CN105406186A - 具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，包括介质基板、阶梯阻抗微带线、辐射体、地板和开孔，所述阶梯阻抗微带线和辐射体设置在介质基板的正面，阶梯阻抗微带线分为两段，分别为第一微带线和第二微带线，所述第一微带线、第二微带线和辐射体依次相连；所述地板为半圆形结构，并设置在介质基板的背面，所述开孔贯穿地板和介质基板，使同轴线的内芯与第一微带线相连。本发明采用了平面结构，其结构简单，体积小，而且成本低，与现有的圆极化微带天线相比，采用非对称结构实现圆极化，能够达到更宽的3dB轴比相对带宽，并具有低轴比特性。

Description

具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线
技术领域
本发明涉及一种微带天线，尤其是一种具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，属于无线移动通信技术领域。
背景技术
随着现代通信技术的发展，单纯的线极化很难满足通信要求。圆极化天线具有可接收任意极化方式的来波，且其辐射波也可出任意极化方式的天线收到，有旋向正交性，能够抑制云雨干扰和抗多径反射等优点。由于圆极化天线在现代通信中的优越性能，受到人们越来越多的关注。从便携性、经济性、减小RCS以及EMC特性等角度考虑，往往期望可以仅采用一副天线获得多副天线的功能，而圆极化天线具有较强的抗干扰能力，因而收发一体双圆极化天线的研究意义非常重大。
微带圆极化天线由于结合了微带天线和圆极化天线二者的优点及特性，因此被广泛应用于无线应用，如：测量、通信、卫星、航天、全球定位系统和RFID系统等卫星通信、遥控、遥测技术的发展。圆极化微带天线在具有一系列优点的同时，也存在一些缺点，圆极化微带天线由于带宽较窄，其相对带宽一般只有0.7％-7％，因而在实际应用中受到了一定的限制。
据调查与了解，目前公开的现有技术如下：
1)2010年，J.-W.Wu，J.-Y.Ke，C.F.Jou，C.-J.Wang在“IETMicrowaves，Antennas&Propagation”发表名为“Microstrip-fedbroadbandcircularlypolarisedmonopoleantenna”的文章中，采用传统的单极子天线设计，通过不对称馈电的形式实现了圆极化，然后改进地板结构，通过挖槽和加上枝节的形式，改善地板电流，从而改进了阻抗带宽，实现宽带圆极化。但文章中给出的方向图不是很好，同时地板开槽改善匹配以拓宽S11带宽与拓宽轴比带宽之间存在矛盾关系，难以控制，另外该天线实现的实际上是椭圆极化，轴比大部分在2-3dB之间。
2)2015年，A.Panahi，X.L.Bao，G.Ruvio，M.J.Ammann在“AntennasandPropagation(EuCAP)，20159thEuropeanConferenceon”该会议上发表了“APrintedCircularlyPolarizedHalf-MoonMonopoleAntenna”的文章，在该文章中采用了将单极子偏离地板中心产生圆极化波，同时在单极子末端加上半圆形负载以达到改善阻抗带宽的匹配的方法，这种方法较之前面有很大的改进，但由于地板尺寸斜边与工作频率中心1/2波长大致相近，因此尺寸较大，而且轴比绝对带宽仅有0.47GHz，相对带宽为32％，因此还有改进空间。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有微带圆极化天线频带窄、轴比特性不好的缺陷，提供了一种具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，该天线具有结构简单、体积小、成本低的特点。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，包括介质基板、阶梯阻抗微带线、辐射体、地板和开孔，所述阶梯阻抗微带线和辐射体设置在介质基板的正面，阶梯阻抗微带线与辐射体相连；所述地板为半圆形结构，并设置在介质基板的背面，所述开孔贯穿地板和介质基板，使同轴线的内芯与阶梯阻抗微带线相连。
作为一种实施方案，所述阶梯阻抗微带线分为两段，分别为第一微带线和第二微带线，所述第一微带线、第二微带线和辐射体依次相连，所述开孔贯穿地板和介质基板，使同轴线的内芯与第一微带线相连。
作为一种实施方案，所述第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度。
作为一种实施方案，所述辐射体为方形贴片结构。
作为一种实施方案，所述地板的弧线边缘长度为天线的工作中心频率所对应波长的1/2。
作为一种实施方案，所述开孔设置在距地板圆心一定距离的位置上。
作为一种实施方案，所述介质基板的相对介电常数为4.4。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明采用阶梯阻抗微带线与辐射体相连，从而改善了天线的阻抗匹配，通过调整阶梯阻抗微带线，可以使得在1.41GHz～3.77GHz的频段内反射系数S11小于-10dB；同时，阶梯阻抗微带线和辐射体构成了单极子臂，通过将单极子臂旋转一定角度，使得地板和单极子臂上的电场在工作频段内发生相差，从而实现宽带圆极化，实现低轴比的工作。
2、本发明的地板采用了半圆形结构，其弧线边缘长度为天线工作中心频率所对应波长的1/2，与现有的圆极化微带天线相比，边缘尺寸与波长相关整体面积都更小。
3、本发明采用了平面结构，其结构简单，体积小，而且成本低，与现有的圆极化微带天线相比，采用非对称结构实现圆极化，能够达到更宽的3dB轴比相对带宽，并具有低轴比特性。
附图说明
图1为本发明实施例1的宽带圆极化微带天线的正面结构示意图。
图2为本发明实施例1的宽带圆极化微带天线的背面结构示意图。
图3为本发明实施例1的宽带圆极化微带天线的侧面结构示意图
图4为本发明实施例1的宽带圆极化微带天线的电磁仿真反射系数曲线图。
图5为本发明实施例1的宽带圆极化微带天线的电磁仿真轴比曲线图。
其中，1-介质基板，2-辐射体，3-地板，4-开孔，5-第一微带线，6-第二微带线，7-上层微带结构。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图3所示，本实施例的宽带圆极化微带天线包括介质基板1、阶梯阻抗微带线、辐射体2、地板3和开孔4；
所述介质基板1的相对介电常数为4.4，其中阶梯阻抗微带线和辐射体2设置在介质基板1的正面，所述地板3设置在介质基板1的背面；
所述阶梯阻抗微带线分为两段，分别为第一微带线5和第二微带线6，其中第一微带线5的宽度大于第二微带线6的宽度，所述辐射体2采用传统的方形贴片结构，所述第一微带线5、第二微带线6和辐射体2依次相连，构成上层微带结构7；由于直接使用微带馈电阻抗匹配特性并不好，为了在1.5GHz～3.5GHz频段内实现反射系数S11小于-10dB，采用阶梯阻抗微带线，从而改善了天线的阻抗匹配，通过调整第一微带线5和第二微带线6，可以使得在1.41GHz～3.77GHz的频段内反射系数S11小于-10dB，如图4所示；
所述地板3采用半圆形结构，其弧线边缘长度大约为天线工作中心频率所对应波长的1/2，与现有技术中的地板尺寸相比有了较大程度的减小。
所述开孔4设置在距地板3圆心一定距离的位置上，其贯穿地板3和介质基板1，同轴线的内芯通过该开孔4与第一微带线5相连，用于给上层微带结构7馈电；
在本实施例中，上层微带结构7为天线的单极子臂，将单极子臂相对对称轴旋转一定角度(即上层微带结构7与对称轴的夹角θ大小在变化)，造成地板3电流和单极子臂上电流产生相位差，由于单极子臂的电流分布为谐振形式，故而主电流方向始终保持在臂上来回振荡，而地板3电流，由于单极子臂偏离中心不对称的形式与地板3耦合，在不同频段的周期内始终保持旋转，而单极子臂上的方向是半周期不变的，因此从合成电流分布看来，远场在工作频段内始终是由旋转电流产生的，从而实现圆极化特性，实现低轴比的工作；如图5所示，本实施例的天线在1.73GHz～3.10GHz内轴比在3dB以下，达到了1.38GHz，相对带宽为59.5％，尤其是1.5dB以下的轴比带宽为1.81GHz～2.41GHz和2.68GHz～2.86GHz，相对带宽达到了33.2％，实现了很好的低轴比特性。
综上所述，本发明采用阶梯阻抗微带线与辐射体相连，从而改善了天线的阻抗匹配，通过调整阶梯阻抗微带线，可以使得在1.41GHz～3.77GHz的频段内反射系数S11小于-10dB；同时，阶梯阻抗微带线和辐射体构成了单极子臂，通过将单极子臂旋转一定角度，使得地板和单极子臂上的电场在工作频段内发生相差，从而实现宽带圆极化，实现低轴比的工作。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，包括介质基板，其特征在于：还包括阶梯阻抗微带线、辐射体、地板和开孔，所述阶梯阻抗微带线和辐射体设置在介质基板的正面，阶梯阻抗微带线与辐射体相连；所述地板为半圆形结构，并设置在介质基板的背面，所述开孔贯穿地板和介质基板，使同轴线的内芯与阶梯阻抗微带线相连。
2.根据权利要求1所述的具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述阶梯阻抗微带线分为两段，分别为第一微带线和第二微带线，所述第一微带线、第二微带线和辐射体依次相连，所述开孔贯穿地板和介质基板，使同轴线的内芯与第一微带线相连。
3.根据权利要求2所述的具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度。
4.根据权利要求1所述的具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述辐射体为方形贴片结构。
5.根据权利要求1所述的具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述地板的弧线边缘长度为天线的工作中心频率所对应波长的1/2。
6.根据权利要求1所述的具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述开孔设置在距地板圆心一定距离的位置上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的具有低轴比特性的宽带圆极化微带天线，其特征在于：所述介质基板的相对介电常数为4.4。
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