CN106384871A - F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线 - Google Patents

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Abstract

F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，属于宽带全向圆极化印刷天线领域，本发明是为了解决现有宽带全向圆极化印刷天线存在的阻抗带宽和轴比带宽过窄的问题。它的介质基板和上层辐射贴片均为圆形；下层地板为外圆周具有F型分支的圆形金属地板；上层辐射贴片印制在介质基板的上表面，下层地板印制在介质基板的下表面，介质基板、上层辐射贴片和下层地板的圆心同轴，并采用同轴探针馈电；介质基板、上层辐射贴片和下层地板上的相应钻孔通过金属过孔连接；下层地板的外圆周均匀分布5‑10个F型分支。本发明为一种宽带全向圆极化印刷天线。

Description

F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线
技术领域
本发明涉及宽带全向圆极化印刷天线，尤其涉及一种F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线。
背景技术
全向天线较传统的定向天线可以提供更大的信号覆盖范围，它能保持车载设备或者移动终端与周围不同方位角的目标进行实时通信；圆极化天线可以有效抑制多径衰落和极化失配带来的损耗，能够保证信号传输的稳定性；印刷天线由于其低剖面、易共形、易集成和低成本等优点，而具有十分广阔的应用前景。宽带全向圆极化印刷天线将低剖面、宽频带、全向性和圆极化这些优良的天线特性结合在一起，有效提高了通信基站或者移动终端的空间利用率，并降低了天线的开发成本。而现有宽带全向圆极化印刷天线由于低频段尺寸较大，使阻抗带宽和轴比带宽过窄，严重制约了该类天线的应用。
发明内容
本发明目的是为了解决现有宽带全向圆极化印刷天线存在的阻抗带宽和轴比带宽过窄的问题，提供了一种F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线。
本发明所述F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，它包括介质基板，其特征在于，它还包括上层辐射贴片和下层地板，
介质基板和上层辐射贴片均为圆形；下层地板为外圆周具有F型分支的圆形金属地板；
上层辐射贴片印制在介质基板的上表面，下层地板印制在介质基板的下表面，介质基板、上层辐射贴片和下层地板的圆心同轴，并采用同轴探针馈电；
介质基板、上层辐射贴片和下层地板的相对应位置上沿圆周方向均匀分布多个钻孔，介质基板、上层辐射贴片和下层地板上的相应钻孔通过金属过孔连接；
下层地板的外圆周均匀分布5-10个F型分支。
F型分支为7个，F型分支的竖直段底端与下层地板的外圆周连接。
F型分支的两个水平段和竖起段的宽度均相等。
上层辐射贴片和下层地板的半径均小于介质基板的半径。
本发明的优点：本发明提出的F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线满足了低剖面宽带全向圆极化的特性。可用于S波段车载导航或者通信等方面，将在未来的无线通信领域扮演不可或缺的角色。
其优点主要集中在以下几个方面：
(1)体积小、重量轻；
(2)成本低，适合量产；
(3)剖面低，从而不会影响飞行器的空气动力学性能；
(4)易共形，可以很容易的安装在卫星、导弹或者火箭上；
(5)散射截面较小；
(6)可以通过改变馈点的位置来获得不同的极化特性，如线极化和圆极化；
(7)可以通过在辐射贴片表面开曲流缝隙等方式，实现多频段工作；
(8)易集成，馈线和匹配网络可以和天线印制在同一块印刷电路板PCB上。
对本发明天线的敏感结构参数进行仿真分析和研究，再对该天线宽带全向圆极化的原理进行深入的仿真和理论分析，仿真结果表明，该天线在2.20GHz～2.62GHz的频率范围内，实现了俯仰角θ＝30°的平面内在反射系数|S11|<-10dB、轴比AR<3dB、增益G>3dB的特性，在俯仰角θ＝30°的平面内实现了全向圆极化性能。
附图说明
图1是本发明所述F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线的下表面结构示意图；
图2是F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线的上表面结构示意图；
图3是本发明仿真实验中天线的平面内在反射系数|S11|的仿真曲线图；
图4是本发明仿真实验中天线的轴比AR仿真曲线图；俯仰角θ＝30°，是天线所在球坐标系的一个坐标值；
图5是本发明仿真实验中天线的增益仿真曲线图；俯仰角θ＝30°，
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，它包括介质基板1，它还包括上层辐射贴片2和下层地板3，
介质基板1和上层辐射贴片2均为圆形；下层地板3为外圆周具有F型分支3-1的圆形金属地板；
上层辐射贴片2印制在介质基板1的上表面，下层地板3印制在介质基板1的下表面，介质基板1、上层辐射贴片2和下层地板3的圆心同轴，并采用同轴探针馈电；
介质基板1、上层辐射贴片2和下层地板3的相对应位置上沿圆周方向均匀分布多个钻孔，介质基板1、上层辐射贴片2和下层地板3上的相应钻孔通过金属过孔连接；
下层地板3的外圆周均匀分布5-10个F型分支3-1。
F型分支3-1为7个，F型分支3-1的竖直段底端与下层地板3的外圆周连接。
F型分支3-1的两个水平段和竖起段的宽度均相等。
上层辐射贴片2和下层地板3的半径均小于介质基板1的半径。
该天线的介质基板采用厚度为3mm，介电常数为2.2，介质损耗角正切<0.001的Rogers RT5880材料制成。所述F型分支3-1的方向可以为正方向的F型，也可以为与F呈镜像对称的反方向的F型，只要所有F型分支3-1的朝向一致即可。
工作原理：
本发明由于F型分支结构的存在，使天线地板周围产生了电流分布，该电流分布可以等效为一个处于地板所在平面的等效电流环。所述天线由金属过孔连接的上层辐射贴片2和下层地板3组成，天线结构等效为一个腔体模型，该腔体模型中存在的电磁场模式为TM01和TM02，这两个模式分别有各自的谐振频率，然后通过二者在驻波曲线上的双谐振效应，其辐射方向图类似于单极子天线，因此该天线结构实现了一个宽频带的似单极子天线。
如图1所示，F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线由一系列金属过孔连接的顶层圆形金属贴片和底层改进圆形金属地板组成。该天线所用圆形介质基板半径为R，顶层圆形金属贴片半径为Rp，底层改进圆形金属地板半径为Rg，连接顶层贴片和底层地板的金属过孔到圆心的距离为a，金属过孔半径为r，加载F型分支结构垂直部分长度为l，长水平部分长度为l1，短水平部分长度为l2，短水平部分距圆形地板外轮廓的垂直距离为l3，三者宽度均为W，其尺寸选择如表1。表1中尺寸为mm。
表1
本发明的仿真实验结果表明，该天线在俯仰角θ＝30°的平面内方向图不圆度在0.2dB左右，即该天线在θ＝30°的平面上具有优异的全向辐射特性。该天线的AR-|S11|带宽为2.19GHz～2.62GHz，相对带宽为17.9％。在俯仰角θ＝30°的平面内实现了良好的宽带全向圆极化性能。

Claims (4)

1.一种F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，其特征在于，它包括介质基板(1)，其特征在于，它还包括上层辐射贴片(2)和下层地板(3)，
介质基板(1)和上层辐射贴片(2)均为圆形；下层地板(3)为外圆周具有F型分支(3-1)的圆形金属地板；
上层辐射贴片(2)印制在介质基板(1)的上表面，下层地板(3)印制在介质基板(1)的下表面，介质基板(1)、上层辐射贴片(2)和下层地板(3)的圆心同轴，并采用同轴探针馈电；
介质基板(1)、上层辐射贴片(2)和下层地板(3)的相对应位置上沿圆周方向均匀分布多个钻孔，介质基板(1)、上层辐射贴片(2)和下层地板(3)上的相应钻孔通过金属过孔连接；
下层地板(3)的外圆周均匀分布5-10个F型分支(3-1)。
2.根据权利要求1所述的F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，其特征在于，F型分支(3-1)为7个，F型分支(3-1)的竖直段底端与下层地板(3)的外圆周连接。
3.根据权利要求1所述的F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，其特征在于，F型分支(3-1)的两个水平段和竖起段的宽度均相等。
4.根据权利要求1所述的F型加载改进地板的宽带全向圆极化印刷天线，其特征在于，上层辐射贴片(2)和下层地板(3)的半径均小于介质基板(1)的半径。
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