CN108172990A - 一种紧凑型高增益全向圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型高增益全向圆极化天线，通过一分四的T型平行带线功分网络给天线各部分馈电，实现了天线的小型化，使用两个周期加载平行带线构成的全向水平极化环天线、两个全向垂直极化对称振子天线，并在结构上对称放置，实现了天线高增益紧凑型的特点。

Description

一种紧凑型高增益全向圆极化天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体为一种高增益全向圆极化天线。

背景技术

随着无线电通信系统的快速发展，简单的线极化天线已经很难满足通信系统的要求，更多的圆极化天线被广泛地应用到通信系统中。全向圆极化天线由于其全向辐射图和圆极化属性而引起了极大的关注。全向辐射使一个天线覆盖面积大，从而简化系统的配置；圆极化属性可以确保接收天线和发射天线之间的自由对准，避免极化失配的状况出现；全向圆极化辐射特性保证无线接入可以在任何地方实现，并减轻诸如由物体周围和地面之间的许多散射引起的多径反射等。因此，全向圆极化天线广泛应用在射频识别(RFID)，无线局域网(WLAN)，全球定位系统(GPS)等无线系统中。现有的全向圆极化天线不能兼并紧凑、高增益的性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有技术中全向圆极化天线在高增益情况下的小型化问题，本发明提出一种紧凑型高增益全向圆极化天线。通过一分四的T型平行带线功分网络给天线各部分馈电，实现了天线的小型化，使用两个周期加载平行带线构成的全向水平极化环天线、两个全向垂直极化对称振子天线，并在结构上对称放置，实现了天线高增益紧凑型的特点。

技术方案

一种紧凑型高增益全向圆极化天线，其特征在于包括第一导电条带、第二导电条带、垂直介质基板、第三导电条带、上水平介质基板、第一金属通孔、第四导电条带、下水平介质基板、第五导电条带、第六导电条带和第七导电条带；下水平介质基板与上水平介质基板结构相同，对称插入垂直介质基板上，馈电相位相差180°；第一导电条带和第二导电条带分别位于上水平介质基板的上下两表面，组成周期性间隔的平行带线；第三导电条带和第六导电条带分别位于垂直介质基板的上下两表面，组成平行带线馈电网络，给上水平介质基板和下水平介质基板上的平行带线馈电；垂直介质基板的上下两表面都印有偶极子的臂第四导电条带和第七导电条带，第四导电条带与第三导电条带连接，第七导电条带与第六导电条带连接，偶极子的臂两面通过第一金属通孔相连，第三导电条带的末端与同轴线的内芯相连，同轴线的外皮与第五导电条带连接，第五导电条带通过第二金属通孔与下层的第六导电条带相连接。

所述的平行带线的内圆离圆心13.5mm，宽度为4mm，每段带线所在圆弧对应的圆心角均为54°。

所述的平行带线馈电网络总长为一个波长，保证了每个单元相位不同。

所述的第一水平介质基板、第二水平介质基板和垂直介质基板的相对介电常数均为2.65，厚度为1mm。

有益效果

本发明提出的一种紧凑型高增益全向圆极化天线，实现了在方位面上的全向圆极化紧凑高增益的性能，在天线底部将平行带线转移到微带线的结构，以消除同轴电缆的不平衡电流。此外，天线可以看作是两个单元组成的阵列，因此实现了高增益特性，而且天线布局紧凑，整体尺寸较小。

第三导电条带和第六导电条带组成的平行带线馈电网络结构紧凑，且在底部有平衡结构如图所示第六导电条带；上水平介质基板和下水平介质基板对称放置，以实现更好的全向特性；第一馈电口在天线底部，同轴电缆对天线全向特性的影响大大降低。

附图说明

图1本发明立体结构图：(a)整体天线视图(b)全向环天线视图

图2本发明平面图。(a)前视图(b)后视图

图3本发明馈电网络平面图

图4全向环天线表面电流分布图

图5反射系数图

图6方位面轴比图

图7方位面的辐射方向图

图8俯仰面的辐射方向图

1-第一导电条带，2-第二导电条带，3-第二馈电口，4-垂直介质基板，5-第三导电条带，6-上水平介质基板，7-第一金属通孔，8-第四导电条带，9-下水平介质基板，10-第一馈电口，11-第五导电条带，12-第二金属通孔，13-第六导电条带，14-第七导电条带。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种紧凑型高增益全向圆极化天线，包括三个部分，馈电网络，一对垂直放置的偶极子和两个周期加载平行带线构成的全向水平极化环天线。偶极子和馈电网络印刷在垂直基板上，并且全向环天线被印刷在水平基板上。两种介质基板的相对介电常数均为2.65，厚度为1mm。在垂直基板上插入全向环天线，并且馈电相位有180°相位差。馈电网络由平行的带状线组成，垂直基底的底部具有平衡的结构。偶极子被印刷在垂直介质基板的每一侧。为了获得更好的全方位性能，垂直介质基板的每一侧都印有偶极子的臂，偶极子的臂通过金属通孔相连接。

所描述的全向环天线的内圆离圆心13.5mm，宽度为4mm。

所描述的全向环天线由周期加载平行带线构成，每段带线所在圆弧对应的圆心角均为54°。

所描述的偶极子天线的每个偶极子臂上有9个金属通孔，且通孔的直径均为1mm。

所描述的底部馈电部分采用同轴馈电方式。

如图1、图2所示，为天线的整体结构示意图，包括第一导电条带1，第二导电条带2，第二馈电口3，垂直介质基板4，第三导电条带5，上水平介质基板6，第一金属通孔7，第四导电条带8，下水平介质基板9，第一馈电口10，第五导电条带11，第二金属通孔12，第六导电条带13和第七导电条带14；第一导电条带1和第二导电条带2分别位于上水平介质基板6的上下两侧，并通过第二馈电口3与由第三导电条带5和第六导电条带13组成的平行带线馈电网络相连接，上水平介质基板6和下水平介质基板9结构相同且对称放置，第四导电条带8连接馈电网络的上层第三导电条带5，第七导电条带14连接馈电网络的下层第六导电条带13，第四导电条带8和第七导电条带14为偶极子的臂，第一馈电口10与同轴线连接，在上层第五导电条带11通过第二金属通孔12与下层第六导电条带13相连接，消除同轴电缆的不平衡电流。天线整体尺寸较小50mm×29mm×170mm。

如图1、图2所示，垂直介质基板4为长方体结构(29mm×170mm)，上水平介质基板6(40mm×40mm)为正方体结构，介电常数均为2.65。第一导电条带1和第二导电条带2组成周期间隔的平行带线，内圆离圆心13.5mm，外圆离圆心17.5mm，每段带线所在圆弧对应的圆心角均为54°(间隔所在圆弧对应的圆心角均为6°)，上下平行线是错位式分布。第四导电条带8和第七导电条带14为偶极子的臂，尺寸为4mm×22mm。为了获得更好的全方位性能，垂直介质基板4的前后两面都印有偶极子的臂，偶极子的臂通过第一金属通孔7相连。天线整体尺寸为50mm×29mm×170mm。

图3是天线馈电网络的平面图，具体参数如下表所示。

图4是全向环天线的表面电流分布，说明电流是沿着环流动而保持相位不变的。图5是天线的驻波结果，结果表明天线可以同时工作在WLAN频段，带内驻波小于2.方位面的轴比图见图6，全向范围内轴比小于1.5，这表明了本发明有一个良好的全向圆属性。方向图结果见图7和图8，在方位面内不圆度小于1dB，交叉极化大于20dB。在俯仰面内增益最大值为3.5dB。

Claims (4)

1.一种紧凑型高增益全向圆极化天线，其特征在于包括第一导电条带(1)、第二导电条带(2)、垂直介质基板(4)、第三导电条带(5)、上水平介质基板(6)、第一金属通孔(7)、第四导电条带(8)、下水平介质基板(9)、第五导电条带(11)、第六导电条带(13)和第七导电条带(14)；下水平介质基板(9)与上水平介质基板(6)结构相同，对称插入垂直介质基板(4)上，馈电相位相差180°；第一导电条带(1)和第二导电条带(2)分别位于上水平介质基板(6)的上下两表面，组成周期性间隔的平行带线；第三导电条带(5)和第六导电条带(13)分别位于垂直介质基板(4)的上下两表面，组成平行带线馈电网络，给上水平介质基板(6)和下水平介质基板(9)上的平行带线馈电；垂直介质基板(4)的上下两表面都印有偶极子的臂第四导电条带(8)和第七导电条带(14)，第四导电条带(8)与第三导电条带(5)连接，第七导电条带(14)与第六导电条带(13)连接，偶极子的臂两面通过第一金属通孔(7)相连，第三导电条带(5)的末端与同轴线的内芯相连，同轴线的外皮与第五导电条带(11)连接，第五导电条带(11)通过第二金属通孔(12)与下层的第六导电条带(13)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型高增益全向圆极化天线，其特征在于所述的平行带线的内圆离圆心13.5mm，外圆离圆心17.5mm，每段带线所在圆弧对应的圆心角均为54°。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型高增益全向圆极化天线，其特征在于所述的平行带线馈电网络总长为一个波长，保证了每个单元相位不同。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型高增益全向圆极化天线，其特征在于所述的第一水平介质基板(6)、第二水平介质基板(9)和垂直介质基板(16)的相对介电常数均为2.65，厚度为1mm。