为约5.4GHz（相对于中心频率为112.5%），3dB轴比带宽为5.5GHz（相对于中心频率为109%），阻抗和轴比带宽大于目前已公开的单馈圆极化微带缝隙天线，且本发明具有双向辐射特性，分别在＋z和－z方向辐射右旋圆极化波和左旋圆极化波。

Description

一种CPW馈电宽带圆极化天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及无线通信中的一种宽槽圆极化天线设计。
背景技术
圆极化（circular polarization，简称CP）天线在无线通信上的应用一直受到很大关注。目前已经发表很多关于微带天线设计单馈点圆极化天线的文献。然而，这些天线的3dB轴比带宽很窄且小于3%。微带缝隙天线已经克服了这个缺点，因为他们不仅有与微带贴片天线相同的低剖面的优点，而且有较宽的阻抗带宽和3dB轴比带宽。圆极化微带缝隙天线按结构分可以分为两类：环形槽圆极化天线（RSCPA）和宽槽圆极化天线（WSCPA）。根据已发表的文献，WSCPA的3dB轴比带宽要大于RSCPA。然而，WSCPA的尺寸一般稍微大于RSCPA。
由于CPW馈电结构具有低辐射损耗，易于集成有源器件等优点，已经被广泛应用到天线的设计中。最近，已经提出了一些基于共面集成波导的圆极化天线设计，通过改变馈线结构和插入倒L形状的微扰结构，可以大大提高轴比带宽。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种宽槽圆极化天线，所述天线结构包括一个修改了的共面集成波导馈线和在辐射贴片对角线上开的对称的椭圆型槽作为微扰结构。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种CPW馈电宽带圆极化天线，所述天线包括介质基板，椭圆型槽，共面集成波导馈线，所述椭圆型槽设置在所述介质基板上，所述共面集成波导馈线在所述椭圆型槽中，其中，所述椭圆型槽为两个相互对称结构。
需要说明的是，所述两个椭圆型槽为部分重叠设置，所述两个椭圆型槽的圆心连线与所述共面集成波导馈线的夹角为45度。
需要说明的是，所述介质基板相对介电常数为4.4，高度为1.6毫米。
需要说明的是，所述椭圆型槽长轴半径为12毫米。
需要说明的是，所述椭圆型槽长轴与短轴的轴比为1.2。
需要说明的是，所述共面集成波导馈线与所述介质基板的间隙宽度为1毫米。
本发明有益效果在于，本发明实测阻抗带宽为约5.4GHz（相对于中心频率为112.5%），3dB轴比带宽为5.5GHz（相对于中心频率为109%），阻抗和轴比带宽大于目前已公开的单馈圆极化微带缝隙天线，且本发明具有双向辐射特性，分别在＋z和－z方向辐射右旋圆极化波和左旋圆极化波。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明天线设计示意图；
图3为仿真回波损耗随椭圆槽轴比变化示意图；
图4为天线仿真轴比随椭圆槽轴比变化示意图；
图5为天线仿真回波损耗与椭圆槽长轴半径变化示意图；
图6为三种天线的仿真回波损耗示意图；
图7为三种天线的仿真轴比示意图；
图8为本发明的仿真和实测回波损耗示意图；
图9为本发明的仿真和实测轴比示意图；
图10为本发明的实测方向图；
图11为本发明的实测增益示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明为一种CPW馈电宽带圆极化天线，所述天线包括介质基板，椭圆型槽，共面集成波导馈线，所述椭圆型槽设置在所述介质基板上，所述共面集成波导馈线在所述椭圆型槽中，其中，所述椭圆型槽为两个相互对称结构。
需要说明的是，所述两个椭圆型槽为部分重叠设置，所述两个椭圆型槽的圆心连线与所述共面集成波导馈线的夹角为45度。
需要说明的是，所述介质基板相对介电常数为4.4，高度为1.6毫米。
需要说明的是，所述椭圆型槽长轴半径为12毫米。
需要说明的是，所述椭圆型槽轴比为1.2。
需要说明的是，所述共面集成波导馈线与所述介质基板的间隙宽度为1毫米。
本发明具体结构参数如下：
其中，W为介质基板长度，G为介质基板宽度，h为介质基板高度，r为椭圆形槽长半轴，d为两椭圆形槽中心间距，g为CPW馈线与地板间距，k为椭圆型槽长轴与短轴之比，L1-L4，W1-W3为CPW馈线各部分尺寸。
W G r d g
60mm 40mm 12mm 8mm 1mm
h W1 L1 W2 L2
1.6mm 3mm 25mm 2mm 2mm
W3 L3 L4 k
2mm 2mm 8.5mm 1.2
如图2所示，为本发明设计的三个步骤，分别为天线（1）、天线（2）以及天线（3），可以得出，天线（1）只包括CPW馈线和在地板上开的两个对称的椭圆形槽。天线设计首先要确定椭圆的轴比（k）和主轴的长度（r）。如图3所示，k的变化对于天线（1）的回波损耗影响较小，然而，如图4所示，k的变化对于天线（1）轴比性能有很大影响。如图5所示，当r的值是12mm时，低频的回波损耗最好。因此，k和r的值在初始的设计中分别为1.2和12mm。天线（2）优化了天线（1）的CPW馈线。如图6、图7所示，天线（2）的回波损耗相比与天线（1）变化较小，但是，天线（2）的轴比在低频时明显改善。
为了进一步优化天线的回波损耗和轴比，对CPW馈线和地板之间的间隙宽度（g）进行了优化。当g的值增大到1mm时，如图6所示，天线（3）的回波损耗的带宽可以从2.1GHz到7.1GHz，如图7所示，轴比带宽也可以从2.1GHZ到8.2GHZ。
如图8所示，为天线回波损耗的仿真与测量结果，测量与仿真结果吻合较好，天线测量的阻抗带宽为5.4GHz（2.1-7.5GHz），相对于中心频率4.8GHz的带宽为112.5%。
如图9所示，为仿真和实测天线轴向方向的轴比值。可以得出，实测的3-dB的轴比带宽为5.5GHZ（109％），从2.3到7.8GHz。
如图10所示，为天线分别在XOZ和YOZ平面的实测方向图。该天线具有双向辐射特性，对于+z方向，该天线辐射的是右旋圆极化波，而对于-z方向该天线辐射的是左旋圆极化波。
如图11为实测的天线增益值，可以看出，天线的最大增益约为3.8dBi。
根据上述仿真实验得出，本发明涉及的天线的实测阻抗带宽为约5.4GHz（相对于中心频率为112.5%），3dB轴比带宽为5.5GHz（相对于中心频率为109%），阻抗和轴比带宽大于目前已公开的单馈圆极化微带缝隙天线。该天线具有双向辐射特性，分别在＋z和－z方向辐射右旋圆极化波和左旋圆极化波。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种CPW馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述天线包括介质基板，椭圆型槽，共面集成波导馈线，所述椭圆型槽设置在所述介质基板上，所述共面集成波导馈线在所述椭圆型槽中，其中，所述椭圆型槽为两个相互对称结构。
2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述两个椭圆型槽为部分重叠设置，所述两个椭圆型槽的圆心连线与所述共面集成波导馈线的夹角为45度。
3.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述介质基板相对介电常数为4.4，高度为1.6毫米。
4.根据权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于，所述椭圆型槽长轴半径为12毫米。
5.根据权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于，所述椭圆型槽长轴与短轴的轴比为1.2。
6.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述共面集成波导馈线与所述介质基板的间隙宽度为1毫米。
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