CN103730734A - 功分器馈电的双圆极化贴片天线 - Google Patents

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祁嘉然
韩崇志
林澍
罗晓
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Abstract

功分器馈电的双圆极化贴片天线，它涉及一种双圆极化贴片天线，具体涉及一种功分器馈电的双圆极化贴片天线。本发明为了解决传统贴片天线不能辐射圆极化波，且不能实现双向圆极化的问题。本发明的金属贴片印刷在天线地板组件正面的中部，第一长微带线、第一长方形框体微带线、第一连接微带线、第一短微带线、第一U形微带线组成第一功分器，第二长微带线、第二长方形框体微带线、第二连接微带线、第二短微带线和第二U形微带线组成第二功分器。本发明用于无线电通信领域。

Description

功分器馈电的双圆极化贴片天线
技术领域
本发明涉及一种双圆极化贴片天线，具体涉及一种功分器馈电的双圆极化贴片天线，属于无线电通信领域。
背景技术
微带天线虽然具有诸多优点，但是随着技术的发展，其单一极化的特性已无法满足许多场合的要求，因而微带天线圆极化已逐步成为一种研究趋势。微带天线圆极化的基本原理就是通过调整天线尺寸以及采用特殊的天线馈电方式，激励出两个幅度相等、相位差为九十度的线极化波，但传统贴片天线不能辐射圆极化波。
发明内容
本发明为解决传统贴片天线不能辐射圆极化波，且不能实现双向圆极化的问题，进而提出功分器馈电的双圆极化贴片天线。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括金属贴片和天线地板组件，本发明还包括第一长微带线、第一长方形框体微带线、第一连接微带线、第一短微带线、第一U形微带线、第二长微带线、第二长方形框体微带线、第二连接微带线、第二短微带线和第二U形微带线，金属贴片为矩形，金属贴片印刷在天线地板组件正面的中部，第一长微带线水平设置在天线地板组件背面的中部，第一长微带线的一端与天线地板组件背面的左侧边缘连接，第一长微带线的另一端与第一长方形框体微带线的一条长边连接，第一长方形框体微带线另一条长边的中部设有缺口，所述缺口的上端通过第一连接微带线与第一U形微带线开口端连接，所述缺口的下端与第一短微带线的一端连接，第一U形微带线的开口朝下，第二长微带线竖直设置在天线地板组件背面的下部，第二长微带线的下端与天线地板组件背面的底边连接，第二长微带线的上端与第二长方形框体微带线的一条长边连接，第二长方形框体微带线另一条长边的中部设有缺口，所述缺口的一端通过第二连接微带线与第二U形微带线的开口端连接，所述缺口的另一端与第二短微带线的下端连接，第二U形微带线的开口朝左，第一长微带线、第一长方形框体微带线、第一连接微带线、第一短微带线、第一U形微带线组成第一功分器，第二长微带线、第二长方形框体微带线、第二连接微带线、第二短微带线和第二U形微带线组成第二功分器。
本发明的有益效果是：本发明在不改变天线的整体尺寸的基础上实现了双圆极化，拓宽了天线的实际应用场合，本发明背馈时引入功分器达到等辐同相，通过移相器的引入使馈电实现正交相位差为90°，实现圆极化辐射。此种天线的优点是通过对馈电网络的精心设计，是天线的轴比能够达到尽量低的效果，达到很好的实现圆极化的目的。同时通过对两个镜像的馈电网络的引入，达到实现双圆极化的目的，使天线的适用范围大大增强。
附图说明
图1是本发明的背面结构示意图，图2是本发明的正面结构示意图，图3是单个功分器的S参数示意图，是4是单个功分器的史密斯图，图5是两个功分器的S参数示意图，图6是两个功分器的史密斯图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述功分器馈电的双圆极化贴片天线包括金属贴片1和天线地板组件2，本实施方式还包括第一长微带线3、第一长方形框体微带线4、第一连接微带线5、第一短微带线6、第一U形微带线7、第二长微带线8、第二长方形框体微带线9、第二连接微带线10、第二短微带线11和第二U形微带线12，金属贴片1为矩形，金属贴片1印刷在天线地板组件2正面的中部，第一长微带线3水平设置在天线地板组件2背面的中部，第一长微带线3的一端与天线地板组件2背面的左侧边缘连接，第一长微带线3的另一端与第一长方形框体微带线4的一条长边连接，第一长方形框体微带线4另一条长边的中部设有缺口，所述缺口的上端通过第一连接微带线5与第一U形微带线7开口端连接，所述缺口的下端与第一短微带线6的一端连接，第一U形微带线7的开口朝下，第二长微带线8竖直设置在天线地板组件2背面的下部，第二长微带线8的下端与天线地板组件2背面的底边连接，第二长微带线8的上端与第二长方形框体微带线9的一条长边连接，第二长方形框体微带线9另一条长边的中部设有缺口，所述缺口的一端通过第二连接微带线10与第二U形微带线12的开口端连接，所述缺口的另一端与第二短微带线11的下端连接，第二U形微带线12的开口朝左，第一长微带线3、第一长方形框体微带线4、第一连接微带线5、第一短微带线6、第一U形微带线7组成第一功分器，第二长微带线8、第二长方形框体微带线9、第二连接微带线10、第二短微带线11和第二U形微带线12组成第二功分器。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述功分器馈电的双圆极化贴片天线的金属贴片1为正方形薄片，所述正方形薄片的边长为31.1mm，所述正方形薄片的厚度为0.1mm，天线地板组件2由正方形贴片介质板、正方形地板和正方形功分器介质板依次叠加组成，所述正方形地板的边长为65mm，所述正方形地板的厚度为0.1mm，所述正方形贴片介质板的厚度为2mm，所述正方形功分器介质板的厚度为1mm。
本实施方式的技术效果是：如此设置，使天线呈现出一种层叠结构，达到使天线剖面降低的目的。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述功分器馈电的双圆极化贴片天线的第一长微带线3的长度为16.5mm，第一长方形框体微带线4的宽度为7mm，第一长方形框体微带线4的长度为13.3mm，第一连接微带线5的长度为4.55mm，第一短微带线6的长度为5.9mm，第一U形微带线7开口处的宽度为3.9mm。
本实施方式的技术效果是：如此设置，通过对馈电网络的精心设计，能够使天线很好的实现圆极化性能，降低天线的轴比。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述功分器馈电的双圆极化贴片天线的第二长微带线8的长度为16.5mm，第二长方形框体微带线9的宽度为7mm，第二长方形框体微带线9的长度为13.3mm，第二连接微带线10的长度为4.55mm，第二短微带线11的长度为5.9mm，第二U形微带线12开口处的宽度为3.9mm。
本实施方式的技术效果是：如此设置，能够在实现单一圆极化的基础上，达到实现双圆极化的目的，同时不增加天线的整体尺寸，丰富天线的功能，拓宽天线的使用场合。使天线有更好的应用前景。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述功分器馈电的双圆极化贴片天线的第一长微带线3、第一连接微带线5、第一短微带线6、第二长微带线8、第二连接微带线10、第二短微带线11均是宽度为1.9mm的50Ω的微带线，第一U形微带线7和第二U形微带线12均是由宽度为1.9mm的50Ω的微带线条组成的，第一长方形框体微带线4和第二长方形框体微带线9均是由宽度为1mm的70Ω的微带线条组成的。
本实施方式的技术效果是：如此设置，功分器能够精确实现天线的圆极化产生的条件。使天线能够接收和辐射圆极化电磁波的基础。其它组成及连接关系与具体实施方式一、三或四相同。
工作原理
对第一功分器进行馈电时，天线可以实现左旋圆极化；对第二功分器进行馈电时，天线可以实现右旋圆极化；对第一功分器和第二功分器同时进行馈电时可实现双向圆极化。
单个功分器仿真的S参数的示意图如图3所示，从图3中可以看出，在2-2.3GHz频带内，功分器的S21和S31约为-3dB，这样再次说明频段内，功分器基本实现平分功率的作用，同时我们也注意到此时的|S11|参数也在-10dB以下，同样满足对贴片天线的馈电要求。
从图4中可以看出，功分器的输入阻抗为49.75Ω，这样可以很好的实现馈电网络和贴片天线的阻抗匹配，这样无论从匹配还是S参数的角度，功分器都达到了相应的电参数要求。至此单个功分器的仿真完成。也就完成了整个天线模型中最为重要和关键的馈电网络的仿真。
从图5中可以看出，在规定的频带内（2-2.3GHz），两路分别馈电时，天线的反射系数都达到-10dB以下。反射系数满足带宽要求。
从图6中可以看出，两路分别馈电时，输入阻抗分别是49.86Ω和50.05Ω。很好的实现了匹配。
观察两种电参数的相关特性。在此以0dBi为增益的带宽判别标准，以6dB为轴比带宽的判别标准。对天线的仿真结果进行分析，然后整理仿真参数，表1为最终模型的圆极化特性性能。对整理的三线图的结果进行说明，发现在2.03-2.27GHz范围内左右旋圆极化都满足要求，并且轴比和反射系数的带宽比较宽。
表1天线的电参数
Figure BDA0000457271820000041

Claims (5)

1.功分器馈电的双圆极化贴片天线，它包括金属贴片（1）和天线地板组件（2），其特征在于：所述功分器馈电的双圆极化贴片天线还包括第一长微带线（3）、第一长方形框体微带线（4）、第一连接微带线（5）、第一短微带线（6）、第一U形微带线（7）、第二长微带线（8）、第二长方形框体微带线（9）、第二连接微带线（10）、第二短微带线（11）和第二U形微带线（12），金属贴片（1）为矩形，金属贴片（1）印刷在天线地板组件（2）正面的中部，第一长微带线（3）水平设置在天线地板组件（2）背面的中部，第一长微带线（3）的一端与天线地板组件（2）背面的左侧边缘连接，第一长微带线（3）的另一端与第一长方形框体微带线（4）的一条长边连接，第一长方形框体微带线（4）另一条长边的中部设有缺口，所述缺口的上端通过第一连接微带线（5）与第一U形微带线（7）开口端连接，所述缺口的下端与第一短微带线（6）的一端连接，第一U形微带线（7）的开口朝下，第二长微带线（8）竖直设置在天线地板组件（2）背面的下部，第二长微带线（8）的下端与天线地板组件（2）背面的底边连接，第二长微带线（8）的上端与第二长方形框体微带线（9）的一条长边连接，第二长方形框体微带线（9）另一条长边的中部设有缺口，所述缺口的一端通过第二连接微带线（10）与第二U形微带线（12）的开口端连接，所述缺口的另一端与第二短微带线（11）的下端连接，第二U形微带线（12）的开口朝左，第一长微带线（3）、第一长方形框体微带线（4）、第一连接微带线（5）、第一短微带线（6）、第一U形微带线（7）组成第一功分器，第二长微带线（8）、第二长方形框体微带线（9）、第二连接微带线（10）、第二短微带线（11）和第二U形微带线（12）组成第二功分器。
2.根据权利要求1所述功分器馈电的双圆极化贴片天线，其特征在于：金属贴片（1）为正方形薄片，所述正方形薄片的边长为31.1mm，所述正方形薄片的厚度为0.1mm，天线地板组件（2）由正方形贴片介质板、正方形地板和正方形功分器介质板依次叠加组成，所述正方形地板的边长为65mm，所述正方形地板的厚度为0.1mm，所述正方形贴片介质板的厚度为2mm，所述正方形功分器介质板的厚度为1mm。
3.根据权利要求1所述功分器馈电的双圆极化贴片天线，其特征在于：第一长微带线（3）的长度为16.5mm，第一长方形框体微带线（4）的宽度为7mm，第一长方形框体微带线（4）的长度为13.3mm，第一连接微带线（5）的长度为4.55mm，第一短微带线（6）的长度为5.9mm，第一U形微带线（7）开口处的宽度为3.9mm。
4.根据权利要求1所述功分器馈电的双圆极化贴片天线，其特征在于：第二长微带线（8）的长度为16.5mm，第二长方形框体微带线（9）的宽度为7mm，第二长方形框体微带线（9）的长度为13.3mm，第二连接微带线（10）的长度为4.55mm，第二短微带线（11）的长度为5.9mm，第二U形微带线（12）开口处的宽度为3.9mm。
5.根据权利要求1、3或4所述功分器馈电的双圆极化贴片天线，其特征在于：第一长微带线（3）、第一连接微带线（5）、第一短微带线（6）、第二长微带线（8）、第二连接微带线（10）、第二短微带线（11）均是宽度为1.9mm的50Ω的微带线，第一U形微带线（7）和第二U形微带线（12）均是由宽度为1.9mm的50Ω的微带线条组成的，第一长方形框体微带线（4）和第二长方形框体微带线（9）均是由宽度为1mm的70Ω的微带线条组成的。
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