CN106299673A - 一种小型宽带圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小型宽带圆极化天线，包括依次贴合的耦合辐射介质板、粘接层、支撑介质板和馈电板，馈电板位于支撑介质板下方，且通过短路探针和馈电探针连接。耦合辐射介质板、支撑介质板和馈电板之间通过耦合馈电有效展宽天线带宽，短路探针加载有效缩小天线尺寸，耦合辐射介质板加载L型微扰元延长了电流路径，缩小了天线尺寸，并且展宽了天线轴比带宽。本发明可以在保证增益的基础上有效缩小天线的体积，增加天线的带宽，满足多种系统对于圆极化天线的尺寸及性能需求。

Description

一种小型宽带圆极化天线
技术领域
本发明涉及一种微带天线，可应用于无线通信或是接收卫星导航信号。
背景技术
由于微带天线很容易获得圆极化辐射特性，所以它在现代各种通信系统的发展过程中具有非常广泛的应用。随着科技发展，通信系统对圆极化天线的指标要求逐渐提高，当前天线已经不仅仅需要实现圆极化轴比特性和阻抗特性，而且还希望圆极化天线具有其它特性，如多频、宽带高增益、小型化等。
通常卫导终端接收天线采用微带天线的基本形式，其具有剖面低、易共形、结构简单易实现的优点。目前实现天线的小型化常用的方法有提高介质基板的介电常数或者在天线辐射贴片表面开槽等方法。提高介质基板的介电常数可以降低微带天线的介质波长，达到缩减辐射贴片尺寸的目的，但是较高的介电常数一定程度会增加介质板材的损耗，减小天线的增益，降低辐射效率；而在辐射贴片表面开槽可以增加表面电流的路径从而缩减贴片的尺寸，但同时会减小天线的工作带宽，无法满足系统的使用要求。在一般的圆极化微带天线上添加多个“微扰元”可以很好地增大天线的阻抗和轴比带宽，而加载短路探针则可以起到延长电流路径，缩小天线尺寸的作用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型宽带圆极化天线，使用电磁耦合馈电，短路探针加载及L型微扰元加载的结构形式，有效缩小了接收天线的尺寸，展宽天线带宽。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小型宽带圆极化天线，包括依次贴合的耦合辐射介质板、粘接层、支撑介质板和馈电板。
所述耦合辐射介质板上层覆铜作为上层辐射贴片，包括中部主辐射贴片和边缘四个L型微扰元辐射贴片；所述中部辐射贴片通过一个短路探针与支撑介质板下层金属地及馈电板连接；所述四个L型微扰元辐射贴片的末端分别通过一个短路探针与支撑介质板下层金属地及馈电板连接；
所述粘接层粘接耦合辐射介质版与支撑介质板；
所述支撑介质板双面覆铜，上层为2个上层十字形耦合馈电贴片，下层为金属地；每个上层十字形耦合馈电贴片中部通过馈电探针与馈电板连接，但不与下层金属地连接；
所述馈电板是双面覆铜的介质板，上层为接地板，下层为馈电电路；上层接地板和支撑介质板的下层金属地连接；上层接地板和下层馈电电路通过短路探针连接，且上层接地板不与馈电探针连接。
所述的馈电探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在支撑介质板的上层十字形耦合馈电贴片上。
所述的短路探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在耦合辐射介质板的上层辐射贴片上。
所述的馈电板下层馈电电路通过射频线缆连接后端射频电路。
所述耦合辐射介质板的介电常数为9.6，厚度为1mm；所述粘接层的介电常数为4.4，厚度为0.2mm；所述支撑介质板的介电常数为9.6，厚度为4mm。
所述中部辐射贴片的形状为正八边形，其中互不相临的四条边平行于耦合辐射介质板的边沿，且这四条边中部的向外延伸部分平行于对应的耦合辐射介质板边沿；所述L型微扰元辐射贴片的两边分别平行于耦合辐射介质板两条相邻的边沿。
本发明的有益效果是：
第一，通过电磁耦合馈电展宽天线带宽。
第二，通过短路探针加载缩小天线尺寸。
第三，通过加载L型微扰元延长了电流路径，缩小了天线尺寸，并且展宽了天线轴比带宽。
附图说明
图1为天线整体结构的侧视图；
图2为天线印制板的耦合辐射介质板结构图，其中，(a)为俯视图，(b)为仰视图；
图3为天线印制板的支撑介质板结构图，其中，(a)为俯视图，(b)为仰视图；
图4为馈电板结构图，其中，(a)为俯视图，(b)为仰视图；
图5为天线驻波图；
图6为天线方向图；
图7为天线轴比图；
图8为天线增益曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明包括天线印制板、馈电板、馈电探针、短路探针和射频线缆。
所述天线印制板包括耦合辐射介质板，粘接层，支撑介质板。所述耦合辐射介质板上层覆铜、介电常数9.6，厚度1mm，上层覆铜部分为上层辐射贴片。所述上层辐射贴片是由中部主辐射贴片和边缘四个L型微扰元辐射贴片组成，所述中部辐射贴片通过一个短路探针与支撑介质板下层金属地及馈电板连接。所述四个L型微扰元辐射贴片的末端分别通过一个短路探针与下层金属地及馈电板连接。所述粘接层是介电常数4.4，厚度0.2mm的介质板，粘接耦合辐射介质版与支撑介质板。所述支撑介质板是双面覆铜介电常数9.6，厚度4mm的板材，包括2个上层十字形耦合馈电贴片和下层金属地。所述每个上层十字形耦合馈电贴片中部通过馈电探针与馈电板连接，但不与下层金属地连接。所述下层金属地中部通过短路探针与上层辐射贴片中部连接，边缘部分通过短路探针与上层四个L型微扰元辐射贴片的末端连接，下层金属地通过馈电探针的部分为隔离环两个，使得上层辐射贴片与下层金属地不短路。
所述的馈电板是双面覆铜的介质板，在天线印制板的下层，两者通过馈电探针和短路探针焊接在一起。馈电板包括上层接地板和下层馈电电路。所述上层接地板和天线印制板的支撑介质板下层金属地相连接。所述的馈电电路包括50欧姆电阻、正交功分移相器，分别焊接在下层馈电电路上。馈电板的上层接地板和下层馈电电路通过中央的短路探针相连接并且和耦合辐射介质板上层辐射贴片相连接。下层馈电电路通过两个馈电探针和支撑介质板的上层十字形耦合馈电贴片相连接，而馈电板上层接地板上的两个隔离环使其与馈电探针隔离。
所述的馈电探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在支撑介质板的上层十字形耦合馈电贴片上。
所述的短路探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在耦合辐射介质板的上层辐射贴片上。
所述的射频线缆一端焊接在馈电板下层馈电电路上，另一端可连接后端射频电路。
如图1所示，本发明的实施例包括天线印制板1、馈电板2、馈电探针3、短路探针4及射频线缆5。
天线印制板1由耦合辐射介质板11、粘接层12、支撑介质板13构成。
耦合辐射介质板11采用介电常数为9.6、厚度1mm的单面覆铜介质板，覆铜部分为上层辐射贴片，由中部主辐射贴片14和边缘四个L型微扰元辐射贴片15组成。中部主辐射贴片14有一个通孔51贯穿整个天线印制板1及馈电板2，短路探针4从其中穿过，连接中部主辐射贴片14和支撑介质板13的下层金属地以及馈电板2。边缘四个L型微扰元辐射贴片15末端各有一个通孔51贯穿整个天线印制板1及馈电板2，短路探针4从其中穿过，连接中部主辐射贴片14和支撑介质板13的下层金属地以及馈电板2。
粘接层12是不覆铜的的介质板，材料介电常数4.4，厚度0.2mm，将耦合辐射介质板11和支撑介质板3紧密粘接，保证耦合间距。
支撑介质板13采用介电常数为9.6、度4mm的双面覆铜介质板，由两个上层十字形耦合馈电贴片16和下层金属地17构成。每个上层十字形耦合馈电贴片中心有一个内壁金属化的通孔52，馈电探针3从其中穿过，与馈电板2的下层馈电电路22连接。下层金属地17的中心和四边缘各有一个内壁金属化的通孔51，短路探针4从其中穿过，连接下层金属地17和耦合辐射介质板11的中部主辐射贴片14和边缘四个L型微扰元辐射贴片15。下层金属地17的中心周围有两个隔离环6，将通孔52和下层金属地17隔离开。
馈电板2包括上层接地板21和下层馈电电路22。馈电板2上有很多均匀分布的内壁金属化通孔53以保证良好接地，馈电板2四个角上有四个大的通孔54用于固定螺丝使用。上层接地板21中心和四边缘内壁金属化的通孔51，用于穿过短路探针4。中心周围两个通孔52用于穿过馈电探针3，其周围隔离环6使馈电探针3和上层接地板21隔离。下层馈电电路22上需焊接50欧姆负载23，正交功分移相器24，两个馈电探针3，五个短路探针4及射频线缆5。通过正交功分移相器24，天线两个馈点即可产生90°相差馈电，实现天线圆极化。
采用本实施方法的小型宽带圆极化天线，天线尺寸可以缩小到24mm*24mm，天线单元驻波2以下带宽可以达到100MHz以上，轴比2以下带宽40MHz以上，天线增益3.4dB。天线性能优良，可以满足多种系统对于圆极化天线的尺寸及性能需求。

Claims (6)

1.一种小型宽带圆极化天线，包括依次贴合的耦合辐射介质板、粘接层、支撑介质板和馈电板，其特征在于：所述耦合辐射介质板上层覆铜作为上层辐射贴片，包括中部主辐射贴片和边缘四个L型微扰元辐射贴片；所述中部辐射贴片通过一个短路探针与支撑介质板下层金属地及馈电板连接；所述四个L型微扰元辐射贴片的末端分别通过一个短路探针与支撑介质板下层金属地及馈电板连接；所述粘接层粘接耦合辐射介质版与支撑介质板；所述支撑介质板双面覆铜，上层为2个上层十字形耦合馈电贴片，下层为金属地；每个上层十字形耦合馈电贴片中部通过馈电探针与馈电板连接，但不与下层金属地连接；所述馈电板是双面覆铜的介质板，上层为接地板，下层为馈电电路；上层接地板和支撑介质板的下层金属地连接；上层接地板和下层馈电电路通过短路探针连接，且上层接地板不与馈电探针连接。
2.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化天线，其特征在于：所述的馈电探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在支撑介质板的上层十字形耦合馈电贴片上。
3.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化天线，其特征在于：所述的短路探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在耦合辐射介质板的上层辐射贴片上。
4.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化天线，其特征在于：所述的馈电板下层馈电电路通过射频线缆连接后端射频电路。
5.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化天线，其特征在于：所述耦合辐射介质板的介电常数为9.6，厚度为1mm；所述粘接层的介电常数为4.4，厚度为0.2mm；所述支撑介质板的介电常数为9.6，厚度为4mm。
6.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化天线，其特征在于：所述中部辐射贴片的形状为正八边形，其中互不相临的四条边平行于耦合辐射介质板的边沿，且这四条边中部的向外延伸部分平行于对应的耦合辐射介质板边沿；所述L型微扰元辐射贴片的两边分别平行于耦合辐射介质板两条相邻的边沿。
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