CN107645051A - 一种正多边形贴片的圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正多边形贴片的圆极化天线，包括正N边形金属贴片、与金属贴片的馈电端口连接的微带馈线、位于金属贴片下方的PCB板、位于PCB板下方的地板、地板具有挖空的正N边形空槽，空槽中设置有矩形贴片。空槽的边长大于金属贴片的边长且位于金属贴片的正下方，空槽与金属贴片之间的环缝以构成电容加载，金属贴片和矩形贴片耦合短路以构成电感加载，N为大于或等于6的正整数。由此可见，空槽和金属贴片之间形成环形缝隙构成电容加载、矩形贴片和金属贴片耦合短路从而构成电感加载，使得该天线在工作频段内实现圆极化定向性辐射。另外，本天线采用单点馈电设计，结构简单，无需外接圆极化馈电网络，且可形成较好的圆极化辐射效果。
Description
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种正多边形贴片的圆极化天线。
背景技术
随着现代通信技术的发展，单纯的线极化很难满足通信要求。因此圆极化备受人们关注，在当前的应用愈加广泛。圆极化天线的实用意义主要体现在：
1、圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线；
2、在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性；
3、圆极化入射到对称目标(如平面、球面等)时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。
较为常见的圆极化天线有单点馈电和多点馈电的方式，其中，采用单点侧馈技术实现圆极化是当前的研究热点，但现有技术中，单点馈电的圆极化天线结构比较复杂，且不具有定向性能，这是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种正多边形贴片的圆极化天线，具有结构简单和定性辐射性能的特点。
为解决上述技术问题，本发明提供一种正多边形贴片的圆极化天线，其特征在于，包括正N边形金属贴片、与所述金属贴片的单点馈电端口连接的微带馈线、位于所述金属贴片下方的PCB板、位于所述PCB板下方的地板、所述地板具有挖空的正N边形空槽，所述空槽中设置有矩形贴片；
其中，所述空槽的边长大于所述金属贴片的边长且位于所述金属贴片的正下方，所述空槽与所述金属贴片之间的环缝以构成电容加载，所述金属贴片和所述矩形贴片耦合短路以构成电感加载，N为大于或等于6的正整数。
优选地，N为6。
优选地，所述微带馈线具体包括第一微带馈线和第二微带馈线。
优选地，所述PCB板具体为矩形，所述金属贴片位于所述PCB板的中心。
优选地，所述PCB板的相对介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1.6mm，双面覆铜板的厚度均为35μm。
优选地，所述PCB板的长度为36mm，宽度为26mm。
优选地，所述金属贴片的边长为5.8mm。
优选地，所述空槽的边长为8mm。
优选地，所述矩形贴片的长度为9mm，宽度为1mm。
优选地，所述微带馈线的中线与所述金属贴片的一条边的中点重合。
本发明所提供的正多边形贴片的圆极化天线，空槽和金属贴片之间形成环形缝隙，该环形缝隙构成电容加载、矩形贴片和金属贴片耦合短路从而构成电感加载，使得该天线在工作频段内实现圆极化定向性辐射。另外，本天线采用单点馈电设计，结构简单，易于集成，与其他圆极化微带天线比较无需外接圆极化馈电网络，且可形成较好的圆极化辐射效果，此外，该设计实现了天线与网络一体化设计，可实现阵列天线设计，适用于要求圆极化天线的检测仪器设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的整体结构图；
图2为本发明实施例提供的一种金属贴片和PCB板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种地板和矩形贴片的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的回波损耗图；
图5为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的电磁仿真轴比曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的xz和yz截面上的增益方向图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种正多边形贴片的圆极化天线，具有结构简单和定性辐射性能的特点。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
由此可见，如何在采用单馈电技术的基础上通过加载电容和电感的方式实现天线的圆极化、简单化、小型化和定向性设计是相关领域人员亟待解决的问题。
图1为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的整体结构图。图2为本发明实施例提供的一种金属贴片和PCB板的结构示意图。图3为本发明实施例提供的一种地板和矩形贴片的结构示意图。需要说明的是，图1中是爆炸图，只是为了说明器件之间的位置关系。如图1-3所示，该天线包括正N边形金属贴片1、与金属贴片1的馈电端口连接的微带馈线、位于金属贴片1下方的PCB板4、位于PCB板4下方的地板5、地板5具有挖空的正N边形空槽6，空槽6中设置有矩形贴片7。
其中，空槽6的边长大于金属贴片1的边长且位于金属贴片1的正下方，空槽6与金属贴片1之间的环缝以构成电容加载，金属贴片1和矩形贴片7耦合短路以构成电感加载，N为大于或等于4的正整数。
可以理解的是，图1-3中金属贴片1和空槽6均为正6边形(N为6)只是一种具体应用场景，还可以选取其他数目的多边形，例如正7边形、正8边形、正9边形、正10边形等，本实施例不再赘述。由于空槽6的边长大于金属贴片1的边长，因此，空槽6的面积也大于金属贴片1的面积，在放置过程中，二者中间设置有PCB板4，但是需要保证空槽6位于金属贴片1的正下方，使得空槽6和金属贴片1之间形成环形缝隙，该环形缝隙构成电容加载。
矩形贴片7是设置在空槽6中的，因此，矩形贴片7的每个边都应该在空槽6中，最多有一个边与空槽6的一个边重合。作为一种优选的实施方式，矩形贴片7有一个边与空槽6的一个边重合，并且矩形贴片7中发生重合的那个边的一个端点与空槽6中发生重合的那个边的一个端点重合，更具体的，矩形贴片7与微带馈线平行，且与矩形贴片7重合的空槽6的那个边与微带馈线和金属贴片1连接的那个边是对边的关系，如图1或3所示。矩形贴片7和金属贴片1耦合短路从而构成电感加载。在具体实施中，矩形贴片7的一条宽边与空槽6的一条边重合，其中的一个顶点与空槽6的一个顶点重合，如图3所示，矩形贴片7的顶点A(顶点A也是空槽6的其中一个顶点)距离地板5的左侧边长度为0.35W1，顶点A距离地板5的上边长度为0.31L1。当W1为26mm，L1为36mm时，则顶点A距离左侧边的长度为9mm，顶点A距离上边的长度为11mm。可以理解的是，矩形贴片7的具体放置位置需要根据空槽6的边长、矩形贴片7自身的尺寸等因素确定，图3只是一种优选地实施方式。
微带馈线是将天线与外部的馈电设备连接，从而实现天线单点馈电，可以理解地是，微带馈线的长度以及宽度，甚至选取几条需要根据实际的阻抗决定，只要满足阻抗匹配即可。微带馈线可以由若干条不同参数的微带馈线组成，但是只要保证馈电点只有一个即可。
本实施例提供的正多边形贴片的圆极化天线，包括正N边形金属贴片、与金属贴片的馈电端口连接的微带馈线、位于金属贴片下方的PCB板、位于PCB板下方的地板、地板具有挖空的正N边形空槽，空槽中设置有矩形贴片；其中，空槽的边长大于金属贴片的边长且位于金属贴片的正下方，空槽与金属贴片之间的环缝以构成电容加载，金属贴片和矩形贴片耦合短路以构成电感加载，N为大于或等于6的正整数。由此可见，空槽和金属贴片之间形成环形缝隙，该环形缝隙构成电容加载、矩形贴片和金属贴片耦合短路从而构成电感加载，使得该天线在工作频段内实现圆极化定向性辐射。另外，本天线采用单点馈电设计，结构简单，易于集成，与其他圆极化微带天线比较无需外接圆极化馈电网络，且可形成较好的圆极化辐射效果，此外，该设计实现了天线与网络一体化设计，可实现阵列天线设计，适用于要求圆极化天线的检测仪器设备中。
如图2所示，作为一种优选地实施方式，微带馈线具体包括第一微带馈线2和第二微带馈线3。
例如为了满足阻抗匹配，可以通过多段的微带馈线的组合实现馈电，图2中，通过第一微带馈线2和第二微带馈线3的组合实现。优选地，微带馈线的中线与金属贴片1的一条边的中点重合。具体参数需要依据阻抗匹配规则选取，本实施实例不再赘述。
作为一种优选地实施方式，PCB板4具体为矩形，金属贴片1位于PCB板4的中心。PCB板4的相对介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1.6mm，双面覆铜板的厚度均为35μm。
为了让本领域技术人员更加清楚本发明提供个天线的具体参数，下文中将以具体尺寸进行说明。
如图2所示，PCB板4的长度L1为36mm，宽度W1为26mm。在此基础上，金属贴片1的边长LP为5.8mm。第一微带馈线2的长度L2为6.6mm，宽度W2为1mm，第二微带馈线3的长度L3为5.5mm，宽度W2为1.76mm。底板的尺寸与PCB板4的尺寸相同，即地板5的长度L1为36mm，宽度W1为26mm。空槽6的边长LD为8mm。矩形贴片7的长度L4为9mm，宽度W4为1mm。
图4为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的回波损耗图。如图4所示，横轴表示频率，纵轴表示回波损耗，该天线的工作中心频率为5.8GHz，工作频带为5.34GHz-6.19GHz，绝对带宽达到0.85GHz，满足宽带天线的要求。
图5为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的电磁仿真轴比曲线图。如图5所示，横轴表示辐射角度，纵轴表示轴比，在主辐射方向-48.7deg～15.0deg范围内，轴比均小于3dB，表明圆极化效果较好。
图6为本发明实施例提供的一种正多边形贴片的圆极化天线的xz和yz截面上的增益方向图。如图6所示，xz截面上的增益方向图表明该天线沿z轴方向的辐射最强，yz截面上的增益方向图表明该天线沿z轴和-z轴方向的辐射非常集中，从而说明所设计天线具有良好的定向辐射性能。
以上对本发明所提供的正多边形贴片的圆极化天线进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种正多边形贴片的圆极化天线，其特征在于，包括正N边形金属贴片、与所述金属贴片的单点馈电端口连接的微带馈线、位于所述金属贴片下方的PCB板、位于所述PCB板下方的地板、所述地板具有挖空的正N边形空槽，所述空槽中设置有矩形贴片；
其中，所述空槽的边长大于所述金属贴片的边长且位于所述金属贴片的正下方，所述空槽与所述金属贴片之间的环缝以构成电容加载，所述金属贴片和所述矩形贴片耦合短路以构成电感加载，N为大于或等于6的正整数。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，N为6。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带馈线具体包括第一微带馈线和第二微带馈线。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述PCB板具体为矩形，所述金属贴片位于所述PCB板的中心。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述PCB板的相对介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1.6mm，双面覆铜板的厚度均为35μm。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述PCB板的长度为36mm，宽度为26mm。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述金属贴片的边长为5.8mm。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述空槽的边长为8mm。
9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述矩形贴片的长度为9mm，宽度为1mm。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的天线，其特征在于，所述微带馈线的中线与所述金属贴片的一条边的中点重合。
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