CN106252861B - 电小平面惠更斯源天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电小平面惠更斯源天线，包括层叠设置的上层介质基板和下层介质基板，电偶极子贴设于所述上层介质基板的上表面，磁偶极子贴设于所述下层介质基板的下表面，第一激励条带和第二激励条带设置在所述上层介质基板和所述下层介质基板之间，同轴电缆，包括内导体和外导体，内导体穿过所述下层介质基板以与所述第一激励条带相连，外导体穿过所述下层介质基板以与所述第二激励条带相连。通过上述技术方案，一方面利用近场耦合谐振技术，通过将电偶极子和磁偶极子有机结合，实现了单馈源的电小惠更斯源天线；另一方面，该惠更斯源天线直接采用非平衡馈电，即单个同轴电缆馈电，不再需要巴伦、功分器等其它的辅助馈电结构。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种电小平面惠更斯源天线。
背景技术
在天线技术领域中，电小天线由于其紧凑的结构、较小的尺寸，因此有着巨大的应用前景，得到了广泛的关注和研究。然而，电小天线受限于半波谐振的工作模式，其辐射性能等较差，不适用于远距离无线通信、以及点对点通信技术领域。常用的提升电小天线辐射性能的方法有使用大型的地板作为反射板，或者利用周期性的结构构成阵列天线等。然而，这些方法都将增大天线的尺寸，使其难以保持电小的特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种电小平面惠更斯源天线，该天线不仅可以保持的电小、低剖面的特性，还具有良好的辐射性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种电小平面惠更斯源天线，包括：层叠设置的上层介质基板和下层介质基板；电偶极子，贴设于所述上层介质基板的上表面；磁偶极子，贴设于所述下层介质基板的下表面；第一激励条带和第二激励条带，设置在所述上层介质基板和所述下层介质基板之间；同轴电缆，包括内导体和外导体，内导体穿过所述下层介质基板以与所述第一激励条带相连，外导体穿过所述下层介质基板以与所述第二激励条带相连。
可选地，所述磁偶极子包括组成圆环结构的两个半圆环金属片，两个所述半圆环金属片的端部之间有一间隙；每个半圆环金属片的端部形成有朝向所述半圆环金属片圆心延伸的金属枝节，所述上层介质基板和所述下层介质基板均为与所述磁偶极子同轴设置的圆形板。
可选地，所述半圆环金属贴片的圆环宽度为1.5mm-2mm，所述金属枝节的长度为5mm-7mm。
可选地，所述同轴电缆位于所述下层介质基板的圆心处，且与所述下层介质基板垂直布置。
可选地，所述第一激励条带和所述第二激励条带均为L型结构，所述同轴电缆的内导体与所述第一激励条带的拐折点相连，所述同轴电缆的外导体与所述第二激励条带的拐折点相连。
可选地，该L型结构短臂的长度为7mm-9mm，该L型结构长臂的长度为13mm-15mm。
可选地，所述电偶极子包括关于所述上层介质基板的圆心呈对称布置的两部分金属条带，每部分金属条带包括主体部、第一径向部和第二径向部，所述主体部呈S型结构，所述第一径向部从所述主体部的一端延伸至所述上层介质基板的圆心，所述第二径向部从所述主体部的另一端延伸至所述上层介质基板的边缘，所述第二径向部位于所述第一径向部的延伸线上。
可选地，所述电偶极子的金属条带的宽度为1.3mm-1.8mm，所述金属条带的总长度为93mm-98mm。
可选地，所述上层介质基板和所述下层介质基板的厚度均为0.5mm-1mm，且所述上层介质基板和所述下层介质基板的半径均为15mm-17mm。
可选地，所述电偶极子、所述磁偶极子以及所述第一激励条带与第二激励条带均为厚度相同的金属贴片。
通过上述技术方案，一方面利用近场耦合谐振技术，通过将电偶极子和磁偶极子有机结合，实现了单馈源的电小惠更斯源天线，使得该天线可以良好的应用于远距离无线通信、点对点通信等对方向性有严格要求的环境；另一方面，该惠更斯源天线直接采用非平衡馈电，即单个同轴电缆馈电，不再需要巴伦、功分器等其它的辅助馈电结构。此外，电偶极子采用曲折线型，在保证其电小特性的同时，减少了电偶极子与磁偶极子的正对面，从而减小了两者之间的互耦，简化了天线调节的过程。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是根据本发明的一个实施方式的电小平面惠更斯源天线的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施方式的电小平面惠更斯源天线的磁偶极子的俯视图；
图3是根据本发明的一个实施方式的电小平面惠更斯源天线的第一激励条带和第二激励条带的俯视图；
图4是根据本发明的一个实施方式的电小平面惠更斯源天线的电偶极子的俯视图；
图5是根据本发明的一个实施方式的电小平面惠更斯源天线的反射系数|S11|和频率的关系曲线图；
图6是根据本发明的一个实施方式的电小平面惠更斯源天线的E平面、H平面辐射场方向图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供的一种电小平面惠更斯源天线，该天线包括：层叠设置的上层介质基板1和下层介质基板2，这里，上层介质基板1和下层介质基板2可以采用半固化片粘连，也可以采用塑料螺栓固定；上层介质基板1的上表面贴设有电偶极子11，下层介质基板2的下表面贴设有磁偶极子21，上层介质基板1和下层介质基板2之间设置有第一激励条带22和第二激励条带23；另外，本发明还包括同轴电缆3，包括内导体31和外导体32，内导体32穿过下层介质基板2与第一激励条带22相连，外导体32穿过下层介质基板2与第二激励条带23相连。通过上述技术方案，一方面，利用近场耦合谐振技术，通过将电偶极子11和磁偶极子21有机结合，实现了单馈源的电小惠更斯源天线，使得该惠更斯源天线可以良好地应用于远距离无线通信、点对点通信等对方向性要求较为严格的技术领域；另一方面，该惠更斯源天线直接采用非平衡馈电，即单个同轴电缆3馈电，不再需要使用巴伦、功分器等其它的辅助馈电结构，具有结构紧凑、简单并且易于制造等优势。
具体地，如图2所示，磁偶极子21包括组成圆环结构的两个半圆环金属片211，这里，由于产生磁偶极子的条件需要有环形电流，并且为了使得电流流经的路径较为平滑，将磁偶极子21的结构形式设计成两个半圆环金属片211的形式，另外，电流路径的平滑也有助于拓展磁偶极子的带宽；并且，为了保证磁偶极子21环形电流的产生，两个半圆环金属片211的端部之间可以留有一定的间隙；在本发明中，每个半圆环金属片211的端部形成有朝向半圆环金属片211圆心延伸的金属枝节212，这里，形成金属枝节212是为了与第一激励条带22和第二激励条带23相互作用，从而激励起环形电流。
如图1和图3所示，上层介质基板1和下层介质基板2均为与磁偶极子21为同轴设置的圆形板，同轴电缆3位于下层介质基板2的圆心处，且与下层介质基板2垂直布置，第一激励条带22和第二激励条带23均为L型结构，并且第一激励条带22和第二激励条带23可以设置在上层介质基板1和下层介质基板2之间，同轴电缆3的内导体31与第一激励条带22的拐折点相连，同轴电缆3的外导体32与第二激励条带23的拐折点相连，这样，直接用同轴电缆3对第一激励条带22进行馈电，不再需要巴伦、功分器等其它的辅助馈电结构，结构简单，并且安装方便。
如图4所示，本发明提供的一个实施方式中，电偶极子11形成在上层介质基板1上，为曲折线的结构形式。具体地，电偶极子11可以设计成关于上层介质基板1的圆心呈中心对称布置的两部分金属条带，每部分金属条带包括主体部111、第一径向部112和第二径向部113，主体部111呈S型结构，第一径向部112从主体部111的一端延伸至上层介质基板1的圆心，第二径向部113从主体部111的另一端延伸至上层介质基板1的边缘，第二径向部113位于第一径向部112的延伸线上。采用这种对称的结构形式，一方面，这可以减少不必要的尺寸，保证惠更斯源天线的小型化、紧凑化；另一方面，电偶极子11采用曲折线型，可以在保证惠更斯源天线具有电小特性的同时，减少了电偶极子11与磁偶极子21的正对面，从而减小电偶极子11与磁偶极子21之间的耦合，简化惠更斯源天线调节的过程。
具体地，根据本发明提供的一个实施方式，为了更为方便地通过近场耦合技术来保证惠更斯源天线的辐射特性，利用单个激励源同时激励起电偶极子11和磁偶极子11，同时保证电偶极子11和磁偶极子12的辐射强度相接近，本发明中，上层介质基板1和下层介质基板2的厚度均为0.5mm-1mm，且上层介质基板1和所述下层介质基板2的半径均为15mm-17mm，半圆环金属贴片211的圆环宽度为1.5mm-2mm，金属枝节212的长度为5mm-7mm，该L型结构短臂的长度为7mm-9mm，该L型结构长臂的长度为13mm-15mm，电偶极子11的金属条带宽度为1.3mm-1.8mm，电偶极子21总长度为93mm-98mm。
另外，电偶极子11、磁偶极子21以及第一激励条带22与第二激励条带均23为厚度相同的金属贴片，本发明提供的电小平面惠更斯源天线优选覆铜薄膜。
本发明提供的一个具体实施例中，上层介质基板1和下层介质基板2的厚度均为0.787mm，半径均为16.25mm，选用的材料均为Rogers Duroid 5880，相对介电常数为2.2，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0009，其它的参数尺寸如表1所示。表1中，W代表电偶极子单元的宽度，R代表介质基板的半径，L6代表磁偶极子半圆环末端枝节的长度，W2代表磁偶极子半圆环末端枝节的宽度，W1代表磁偶极子两半圆环之间缝隙的宽度，R1代表磁偶极子单元圆环的内半径，L7、L8代表激励源L型条带两端的长度。
依照上述参数，使用HFSS对所设计的电小平面惠更斯源天线的反射系数|S11|特性参数进行仿真分析，如图5和图6所示。
表1本发明各参数最佳尺寸表
其分析结果如下：
图5为本发明的仿真得到的S参数随频率变化的曲线图，所涉及的天线谐振频点为1.578GHz，反射系数为-15.99dB，-10dB带宽为27MHz(1.561GHz-1.588GHz)，可以涵盖GPSL1频段；图6为仿真的电小平面惠更斯源天线在谐振频点1.578GHz时分别在E面和H面的方向图。从图中可以看出，该电小平面惠更斯源天线具有端射特性，在谐振频点处，该天线的最大增益值为3.714dBi，前后比为20.5dB，辐射效率为84.67％，可见天线具有紧凑结构的同时，有着良好的辐射性能。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种电小平面惠更斯源天线，其特征在于，包括：
层叠设置的上层介质基板和下层介质基板；
电偶极子，贴设于所述上层介质基板的上表面；
磁偶极子，贴设于所述下层介质基板的下表面；
第一激励条带和第二激励条带，设置在所述上层介质基板和所述下层介质基板之间；
同轴电缆，包括内导体和外导体，内导体穿过所述下层介质基板以与所述第一激励条带相连，外导体穿过所述下层介质基板以与所述第二激励条带相连；
所述磁偶极子包括组成圆环结构的两个半圆环金属片，两个所述半圆环金属片的端部之间有一间隙；每个半圆环金属片的端部形成有朝向所述半圆环金属片圆心延伸的金属枝节，所述上层介质基板和所述下层介质基板均为与所述磁偶极子同轴设置的圆形板；
所述第一激励条带和所述第二激励条带均为L型结构，所述同轴电缆的内导体与所述第一激励条带的拐折点相连，所述同轴电缆的外导体与所述第二激励条带的拐折点相连。
2.根据权利要求1所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，所述半圆环金属片的圆环宽度为1.5mm-2mm，所述金属枝节的长度为5mm-7mm。
3.根据权利要求1所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，所述同轴电缆位于所述下层介质基板的圆心处，且与所述下层介质基板垂直布置。
4.根据权利要求1所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，该L型结构短臂的长度为7mm-9mm，该L型结构长臂的长度为13mm-15mm。
5.根据权利要求1所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，所述电偶极子包括关于所述上层介质基板的圆心呈对称布置的两部分金属条带，每部分金属条带包括主体部、第一径向部和第二径向部，所述主体部呈S型结构，所述第一径向部从所述主体部的一端延伸至所述上层介质基板的圆心，所述第二径向部从所述主体部的另一端延伸至所述上层介质基板的边缘，所述第二径向部位于所述第一径向部的延伸线上。
6.根据权利要求5所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，所述电偶极子的金属条带的宽度为1.3mm-1.8mm，所述金属条带的总长度为93mm-98mm。
7.根据权利要求1所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，所述上层介质基板和所述下层介质基板的厚度均为0.5mm-1mm，且所述上层介质基板和所述下层介质基板的半径均为15mm-17mm。
8.根据权利要求1所述的电小平面惠更斯源天线，其特征在于，所述电偶极子、所述磁偶极子以及所述第一激励条带与第二激励条带均为厚度相同的金属贴片。
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