CN104157968A - 一种新概念宽带圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新概念宽带圆极化天线，馈线与天线辐射单元连接，天线辐射单元蚀刻在介质基板上，介质基板通过支撑结构水平固定在反射板的上方，天线辐射单元包括两个弯折振子、两个寄生单元、共面微带线及T型微带线馈电结构，两个弯折振子、两个寄生单元及共面微带线蚀刻在介质基板的背面，所述T型微带线馈电结构蚀刻在介质基板的正面，所述两个弯折振子关于介质基板中心对称，共面微带线设置在介质基板的中轴线，由两个宽缝共面微带线及窄缝微带线构成，两个宽缝共面微带线分别给两个弯折振子馈电，通过非中心馈电的弯折振子激励出圆极化波，宽带圆极化天线是新颖且简单的全平面结构，便于加工成型。

Description

一种新概念宽带圆极化天线

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别涉及一种新概念宽带圆极化天线。

背景技术

圆极化天线在无线通信系统中的应用越来越受到人们的关注，因为圆极化天线不仅能够减少多径效应还能接收任意极化的来波，同时定向的圆极化天线既能够提供很高的安全性，同时能够提高信道的利用率。另外，天线若辐射左旋圆极化波,则只接收左旋圆极化波而不接收右旋圆极化波；反之亦然，这称为圆极化天线的旋向正交性，在移动通信的极化分集工作中可以利用圆极化天线的旋向正交性提高通信容量。圆极化波入射到对称目标(如平面、球面等)时，旋向发生逆转，圆极化天线应用于移动通信中能抑制雨雾干扰和抗多径反射，实现频率复用，增大系统容量，提高通信质量。

当前圆极化天线的设计主要有两种方法：一种是基于行波的螺旋天线；一种是基于正交振子，使两个振子上面的电流幅度相等相位相差90度，从而辐射圆极化波。但是像螺旋天线这样的行波类型的圆极化天线一般都是立体的，占用体积较大，不利于系统集成，平面的螺旋天线的辐射方向图都是双向辐射，增益也会很低。正交振子实现的圆极化天线一般都需要外接匹配电路，或者是双馈电形式，结构复杂，很难制作。圆极化微带贴片天线受介质板材厚度限制，带宽有限，通常单层微带天线带宽都不到5％，即使采用很多层微带板堆叠，也只能展宽有限带宽，这样也限制了天线的应用范围。

为了获得宽带圆极化定向天线，设计人员提出了很多种方案来实现。采用缝隙耦合的馈电方式，而且是多层微带板层叠的形式，是一种常用的展宽带宽的一种方法。但是这种方法结构复杂，体积很大，制作工艺要求高。还有用L型探针耦合馈电，但是这种方法一般都需要外加匹配电路，而且一般都是双馈电形式，结构复杂，制作成本高。

综合看来，目前已有的宽带圆极化天线技术，很难在定宽频带和全平面三方面都实现较好的性能

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种新概念宽带圆极化天线。

本发明采用如下技术方案：

一种新概念宽带圆极化天线，包括天线辐射单元、介质基板、反射板及馈线，所述馈线与天线辐射单元连接，所述天线辐射单元蚀刻在介质基板上，所述介质基板通过支撑结构水平固定在反射板的上方，所述天线辐射单元包括两个弯折振子、两个寄生单元、共面微带线及T型微带线馈电结构，所述两个弯折振子、两个寄生单元及共面微带线蚀刻在介质基板的背面，所述T型微带线馈电结构蚀刻在介质基板的正面，所述两个弯折振子关于介质基板中心对称，所述共面微带线设置在介质基板的中轴线，由两个宽缝共面微带线及窄缝微带线构成，所述两个宽缝共面微带线分别给两个弯折振子馈电,所述弯折振子是非中心馈电结构。

所述弯折振子的弯曲角度为70-100度，所述弯折振子的长度为0.6λ～1λ，具体包括弯折振子水平部分及弯折振子垂直部分，所述弯折振子水平部分的长度与弯折振子垂直部分的长度比为0.6-1.4，其中λ为介质基板内频率2.2GHz所对应的波长。

寄生单元在所述弯折振子水平部分的下方，并与宽缝共面微带线连接，通过耦合增强天线的阻抗带宽。

所述T型微带线馈电结构逆时针旋转90度蚀刻在窄缝共面微带线上，其垂直部分横跨窄缝共面微带线的缝隙两端。

所述支撑结构是由绝缘材料制成的，支撑结构的高度为0.1λ～0.5λ，其中，λ为自由空间频率2.2GHz对应的波长。

所述宽缝共面微带线的特征阻抗180Ω～220Ω，所述窄缝共面微带线的特征阻抗80Ω～120Ω。

还包括一个非金属过孔，所述非金属过孔开在窄缝共面微带线上，且位于所述T型微带线馈电结构的垂直部分的下端，所述馈线为软同轴线，馈线的内芯穿过非金属化通孔与介质板正面的T型微带线焊接，馈线的外心与窄缝共面微带线焊接。

本发明的有益效果：

(1)本发明具有全平面的简单结构，制作简便；

(2)本发明的天线辐射单元采用非中心馈电的弯折振子，有利于振子的两个正交的部分激励出幅度相等相位相差90度的表面电流，从而能使天线激励出圆极化波；

(3)通过在弯折振子的水平部分下面增加寄生单元，通过耦合增强天线的带宽；

(4)本发明结构新颖，天线结构对称，馈电结构简单，天线结构简单且全平面结构，组成部件少便于加工成型，具有宽频带，高增益，单向辐射的特性。

附图说明

图1是一种新概念宽带圆极化天线的结构示意图；

图2是图1中天线辐射单元的结构图；

图3是图1的侧视图；

图4是本发明实施例的阻抗带宽图；

图5是本发明实施例的轴比带宽图；

图6(a)是本发明实施例在1.7GHz phi＝0方向的辐射方向图，图6(b)1.7GHzphi＝90度方向的辐射方向图；

图7(a)是本发明实施例在2.4GHz phi＝0度方向的辐射方向图，图7(b)2.4GHz phi＝90度方向的辐射方向图；

图8(a)本发明实施例在3GHz phi＝0度方向的辐射方向图，图8(b)本发明实施例在3GHz phi＝90度方向的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2所示，一种新概念宽带圆极化天线，包括天线辐射单元、介质基板12、反射板2及馈线3，所述馈线3与天线辐射单元连接，所述天线辐射单元蚀刻在介质基板12上，所述介质基板12通过支撑结构4水平固定在反射板的上方，所述支撑结构4有绝缘材料制成，高度为0.1λ～0.5λ，其中，λ为自由空间频率2.2GHz对应的波长，所述支撑结构的高度取决于天线辐射单元与反射板2的距离，材料可以选用塑料或木棒，本实施例支撑结构包括四根木棒，分别位于介质基板的四个角，木棒的高度为41mm。

所述天线辐射单元包括两个弯折振子、两个寄生单元7、7A、共面微带线及T型微带线馈电结构10，所述两个弯折振子、两个寄生单元7、7A及共面微带线蚀刻在介质基板12的背面，所述T型微带线馈电结构10蚀刻在介质基板12的正面，本实施例介质基板12采用高频板材RO4350B，厚度0.76mm，相对介电常数3.48，所述两个弯折振子关于介质基板12中心对称，所述共面微带线设置在介质基板的中轴线，由两个宽缝共面微带线8及窄缝微带线9构成，所述两个宽缝共面微带线分别给两个弯折振子馈电，所述弯折振子为非中心馈电振子，所述宽缝共面微带线8特征阻抗180Ω～220Ω，所述窄缝共面微带线9的特征阻抗80Ω～120Ω，从而实现天线的阻抗匹配。

所述两个寄生单元7、7A分别安装在两个弯折振子的水平部分6、6A的下方，并与宽缝共面微带线连接，通过耦合增强天线的阻抗带宽。

所述两个弯折振子的结构及弯曲角度完全相同，所述弯折振子的弯曲角度为70-100度，优选为90度，弯折振子的长度为为0.6λ～1λ，所述弯折振子包括水平部分及垂直部分，两个水平部分6、6A分别与两个垂直部分5、5A在空间上正交，所述弯折振子的水平部分及垂直部分在空间上构成正交，通过在振子的水平部分和垂直部分激励出幅度相等相位相差90度的表面电流，通过非中心馈电的弯折振子激励获得圆极化波。

两个弯折振子关于介质基板中心对称放置，所述水平部分的长度与垂直部分的长度比为0.6-1.4，其中λ为介质基板内频率2.2GHz所对应的波长，两个弯折振子的馈电点都偏离振子的中心，宽缝共面微带线连接振子的馈电点给振子提供激励。

所述T型微带线馈电结构10蚀刻在介质基板的正面，所述T型微带线馈电结构的特征阻抗为40Ω～50Ω，所述T型微带线馈电结构逆时针旋转90度放置，T型微带垂直部分跨接在窄缝共面微带线之间，T型微带线的水平部分的微带线长度范围0.1λ～0.3λ，其中λ为介质基板内频率2.2GHz所对应的波长，T型微带线的垂直部分的微带线长度范围0.05～0.2λ，其中λ为介质基板内频率2.2GHz所对应的波长。

如图3所示，本发明采用一根馈线3给天线馈电，馈线可以是软同轴或硬同轴等，本实例采用软同轴，本发明还包括一个非金属过孔11，所述非金属过孔11开在窄缝共面微带线上，且位于所述T型微带线馈电结构的垂直部分的下端，本实施例的馈线选用软同轴线，所述馈线的内芯穿过非金属化通孔11与介质板正面的T型微带线焊接，外心与窄缝共面微带线9焊接，该天线仅仅需要一个焊接点，反射板2是一个简单的长方形金属板。

本发明仅用两个弯折的振子就可以实现圆极化，采用共面微带线给弯折振子馈电，整个天线完全对称，如图4、图5、图6(a)、图6(b)、图7(a)、图7(b)、图8(a)及图8(b)所示，阻抗带宽能覆盖1700-3000MHz的宽频带(回波损耗≤15dB)，轴比带宽能覆盖1690-3000MHz的宽频带(轴比≤3dB)。由于天线结构对称，所以辐射方向图对称，且获得了很高的增益特性，该新类型宽带圆极化天线完全覆盖当前移动通信的频段。

天线采用T型微带线馈电结构进行馈电，使得天线获得很好的阻抗带宽，T型微带线的宽度为1.7mm，对应的特征阻抗50Ω。

本发明具有全平面的简单结构，制作简单，设计方法创新，阻抗带宽和轴比带宽都很大，天线的增益高，辐射方向图对称。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新概念宽带圆极化天线，包括天线辐射单元、介质基板、反射板及馈线，所述馈线与天线辐射单元连接，所述天线辐射单元蚀刻在介质基板上，其特征在于，所述介质基板通过支撑结构水平固定在反射板的上方，所述天线辐射单元包括两个弯折振子、两个寄生单元、共面微带线及T型微带线馈电结构，所述两个弯折振子、两个寄生单元及共面微带线蚀刻在介质基板的背面，所述T型微带线馈电结构蚀刻在介质基板的正面，所述两个弯折振子关于介质基板中心对称，所述共面微带线设置在介质基板的中轴线，由两个宽缝共面微带线及窄缝微带线构成，所述两个宽缝共面微带线分别给两个弯折振子馈电,所述弯折振子是非中心馈电结构。

2.根据权利要求1所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，所述弯折振子的弯曲角度为70-100度，所述弯折振子的长度为0.6λ～1λ，具体包括弯折振子水平部分及弯折振子垂直部分，所述弯折振子水平部分的长度与弯折振子垂直部分的长度比为0.6-1.4，其中λ为介质基板内频率2.2GHz所对应的波长。

3.根据权利要求2所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，寄生单元在所述弯折振子水平部分的下方，并与宽缝共面微带线连接。

4.根据权利要求1所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，所述T型微带线馈电结构逆时针旋转90度蚀刻在窄缝共面微带线上，其垂直部分横跨窄缝共面微带线的缝隙两端。

5.根据权利要求1所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，所述支撑结构是由绝缘材料制成的，支撑结构的高度为0.1λ～0.5λ，其中，λ为自由空间频率2.2GHz对应的波长。

6.根据权利要求1所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，所述宽缝共面微带线的特征阻抗180Ω～220Ω，所述窄缝共面微带线的特征阻抗80Ω～120Ω。

7.根据权利要求1所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，还包括一个非金属过孔，所述非金属过孔开在窄缝共面微带线上，且位于所述T型微带线馈电结构的垂直部分的下端。

8.根据权利要求1所述的一种新概念宽带圆极化天线，其特征在于，所述馈线为软同轴线，馈线的内芯穿过非金属化通孔与介质板正面的T型微带线焊接，馈线的外心与窄缝共面微带线焊接。