CN103414015A - 宽带三维全向平面天线 - Google Patents

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基于旋转单极子的宽带三维全向平面天线，属于天线设计领域，包括馈电网络、第一L形单极子、第二L形单极子、第三L形单极子、第四L形单极子；馈电网络包括折叠微带线、馈电端口、金属地；馈电网络可提供四路幅度相等，且相邻输出端口相位相差90°的信号；四个旋转对称的L形单极子与馈电网络的四个输出端口连接；本发明具有平面化、宽带、三维全空间覆盖和易于集成的优点，适用于以RFID标签、航空航天通信为代表的、对方向图在三维空间覆盖有较高要求的天线设计。

Description

宽带三维全向平面天线
技术领域
本发明属于无线通信技术的天线设计技术领域，涉及一种适用于可靠通信的宽带三维全向平面天线。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，三维全向天线开始应用到航空航天遥控与通信、RFID标签、无线局域网接入等领域。三维全向的概念是指天线的辐射方向图在三维空间内信号幅度的最大值与最小值之差小于设定的阈值。三维全向天线由于能够提供三维空间内任意一点的信号覆盖，因而能够保障无线通信的稳定性和可靠性。
天线作为发送、接收电磁波的装置，其性能直接决定了整个无线通信系统的性能。天线的性能需要足够的空间作保证。在传统的三维全向天线的设计中，天线的结构通常是三维的，这种设计能够保证较好的三维全向，但结构较复杂、制作困难、占用空间较大。平面结构的三维全向天线是近年来的研究热点。因为这种类型的天线结构简单，成本较低，适用平面电路印刷工艺，可大大降低天线制作的复杂度和良品率。但不足之处在于其三维全向性较三维结构天线的三维全向性差。
宽带能够支持更高的数据传输速率，可满足图像、视频等大量信息传递的需求。馈电网络能够在宽带范围内提供稳定的幅度和相位关系，因而能够支持宽带的三维全向方向图。具有三维全向辐射方向图的宽带平面天线，同时兼顾了高速率和高可靠性，可很好的支持无线通信的发展。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种信号全空间覆盖的宽带三维全向平面天线。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
宽带三维全向平面天线，包括：
馈电网络1，将1路输入信号分为幅度相等、相位在逆时针方向依次相差90°的4路输出信号；
第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4和第四L形单极子5，以中心旋转对称结构依次连接所述4路输出信号端口；
馈电端口6，设置于馈电网络1上，为射频信号输入端口；
介质基板8，所述馈电网络1、第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4和第四L形单极子5均设置于其一面；
金属地7，设置于介质基板8的另一面。
所述馈电网络1由第二T形折叠微带线1f、第一U形折叠微带线1a、第二U形折叠微带线1b、第三U形折叠微带线1c、第四U形折叠微带线1d和第一T形折叠微带线1e顺次连接组成。
所述馈电网络1的折叠微带线宽度、第一L形单极子2的微带线宽度、第二L形单极子3的微带线宽度、第三L形单极子4的微带线宽度及第四L形单极子5的微带线宽度都相同。
所述馈电网络1的折叠微带线特征阻抗、第一L形单极子2的微带线特征阻抗、第二L形单极子3的微带线特征阻抗、第三L形单极子4的微带线特征阻抗及第四L形单极子5的微带线特征阻抗都相同，且与输入端口的阻抗及4路输出端口的阻抗相等。
所述特征阻抗为50欧姆。
所述馈电端口6为同轴馈电端口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)提供了一个小尺寸(约λg/4×λg/4，λg为介质中的波长)的馈电网络，该网络能够在宽带内将1路输入信号分为幅度相等、相位在逆时针方向依次相差90°的4路输出信号；
(2)在12.5％的相对带宽内，用平面结构实现了三维辐射空间内的信号强度波动范围小于6dB。
附图说明
图1为本发明中天线的实施实例俯视图，图上标注的尺寸单位均为毫米(mm)。
图2为图1中天线的实施实例仰视图。
图3为图1中天线的实施实例侧视图，图上标注的尺寸单位均为毫米(mm)。
图4为图1中天线实施实例的反射系数仿真图，其中：
Figure BDA00003639627600031
表示仿真的反射系数。
图5为图1中天线的辐射方向图在三维空间内的信号强度波动值的仿真图，其中：
Figure BDA00003639627600032
表示仿真的信号强度波动值。
图6为图1中天线的信号强度在2.45GHz的归一化等高线分布图，其中：
Figure BDA00003639627600033
表示2.45GHz处仿真的归一化信号强度等高线分布图。
图7为图1中天线的增益的仿真图，其中：
Figure BDA00003639627600034
表示仿真的增益值。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明所述宽带三维全向平面天线的俯视图，天线结构包括馈电网络1、第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4、第四L形单极子5、介质基板8以及金属地7组成，馈电网络1上有馈电端口6。馈电网络1由第一U形折叠微带线1a、第二U形折叠微带线1b、第三U形折叠微带线1c、第四U形折叠微带线1d、第一T形折叠微带线1e和第二T形折叠微带线1f组成。其中，第一L形单极子2的一端连接第一T形折叠微带线1e的下端，第一T形折叠微带线1e的水平一端连接第四L形单极子5的一端，第一T形折叠微带线1e的水平另一端与第四U形折叠微带线1d的一端外侧垂直连接，第四U形折叠微带线1d的另一端外侧与第三U形折叠微带线1c的一端内侧垂直连接，第三U形折叠微带线1c的另一端外侧与第二U形折叠微带线1b的一端直接垂直连接，第二U形折叠微带线1b的另一端所在臂与第一U形折叠微带线1a的一条臂共用，且馈电端口6设置于该臂上，第一U形折叠微带线1a的另一条臂上的端头外侧与第二T形折叠微带线1f的水平一端垂直连接，第二T形折叠微带线1f的水平另一端连接第二L形单极子3，第二T形折叠微带线1f的下端连接第三L形单极子4。馈电端口6为射频信号输入端口，通过馈电网络1，将1路输入信号分为幅度相等、相位在逆时针方向依次相差90°的4路输出信号，而第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4和第四L形单极子5，则以中心旋转对称结构依次连接所述4路输出信号端口。
如图2和图3所示，介质基板8采用相对介电常数4.4、厚度0.8mm的FR4板材。馈电网络1、第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4和第四L形单极子5均设置于介质基板的一面，而金属地7设置于介质基板8的另一面。
本发明的技术方案是这样实现的：馈电网络1采用串行馈电的形式，通过采用不同长度的微带线，在宽带范围内实现了1路输入信号分为4路信号，且这4路信号的幅度相等，相位如图1所示在逆时针方向依次相差90°。在微带线宽度一致的条件下，根据阻抗变化规则可计算输入端口的阻抗与4路输出端口的阻抗相等，且均为50欧姆。组成馈电网络1的折叠微带线的长度需要微调以消除折叠微带线之间的互耦。4个L形单极子以旋转对称的结构与馈电网络1的4个输出端口相连接。根据旋转场理论，当馈电网络1提供4路幅度相等、相对相位差依次为0°、90°、180°和270°的信号，且这4路信号依次与第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4、第四L形单极子5相连时，信号强度在三维辐射空间内无功率零点，且其在三维全空间内的最大值与最小值之差小于行业规定的值，比如6dB的阈值。因此该发明实现了信号的三维全空间覆盖。
该发明的实施例的具体结果说明如下：
天线尺寸可按照图1和图3所示：组成馈电网络1的微带线宽度为1.4mm，金属地7为边长24.5mm的正方形，第一L形单极子2、第二L形单极子3、第三L形单极子4和第四L形单极子5与输出端口连接的一条臂外长为8.5mm，而另一条臂的外长为14.5mm，第一T形折叠微带线1e的水平一端内长为4.5mm，第四U形折叠微带线1d与第三U形折叠微带线1c连接的一条臂长为5.5mm，馈电端口6所在臂的长度为3.5mm，介质基板8厚度为8.8mm。根据以上尺寸制作的天线的反射系数仿真结果如图4所示，-10dB带宽为445MHz，从2205MHz到2650MHz。以图1、图3所示尺寸制作的天线的辐射方向图在三维空间内的信号强度波动值(信号强度的最大值与最小值之差)的仿真结果如图5所示，6dB信号强度波动值的带宽为300MHz，从2300MHz到2600MHz，该频段也在图4所述的-10dB反射系数带宽内。以图1、图3所示尺寸制作的天线在2.45GHz频率点处、在三维全空间内的归一化信号强度等高线分布如图6所示。在Theta＝0°和Theta＝180°处信号强度出现了最大值，在Theta＝90°和Theta＝270°处信号强度出现了最小值，且信号强度的最大值与最小值之差小于5dB。以图1、图3所示尺寸制作的天线的增益如图7所示，在图2所述的6dB信号强度波动值的带宽内，天线增益在2dBi微小波动。
所述天线系统可以在45×45mm2的平面空间内实现300MHz(12.5％)带宽的信号三维全空间覆盖。

Claims (6)

1.宽带三维全向平面天线，其特征在于，包括：
馈电网络(1)，将1路输入信号分为幅度相等、相位在逆时针方向依次相差90°的4路输出信号；
第一L形单极子(2)、第二L形单极子(3)、第三L形单极子(4)和第四L形单极子(5)，以中心旋转对称结构依次连接所述4路输出信号端口；
馈电端口(6)，设置于馈电网络(1)上，为射频信号输入端口；
介质基板(8)，所述馈电网络(1)、第一L形单极子(2)、第二L形单极子(3)、第三L形单极子(4)和第四L形单极子(5)均设置于其一面；
金属地(7)，设置于介质基板(8)的另一面。
2.根据权利要求1所述的宽带三维全向平面天线，其特征在于，所述馈电网络(1)由第二T形折叠微带线(1f)、第一U形折叠微带线(1a)、第二U形折叠微带线(1b)、第三U形折叠微带线(1c)、第四U形折叠微带线(1d)和第一T形折叠微带线(1e)顺次连接组成。
3.根据权利要求1所述的宽带三维全向平面天线，其特征在于，所述馈电网络(1)的折叠微带线宽度、第一L形单极子(2)的微带线宽度、第二L形单极子(3)的微带线宽度、第三L形单极子(4)的微带线宽度及第四L形单极子(5)的微带线宽度都相同。
4.根据权利要求1所述的宽带三维全向平面天线，其特征在于，所述馈电网络(1)的折叠微带线特征阻抗、第一L形单极子(2)的微带线特征阻抗、第二L形单极子(3)的微带线特征阻抗、第三L形单极子(4)的微带线特征阻抗及第四L形单极子(5)的微带线特征阻抗都相同，且与输入端口的阻抗及4路输出端口的阻抗相等。
5.根据权利要求4所述的宽带三维全向平面天线，其特征在于，所述特征阻抗为50欧姆。
6.根据权利要求1所述的宽带三维全向平面天线，其特征在于，所述馈电端口(6)为同轴馈电端口。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103700924A (zh) * 2013-12-05 2014-04-02 清华大学 圆极化角度分集天线
WO2016008304A1 (zh) * 2014-07-15 2016-01-21 田艺儿 一种用于3d芯片的rfid射频标签天线
CN105633567A (zh) * 2014-12-26 2016-06-01 刘良骥 一种高增益窄波束天线

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2785476A1 (fr) * 1998-11-04 2000-05-05 Thomson Multimedia Sa Dispositif de reception de signaux multi-faisceaux
WO2001080358A1 (en) * 2000-04-15 2001-10-25 University Of Surrey An antenna
US6618016B1 (en) * 2001-02-21 2003-09-09 Bae Systems Aerospace Inc. Eight-element anti-jam aircraft GPS antennas
CN1627563A (zh) * 2003-12-11 2005-06-15 索尼国际(欧洲)股份有限公司 用于超宽频带应用的三维全向天线设计
US20070241986A1 (en) * 2006-04-13 2007-10-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Windmill-shaped loop antenna having parasitic loop antenna
CN101111852A (zh) * 2004-06-22 2008-01-23 伍比克公司 利用参数反射技术的rfid系统
CN101336498A (zh) * 2006-02-14 2008-12-31 三美电机株式会社 圆偏振波天线
FR2953652A1 (fr) * 2009-12-07 2011-06-10 Thomson Licensing Systeme d'antennes multi secteurs
US20120299789A1 (en) * 2010-01-29 2012-11-29 Daniel Orban Circularly polarized antenna and feeding network

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2785476A1 (fr) * 1998-11-04 2000-05-05 Thomson Multimedia Sa Dispositif de reception de signaux multi-faisceaux
WO2001080358A1 (en) * 2000-04-15 2001-10-25 University Of Surrey An antenna
US6618016B1 (en) * 2001-02-21 2003-09-09 Bae Systems Aerospace Inc. Eight-element anti-jam aircraft GPS antennas
CN1627563A (zh) * 2003-12-11 2005-06-15 索尼国际(欧洲)股份有限公司 用于超宽频带应用的三维全向天线设计
CN101111852A (zh) * 2004-06-22 2008-01-23 伍比克公司 利用参数反射技术的rfid系统
CN101336498A (zh) * 2006-02-14 2008-12-31 三美电机株式会社 圆偏振波天线
US20070241986A1 (en) * 2006-04-13 2007-10-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Windmill-shaped loop antenna having parasitic loop antenna
FR2953652A1 (fr) * 2009-12-07 2011-06-10 Thomson Licensing Systeme d'antennes multi secteurs
US20120299789A1 (en) * 2010-01-29 2012-11-29 Daniel Orban Circularly polarized antenna and feeding network

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHIH-KAI LIN等: "A Compact Sequential-Phase Feed Using Uniform Transmission Lines for Circularly Polarized Sequential-Rotation Arrays", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103700924A (zh) * 2013-12-05 2014-04-02 清华大学 圆极化角度分集天线
WO2016008304A1 (zh) * 2014-07-15 2016-01-21 田艺儿 一种用于3d芯片的rfid射频标签天线
CN105633567A (zh) * 2014-12-26 2016-06-01 刘良骥 一种高增益窄波束天线
WO2016101869A1 (zh) * 2014-12-26 2016-06-30 刘良骥 一种高增益窄波束天线
CN105633567B (zh) * 2014-12-26 2018-06-15 刘良骥 一种高增益窄波束天线

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