CN107046168A - 一种微带天线 - Google Patents

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毕科
许建春
黄善国
郝亚楠
王青敏
张家萌
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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Abstract

本发明公开一种微带天线。所述微带天线包括：介质基板、接地板和辐射贴片，接地板和辐射贴片分别设置在介质基板的两个相对设置的面上，介质基板和接地板设有中心孔，中心孔处设置有接头，辐射贴片和接地板通过接头电连接，其中：辐射贴片包括：S形贴片和多个微型贴片，S形贴片和多个微型贴片通过传输线分别连接；S形贴片包括两个圆弧贴片和一个条形贴片，两个圆弧贴片通过条形贴片连接且相对于条形贴片旋转对称，两个圆弧贴片与中心孔同心设置；多个微型贴片在两个圆弧贴片内侧，沿与两个圆弧同心的圆周均匀设置。本发明提供的微带天线，通过微带天线上辐射贴片的S形贴片和多个微型贴片能够产生涡旋电磁波，上述微带天线体积小且便于操作。

Description

一种微带天线
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种微带天线。
背景技术
涡旋电磁波是一种具有特殊波前结构的电磁波，因等相位面呈涡旋状而得名涡旋电磁波，在增加频谱利用率和测速等领域具有较好的应用前景。
目前，产生涡旋电磁波的方法有三种：反射法、透射法和相控阵天线。反射法结构简单，易于实现，但是这种方式只能针对特定的频率做出响应，并且反射波的模式数难移确定，不利于对回波信号进行处理。透射法是利用平面波在介质中的传播常数与在空气中的不同，通过利用介质基板从而实现相移，产生涡旋电磁波；一种实现方法是改变介质基板厚度，利用厚度的不同实现相位的均匀梯度；另一种方法是控制介电常数的大小使其均匀变化；但是，通过分析会发现这种方法只能针对一定的频率，并且产生的涡旋电磁波也只能集中在介质基板大小的区域内，而介质基板外的区域依然是平面波。相控阵天线方法需要使用数字移相器进行阵列天线相位配置，但其使用的设备体积比较大，结构比较复杂不利于实际的应用。
因此，如何提供一种体积小、便于操作的产生涡旋电磁波的装置成为业界亟须解决的重要课题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种微带天线。
本发明提出一种微带天线，包括：介质基板、接地板和辐射贴片，所述接地板和所述辐射贴片分别设置在所述介质基板的两个相对设置的面上，所述介质基板和所述接地板设有中心孔，所述中心孔处设置有接头，所述辐射贴片和所述接地板通过所述接头电连接，其中：
所述辐射贴片包括：S形贴片和多个微型贴片，所述S形贴片和所述多个微型贴片通过传输线分别连接；
所述S形贴片包括两个圆弧贴片和一个条形贴片，所述两个圆弧贴片通过所述条形贴片连接且相对于所述条形贴片旋转对称，所述两个圆弧贴片与所述中心孔同心设置；
所述多个微型贴片在所述两个圆弧贴片内侧，且沿与所述两个圆弧同心的圆周均匀设置。
本发明提供的微带天线，通过微带天线上辐射贴片的S形贴片和多个微型贴片能够产生涡旋电磁波，上述微带天线体积小且便于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例微带天线的俯视结构示意图；
图2为本发明实施例微带天线A-A剖面结构示意图；
图3为本发明实施例微带天线相位分布仿真图；
附图标记说明：
1-辐射贴片； 2-介质基板；
3-接地板； 4-接头；
11-圆弧贴片； 12-微型贴片；
13-条形贴片； 14-传输线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例微带天线的结构示意图，图2为本发明实施例微带天线A-A剖面结构示意图，如图1和图2所示，本发明提供的微带天线，包括：介质基板2、接地板3和辐射贴片1。
接地板3和辐射贴片1分别设置在介质基板2的两个相对设置的面上，介质基板2和接地板3设置有同心的中心孔，所述中心孔处设置有接头4，辐射贴片1和接地3板通过接头4电连接；辐射贴片1包括：S形贴片和多个微型贴片12，所述S形贴片和多个微型贴12片通过传输线14分别连接；所述S形贴片包括两个圆弧贴片11和一个条形贴片13，两个圆弧贴片11通过条形贴片13连接且相对于条形贴片11旋转对称，两个圆弧贴片11与所述中心孔同心设置；多个微型贴片12在两个圆弧贴片11内侧，且沿与两个圆弧贴片11同心的圆周均匀设置。
介质基板2作为载体，承载接地板3和辐射贴片1，接地板3用于反射辐射贴片1产生的电磁波，辐射贴片1用于产生涡旋电磁波。信号通过接头4传输到辐射贴片1，所述S形贴片和传输线14把信号传播到微型贴片12，微型贴片12用于产生涡旋电磁波。接头4可以采用SMA接头。
下面对本发明的微带天线的设计原理进行说明。首先，要根据设计的需要选定涡旋电磁波的中心频率，所有后续的结构都是从这里出发考虑的。接着，确定微型贴片12的数量n，微型贴片12的数量要保证能够获得形状比较标准的涡旋电磁波，同时数量也不能很多以至于导致所述微带天线的体积太大。在确定微型贴片12的数量n后，确定设计的涡旋电磁波的模数m，根据确定相邻天线的相位差而其中Δl为相邻微型贴片12在圆弧贴片11上间距，λ为电磁波长，可以得到Δl＝λ/n+Nλ，其中N为非负整数。因此，圆弧贴片11的周长L＝n*Δl＝(1+8N)λ，根据周长L即可得出圆弧贴片11的半径。微型贴片12的尺寸根据阻抗匹配公式获得，主要调整其尺寸使得其发射的电磁波的频率和设计需要的一致即可。有了上述圆弧贴片11的尺寸和微型贴片12的尺寸，可以对上述圆弧贴片11和微型贴片12构成的微带天线进行涡旋电磁波仿真实验，根据仿真的结果对圆弧贴片11和微型贴片12的尺寸进行调整，经过不断地仿真优化，得出最终的结构尺寸。
下面对本发明提供的微带天线产生涡旋电磁波的过程进行说明。信号通过接头4传输到辐射贴片1，信号再从辐射贴片1的中心经过条形贴片13和两个圆弧贴片11以及传输线14传输到多个微型贴片12上，由于多个微型贴片12沿圆周均匀分布，相邻的微型贴片12产生的电磁波具有相同的相位差，并且该相位差满足 多个具有相同相位差微型贴片12所发出的电磁波相互干涉，产生了具有螺旋形状波前的涡旋电磁波。理论上微型贴片12的数量越多，所产生的涡旋电磁波的形状就越标准。
本发明提供的微带天线，通过微带天线上辐射贴片的S形贴片和多个微型贴片能够产生涡旋电磁波，上述微带天线体积小且便于操作。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述微型贴片12数量为偶数。微型贴片12数量为偶数更容易产生标准的涡旋电磁波。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述微型贴片12数量为8个。8个微型贴片12能够保证获得形状比较标准的涡旋电磁波，同时数目也不会很多，从而避免所述微带天线的体积太大。
在上述各实施例的基础上，进一步地，介质基板2和接地板3均为正方形且边长相等。例如，介质基板为边长为40mm的正方形，厚度为1mm，介电常数为3.0，接地板3的边长也是40mm的正方形，厚度为0.018mm，介电常数为5.8x107的敷铜。
在上述各实施例的基础上，进一步地，介质基板2和接地板3均为圆形且半径相等。
在上述各实施例的基础上，进一步地，微型贴片12为矩形。例如，微型贴片12采用宽度为5mm，长度为6mm，且厚度都为0.018mm的矩形贴片。
下面通过一具体的实施例对本发明提供的微带天线进行说明。为获得中心频率为10GHz和模数为1的涡旋电磁波，介质基板2采用边长为40毫米的正方形，厚度为1毫米，介电常数为3.0；接地板3采用介质基板2相同边长的正方形，厚度为0.018毫米，介电常数为5.8x107；辐射贴片1由厚度均匀的几何形状组成，各部分的厚度都为0.018毫米，其中：S形贴片的圆弧贴片11的半径为27毫米，宽度为2毫米，条形贴片13的长度为54mm，宽度也是2毫米；S形贴片的两个缺口部分的圆心角为22.2度。微型贴片12采用8个相同的矩形贴片，矩形贴片的宽度为5毫米，长度为6毫米；传输线14的宽度为1.6毫米，长度为4.5毫米。为了采用同轴馈电，在介质基板2和接地板3的中心钻半径为1毫米的小孔，小孔的中心和辐射贴片的中心相重合，小孔处焊接有SMA接头。
把SMA接头的另一端连接到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪发射固定频率的正弦波通过SMA接头传输到辐射贴片1，上述正弦波通过辐射贴片1中心沿S形贴片和传输线14分别传输到8个矩形贴片，相邻矩形贴片发射的电磁波的相位差为45度，相邻矩形贴片发出的电磁波相互干涉，产生了具有螺旋形状波前的涡旋电磁波。
图3为本发明实施例微带天线相位分布仿真图，所使用的微带天线即上一实施例的微带天线，相位分布的平面距离所述微带天线表面的垂直距离为60cm，如图3所示，可以明显地看出相位分布呈螺旋形状并且围绕中心旋转一周，相位变化360度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种微带天线，其特征在于，包括介质基板、接地板和辐射贴片，所述接地板和所述辐射贴片分别设置在所述介质基板的两个相对设置的面上，所述介质基板和所述接地板设置有中心孔，所述中心孔处设置有接头，所述辐射贴片和所述接地板通过所述接头电连接，其中：
所述辐射贴片包括：S形贴片和多个微型贴片，所述S形贴片和所述多个微型贴片通过传输线分别连接；
所述S形贴片包括两个圆弧贴片和一个条形贴片，所述两个圆弧贴片通过所述条形贴片连接且相对于所述条形贴片旋转对称，所述两个圆弧贴片与所述中心孔同心设置；
所述多个微型贴片在所述两个圆弧贴片内侧，且沿与所述两个圆弧贴片同心的圆周均匀设置。
2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微型贴片数量为偶数。
3.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述微型贴片数量为8个。
4.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述介质基板和所述接地板均为正方形且边长相等。
5.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述介质基板和所述接地板均为圆形且半径相等。
6.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微型贴片为矩形。
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