CN105490021B - 一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，包括正面辐射单元、反面辐射单元、介质基板、第一导线、第二导线、第三导线、第四导线、接头和电源组件，正面辐射单元包括辐射组件、馈电线和地结构，地结构为框型；辐射组件位于地结构内，包括第一贴片、第二贴片和第一PIN二极管；地结构与第一贴片和第二贴片均处于同一平面，接头与地结构相连、接头的探针与馈电线相连；反面辐射单元与辐射组件异面相交，包括第三贴片、第四贴片和第二PIN二极管。采用两个二极管作为开关就可以实现左旋圆极化和右旋圆极化两种极化方式，可抑制多径效应的影响；采用共面波导馈电，辐射组件可以与地结构在同一平面，易于与其他射频器件集成。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线技术，特别是涉及一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，属于无线通信领域。
背景技术
天线是无线通信领域中最重要的部件之一，主要的功能是接收、发射电磁波。随着社会的发展，科技的进步，可重构天线也被不断地扩展，进而促进了极化可重构天线的产生。在极化分集通信系统中，极化可重构天线是不可缺少的一员，对于这类天线的研究也因此变得相当有意义。
微带天线由于其易于与元器件集成、尺寸小、低剖面等优良特性，被广泛应用于可重构天线设计中。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种新型结构的共面波导馈电极化可重构四叶草天线，特别适用于需要极化多样性的WLAN无线局域网等通信系统应用，本发明所要解决的技术问题是天线极化方式的重构的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，包括正面辐射单元、反面辐射单元、介质基板、第一导线、第二导线、第三导线、第四导线、接头和电源组件，所述正面辐射单元蚀刻于介质基板正面，所述正面辐射单元包括辐射组件、馈电线和地结构，所述地结构为框型；所述辐射组件位于地结构内，包括第一贴片、第二贴片和第一PIN二极管；所述第一贴片和第二贴片通过第一PIN二极管相连，所述第一PIN二极管的正极与第一贴片相连，所述地结构与第一贴片和第二贴片均处于同一平面，所述接头与地结构相连、接头的探针与馈电线相连。
其中，所述反面辐射单元蚀刻于介质基板反面、与辐射组件异面相交，所述反面辐射单元包括第三贴片、第四贴片和第二PIN二极管，所述第三贴片和第四贴片通过第二PIN二极管相连，所述第二PIN二极管的正极与第三贴片相连；所述第一导线的一端与第一PIN二极管的正极相连，所述第二导线的一端与第一PIN二极管的负极相连，所述第三导线的一端与第二PIN二极管的负极相连，所述第四导线的一端与第二PIN二极管的正极相连，所述第一导线的另一端和第三导线的另一端相连形成第一连接点、所述第二导线的另一端和第四导线的另一端相连形成第二连接点、第一连接点和第二连接点通过电源组件相连。
本发明进一步设置为：所述辐射组件和反面辐射单元均为轴对称结构，所述辐射组件具有正面对称轴，所述正面对称轴穿过辐射组件的中心位置，所述第一贴片、第一PIN二极管和第二贴片位于正面对称轴上；所述反面辐射单元具有反面对称轴，所述反面对称轴穿过反面辐射单元的中心位置，所述第三贴片、第二PIN二极管和第四贴片位于反面对称轴上；所述反面辐射单元与辐射组件正交设置。
本发明进一步设置为：所述地结构的内侧角上设有以馈电线为中心轴呈对称分布的调节支条，每一调节支条的两端均与地结构相连。
本发明进一步设置为：所述调节支条为两条同向分布并开口朝向地结构内侧角的半圆弧形支条。
本发明进一步设置为：所述电源组件为干电池。
本发明进一步设置为：所述介质基板为FR4环氧树脂玻璃纤维板。
本发明进一步设置为：所述第一贴片、第二贴片、第三贴片和第四贴片均为四叶草形结构。
本发明进一步设置为：所述介质基板的厚度为0.8mm。
本发明进一步设置为：所述正面辐射单元和反面辐射单元均使用铜材质。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
采用两个二极管作为开关就可以实现左旋圆极化和右旋圆极化两种极化方式的工作状态，极化方式的多样性，应用在WLAN中可以抑制多径效应的影响，具有良好的工程应用背景；采用共面波导馈电，辐射组件可以与地结构在同一平面，易于与其他射频器件集成。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明实施例的正面结构示意图；
图2为图1中局部A的放大图；
图3为本发明实施例的反面结构示意图；
图4为图3中局部B的放大图；
图5为本发明实施例的侧面结构示意图；
图6为本发明实施例的电路原理图；
图7为本发明实施例的实测S参数；
图8为本发明实施例的实测轴比；
图9为本发明实施例的实测增益；
图10为本发明实施例在左旋圆极化工作状态的共面极化和交叉极化方向图；
图11为本发明实施例在右旋圆极化工作状态的共面极化和交叉极化方向图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1至图6所示，一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，包括正面辐射单元1、反面辐射单元2、介质基板3、第一导线4、第二导线5、第三导线6、第四导线7、接头8和电源组件9，所述电源组件9为干电池，所述介质基板3为厚度0.8mm的FR4环氧树脂玻璃纤维板，所述第一贴片13、第二贴片14、第三贴片16和第四贴片17均为四叶草形结构，所述正面辐射单元1和反面辐射单元2均使用铜材质。
所述正面辐射单元1蚀刻于介质基板3正面，所述正面辐射单元1包括辐射组件10、馈电线11和地结构12，所述地结构12为框型；所述辐射组件10位于地结构12内，包括第一贴片13、第二贴片14和第一PIN二极管15；所述第一贴片13和第二贴片14通过第一PIN二极管15相连，所述第一PIN二极管15的正极与第一贴片13相连，所述地结构12与第一贴片13和第二贴片14均处于同一平面，所述接头8与地结构12相连、接头8的探针与馈电线11相连。
所述反面辐射单元2蚀刻于介质基板3反面、与辐射组件10异面相交，所述反面辐射单元2包括第三贴片20、第四贴片21和第二PIN二极管22，所述第三贴片20和第四贴片21通过第二PIN二极管22相连，所述第二PIN二极管22的正极与第三贴片20相连。
如图1至图4所示，所述辐射组件10和反面辐射单元2均为轴对称结构，所述辐射组件10具有正面对称轴，所述正面对称轴穿过辐射组件10的中心位置，所述第一贴片13、第一PIN二极管15和第二贴片14位于正面对称轴上；所述反面辐射单元2具有反面对称轴，所述反面对称轴穿过反面辐射单元2的中心位置，所述第三贴片20、第二PIN二极管22和第四贴片21位于反面对称轴上；所述反面辐射单元2与辐射组件10正交设置。
如图6所示，所述第一导线4的一端与第一PIN二极管15的正极相连，所述第二导线5的一端与第一PIN二极管15的负极相连，所述第三导线6的一端与第二PIN二极管22的负极相连，所述第四导线7的一端与第二PIN二极管22的正极相连，所述第一导线4的另一端和第三导线6的另一端相连形成第一连接点50、所述第二导线5的另一端和第四导线7的另一端相连形成第二连接点40、第一连接点50和第二连接点40通过电源组件9相连。
如图1所示，所述地结构12的内侧角上设有以馈电线11为中心轴呈对称分布的调节支条16，每一调节支条16的两端均与地结构相连；所述调节支条16为两条同向分布并开口朝向地结构12内侧角的半圆弧形支条。
本发明共面波导馈电极化可重构四叶草天线采用的具体尺寸结合图1的尺寸标注如表1所示，尺寸单位均为mm。
| W | 65 | Rs | 11.7 |
| L | 45 | d | 1 |
| H | 0.8 | R1 | 4 |
| g | 0.3 | R2 | 9 |
| Wf | 3 | Ls | 32 |
表1
如图1和图3所示，其中a、b接同一电平，c、d接同一电平。当a、b接正电压，c、d接负电压时，第一PIN二极管15导通，而第二PIN二极管22关闭，天线实现左旋圆极化；同理，当a、b接负电压，c、d接正电压时，第一PIN二极管15关闭，而第二PIN二极管22导通，天线实现右旋圆极化。
如图7所示为本实施例天线的实测S11参数，即为天线的回波损耗参数。由图可见，该天线两种极化状态的-10dB以下阻抗带宽为2.28GHz-2.58GHz；在该带宽内，天线具有良好的阻抗匹配和辐射特性。
如图8所示为本实施例天线的实测轴比，轴比是衡量天线圆极化性能的关键指标，一般工程上认为天线轴比小于3dB为圆极化辐射。由图可见，该天线两种极化状态下3dB轴比带宽为2.10-2.55GHz。
如图9所示为本实施例天线的实测增益。两种工作状态下增益在阻抗带宽内变化范围为2.34-3.89dBi，最大增益出现在2.37GHz处。
如图10和图11所示为本实施例天线的共面极化和交叉极化方向图。图10是天线在左旋圆极化工作状态的共面极化和交叉极化方向图，图11是天线在右旋圆极化工作状态的共面极化和交叉极化方向图。可以看到两种极化状态的方向图呈对称分布，圆极化辐射性能良好。
本发明的创新点在于，提供的共面波导馈电极化可重构四叶草天线采用双面四叶草结构，仅使用两个PIN二极管，通过干电池控制其通断，可以使天线上下两面的叶片导通或关闭，就能控制天线极化方式的改变，从而实现极化可重构。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：包括正面辐射单元、反面辐射单元、介质基板、第一导线、第二导线、第三导线、第四导线、接头和电源组件，所述正面辐射单元蚀刻于介质基板正面，所述正面辐射单元包括辐射组件、馈电线和地结构，所述地结构为框型；所述辐射组件位于地结构内，包括第一贴片、第二贴片和第一PIN二极管；所述第一贴片和第二贴片通过第一PIN二极管相连，所述第一PIN二极管的正极与第一贴片相连，所述地结构与第一贴片和第二贴片均处于同一平面，所述接头与地结构相连、接头的探针与馈电线相连；
所述反面辐射单元蚀刻于介质基板反面、与辐射组件异面相交，所述反面辐射单元包括第三贴片、第四贴片和第二PIN二极管，所述第三贴片和第四贴片通过第二PIN二极管相连，所述第二PIN二极管的正极与第三贴片相连；
所述第一导线的一端与第一PIN二极管的正极相连，所述第二导线的一端与第一PIN二极管的负极相连，所述第三导线的一端与第二PIN二极管的负极相连，所述第四导线的一端与第二PIN二极管的正极相连，所述第一导线的另一端和第三导线的另一端相连形成第一连接点、所述第二导线的另一端和第四导线的另一端相连形成第二连接点、第一连接点和第二连接点通过电源组件相连。
2.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述辐射组件和反面辐射单元均为轴对称结构，所述辐射组件具有正面对称轴，所述正面对称轴穿过辐射组件的中心位置，所述第一贴片、第一PIN二极管和第二贴片位于正面对称轴上；
所述反面辐射单元具有反面对称轴，所述反面对称轴穿过反面辐射单元的中心位置，所述第三贴片、第二PIN二极管和第四贴片位于反面对称轴上；
所述反面辐射单元与辐射组件正交设置。
3.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述地结构的内侧角上设有以馈电线为中心轴呈对称分布的调节支条，每一调节支条的两端均与地结构相连。
4.根据权利要求3所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述调节支条为两条同向分布并开口朝向地结构内侧角的半圆弧形支条。
5.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述电源组件为干电池。
6.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述介质基板为FR4环氧树脂玻璃纤维板。
7.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述第一贴片、第二贴片、第三贴片和第四贴片均为四叶草形结构。
8.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述介质基板的厚度为0.8mm。
9.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电极化可重构四叶草天线，其特征在于：所述正面辐射单元和反面辐射单元均使用铜材质。
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