CN104466379A - 一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，包括圆形辐射贴片、两个馈电探针、金属加载片、金属地板和宽带巴伦，以上各部分均通过印刷电路板技术印刷于介质基片上；其中，馈电探针为L型馈电探针，印刷于介质基片的一面；金属加载片印刷于介质基片两面。通过宽带巴伦，将输入信号分为两路等幅正交信号，借助开于基片上的金属通孔将能量分别馈入两个L型探针；调节放置在两馈电探针之间的金属加载片的尺寸和位置，可极大程度地展宽该天线的轴比带宽。本发明针对普通贴片天线的驻波及轴比带宽窄的特点，利用印刷电路工艺实现了具有宽驻波带宽，宽轴比的圆极化天线，该天线可方便与有源电路进行集成，适应了L波段及S波段的通信需求。

Description

一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线

 

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种L波段、S波段移动通信手持天线。

背景技术

当今，随着通信、雷达等技术的飞速发展和应用范围的扩大，作为接收、发射系统前端的天线需要在各种极化方式和恶劣气候条件下工作，单一极化方式已经越来越不能满足实际应用的需求。

圆极化波可以由两个等幅、相位相差90度的线极化波叠加而成；线极化波也可以由旋向不同的两个圆极化波叠加而成。因此，不同旋向的线极化波都可以用圆极化天线接收到，同时圆极化波还具有抗云雨衰减、抗多径衰减等特点。这使得圆极化天线在无线通信、射频识别、雷达探测等方面得到广泛应用。

通信、雷达系统的高度集成设计能够有效减小系统的体积，降低因分立模块间转接引入的额外损耗和系统功耗，所以，集成化是各种系统今后发展的必然趋势。天线作为通信系统的前端，在设计过程中需要充分考虑与外部电路和结构的互联。而使用印刷电路板技术的天线则可以实现与外部电路的方便互联，解决系统的集成问题。

传统的圆极化贴片天线的工作带宽极窄，制约了整个系统对带宽的需求，不能满足当今对圆极化终端天线的要求，因此如何设计宽带的圆极化天线是现代无线通信领域需要解决的问题。

发明内容

发明目的：针对现有圆极化贴片天线轴比带宽不足的特点，本发明使用印刷电路板技术设计了一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线。

技术方案：一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，包括介质基片、圆形辐射贴片、金属地板、宽带移相巴伦、两个馈电探针，所述两个馈电探针之间设有金属加载片，所述圆形辐射贴片、金属底板、宽带移相巴伦、馈电探针和金属加载片通过印刷电路板技术印刷于介质基片上。

所述介质基片包括相互平行的上层介质基片和下层介质基片，以及垂直设于下层介质基片上表面的三个中间介质基片；所述中间介质基片包括一个对角线中间介质基片和两个与对角线中间介质基片成45度夹角的侧中间介质基片；所述金属加载片为平行印刷于对角线中间介质基片两面的矩形贴片，所述矩形贴片的尺寸和位置可以调节；所述馈电探针为印刷于侧中间介质基片一面的倒L型微带线，所述下层介质基片在与L型馈电探针底部对应的位置上设有金属通孔，用于连接L型馈电探针和印刷于下层介质基片下表面的宽带移相巴伦；所述宽带移相巴伦由威尔森功分器和90度移相器构成；所述金属地板印刷于下层介质基片的上表面，该金属地板在与金属通孔对应的位置上设有两个孔；所述圆形辐射贴片印刷于上层介质基片的下表面。

所述上层介质基片和下层介质基片通过尼龙柱进行支撑定位。

工作原理：本发明的辐射结构由圆形贴片构成，馈电结构由宽带移相巴伦和双L型探针构成。宽带移相巴伦将输入信号分为两路正交等幅信号，两路信号通过开于下层介质基片上的金属通孔馈入双L型探针，探针再通过强耦合作用将能量馈入辐射贴片，进而辐射出圆极化波。通过调节两探针间加载的金属片的尺寸、位置可改善天线的交叉极化，进而极大地展宽天线的轴比带宽。

有益效果：本发明提供的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，使用印刷电路板工艺加工而成，可以实现与外部电路间的方便互联；具有轴比、驻波和增益带宽宽的特点，轴比带宽（小于3dB）1.49 GHz至2.83 GHz，驻波带宽（小于-10dB）1.46 GHz至2.78 GHz，增益带宽（大于3dBi）1.76 GHz至2.65 GHz。该天线可方便与有源电路进行集成，适应了L波段及S波段的通信需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的宽带移相巴伦的结构示意图；

图3为本发明的金属加载片的结构示意图；

图4为本发明的探针的结构示意图；

图5为本发明的回波损耗测试结果；

图6为本发明的轴比测试结果；

图7为本发明的增益测试结果；

图8为本发明的天线远场方向图水平截面和垂直截面在1.9GHz的测试结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同变换均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1、图2、图3和图4所示的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，包括圆形辐射贴片3，两个L型馈电探针6，金属加载片5，金属地板13及宽带移相巴伦9，上述各部分均通过印刷电路板技术印刷于介质基片上；所述介质基片包括相互平行的上层介质基片2和下层介质基片10，以及垂直设于下层介质基片10上表面的三个中间介质基片，所述中间介质基片包括一个对角线中间介质基片4和两个与对角线中间介质基片成45度夹角的侧中间介质基片7；在上层介质基片2和下层介质基片10的四角对称设有定位孔1，便于上层介质基片2和下层介质基片10借助尼龙柱进行支撑定位；

所述圆形辐射贴片3印刷于上层介质基片2的下表面；

所述两个L型馈电探针6为通过印刷电路板技术印刷于侧中间介质基片7一面的微带线；位置上，这两个L型馈电探针6成90度夹角，相对下层介质基片10的一条对角线成左右对称，并且垂直于上层介质基片2和下层基质基片10；所述下层介质基片10在与L型馈电探针6底部对应的位置上设有金属通孔8，用于连接L型馈电探针6和印刷于下层介质基片10下表面的宽带移相巴伦9；

所述金属加载片5为印刷于对角线中间介质基片4两面的矩形贴片结构，其高度，长度可以调节；位置上，该金属加载片5沿着下层介质基片10的对角线进行摆放，且垂直于上层介质基片2和下层基质基片10；

所述金属地板13印刷于下层介质基片10的上表面，该金属地板(13)在与金属通孔8对应的位置上设有两个方形金属孔，便于金属通孔8的通过；

所述宽带移相巴伦9印刷于下层介质基片10的下表面，由威尔金森功分器11和90度移相器12构成。

如图5所示，本发明提出的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，其输入端口回波损耗在1.46 GHz至2.78 GHz频段内均在-10dB以下，满足实际无线通信设备的使用需求。

如图6所示，本发明提出的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，其轴比在1.495 GHz至2.83 GHz频段内在3dB以下，达到圆极化的设计需求。

如图7所示，本发明提出的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，其天线增益在1.76 GHz至2.65 GHz频段内大于3dBi。

如图8所示，本发明提出的天线在1.9 GHz的水平截面和垂直截面内的归一化方向图测试结果，可以看出天线方向图在0度方向，轴比小于3dB，且前后比大于15dB，满足设计要求。

Claims (3)

1.一种有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，包括介质基片、圆形辐射贴片、金属地板、宽带移相巴伦、两个馈电探针，其特征在于，所述两个馈电探针之间设有金属加载片，所述圆形辐射贴片、金属底板、宽带移相巴伦、馈电探针和金属加载片通过印刷电路板技术印刷于介质基片上。

2.如权利要求1所述的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，其特征在于，所述介质基片包括相互平行的上层介质基片和下层介质基片，以及垂直设于下层介质基片上表面的三个中间介质基片；所述中间介质基片包括一个对角线中间介质基片和两个与对角线中间介质基片成45度夹角的侧中间介质基片；所述金属加载片为平行印刷于对角线中间介质基片两面的矩形贴片，所述矩形贴片的尺寸和位置可以调节；所述馈电探针为印刷于侧中间介质基片一面的倒L型微带线，所述下层介质基片在与L型馈电探针底部对应的位置上设有金属通孔，用于连接L型馈电探针和印刷于下层介质基片下表面的宽带移相巴伦；所述宽带移相巴伦由威尔森功分器和90度移相器构成；所述金属地板印刷于下层介质基片的上表面，该金属地板在与金属通孔对应的位置上设有两个孔；所述圆形辐射贴片印刷于上层介质基片的下表面。

3.如权利要求1所述的有金属片加载的宽带圆极化贴片天线，其特征在于，所述上层介质基片和下层介质基片通过尼龙柱进行支撑定位。