CN108428997B

CN108428997B - 宽带平面天线

Info

Publication number: CN108428997B
Application number: CN201810044263.0A
Authority: CN
Inventors: 吴文平; 尹小明
Original assignee: Harxon Corp
Current assignee: Harxon Corp
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: CN108428997A

Abstract

本发明涉及一种宽带平面天线，包括：金属腔体及馈电网络；所述金属腔体的设定表面开设有两对或两对以上相交的缝隙对；各所述缝隙对用于产生不同频段的圆极化波，且包括相互垂直且相交的两条缝隙；所述馈电网络用于向各条所述缝隙馈电。该宽带平面天线中，在馈电网络的馈电作用下，通过各对缝隙对可分别产生不同频段的圆极化波。因此，该宽带平面天线无需采用高频板，而通过各对缝隙对即可接收和发射各频段圆极化波，从而降低了成本。

Description

宽带平面天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种宽带平面天线。

背景技术

随着卫星导航以及测量技术的不断发展，卫星定位系统也得到了日益广泛的应用，例如中国北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System，BDS)、美国的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)等。随着这些卫星系统的不断成熟，且天线作为卫星信号接收的关键设备，因此具有高性能(例如宽频带、高效率)的天线已经成为了消费者追求的目标。微带天线是应用较为广泛的一种天线，然而微带天线通常需要采用高频板，成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统微带天线因采用高频板而成本较高的问题，提供一种宽带平面天线。

一种宽带平面天线，包括：金属腔体及馈电网络；所述金属腔体的设定表面开设有两对或两对以上相交的缝隙对；各所述缝隙对用于产生不同频段的圆极化波，且包括相互垂直且相交的两条缝隙；所述馈电网络用于向各条所述缝隙馈电。

在其中一个实施例中，所述缝隙对的数量为两对；第一对缝隙对包括相互垂直且相交、并用于产生第一频段圆极化波的第一缝隙和第二缝隙；第二对缝隙对包括相互垂直且相交、并用于产生第二频段圆极化波的第三缝隙和第四缝隙。

在其中一个实施例中，所述第一缝隙被所述第二缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第一单元和第二单元；所述第二缝隙被所述第一缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第三单元和第四单元；所述第一单元、所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元的长度都相同；

所述馈电网络包括四个相位依次相差90°的第一馈电模块；所述第一单元、所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元分别与唯一的一个所述第一馈电模块之间具有相同的空隙并相对设置；并且，各所述第一馈电模块的位置满足各自投影到所述设定表面后均与各自相对的所述缝隙相交的条件，以使得各所述第一馈电模块能够分别通过电磁耦合的方式向相对的所述缝隙进行馈电。

在其中一个实施例中，所述第三缝隙被所述第四缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第五单元和第六单元；所述第四缝隙被所述第三缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第七单元和第八单元；所述第五单元、所述第六单元、所述第七单元、所述第八单元的长度均相同；

其中，所述第五单元与所述第一单元共同通过一个所述第一馈电模块馈电；所述第六单元与所述第二单元共同通过一个所述第一馈电模块馈电；所述第七单元与所述第三单元共同通过一个所述第一馈电模块馈电；所述第八单元与所述第四单元共同通过一个所述第一馈电模块馈电；并且，各所述第一馈电模块投影到所述设定表面后均与各自用来馈电的两个所述缝隙相交。

在其中一个实施例中，所述馈电网络包括四个相位依次相差90°的第二馈电模块，且各所述第二馈电模块分别与所述设定表面电连接。

在其中一个实施例中，所述第三缝隙的两端及所述第四缝隙的两端分别设有用于实现加载的第一加载槽。

在其中一个实施例中，所述第三缝隙和所述第四缝隙的长度分别与所述第二频段圆极化波一半波长之间的差值均小于设定阈值。

在其中一个实施例中，所述第一缝隙和所述第二缝隙的长度分别与所述第一频段圆极化波一半波长之间的差值均小于设定阈值。

在其中一个实施例中，所述第一缝隙的两端及所述第二缝隙的两端分别设有用于实现加载的第二加载槽。

在其中一个实施例中，所述第一缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第一缝隙垂直的缝隙；和/或，所述第二缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第二缝隙垂直的缝隙；和/或，所述第三缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第三缝隙垂直的缝隙；和/或，所述第四缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第四缝隙垂直的缝隙。

上述宽带平面天线具有的有益效果为：该宽带平面天线中，在馈电网络的馈电作用下，通过各对缝隙对可分别产生不同频段的圆极化波。因此，该宽带平面天线无需采用高频板，而通过各对缝隙对即可接收和发射各频段圆极化波，从而降低了成本。

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简单地介绍，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实施例的附图。

图1为一实施例提供的宽带平面天线的结构示意图；

图2为另一实施例提供宽带平面天线的结构示意图；

图3为图1所示实施例的宽带平面天线的增益曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1，一实施例提供了一种宽带平面天线，包括金属腔体100及馈电网络。金属腔体100的材料为金属，并且金属腔体100的结构为腔体。具体地，金属腔体100的形状可以为圆柱体、锥台状、正方体、棱柱状或其他立体形状。具体地，金属腔体100可以为一个整体，也可以为由多个结构组合而成的腔体。

金属腔体100的设定表面开设有两对或两对以上相交的缝隙对。其中，金属腔体100的设定表面例如为金属腔体100的顶部(或上表面)。各缝隙对用于产生不同频段的圆极化波，且包括相互垂直且相交的两条缝隙。例如图1所示，缝隙对的数量为两对。第一对缝隙对包括相互垂直且相交、并用于产生第一频段圆极化波的第一缝隙200和第二缝隙300。第二对缝隙对包括相互垂直且相交、并用于产生第二频段圆极化波的第三缝隙500和第四缝隙600。并且，第三缝隙500、第四缝隙600、第一缝隙200及第二缝隙300共同相交。

具体地，第一缝隙200和第二缝隙300的长度分别与第一频段圆极化波一半波长之间的差值均小于设定阈值。换言之，第一缝隙200的长度和第二缝隙300的长度均接近第一频段圆极化波的半波长。进一步地，第一缝隙200和第二缝隙300的形状可以为直线(如图1所示)，或者也为弯折线、弧形线或其他类型的形状。

具体地，第三缝隙500和第四缝隙600的长度分别与第二频段圆极化波一半波长之间的差值均小于设定阈值。换言之，第三缝隙500的长度和第四缝隙600的长度均接近第二频段圆极化波的半波长。进一步地，第三缝隙500的长度和第四缝隙600的形状可以为直线(如图1所示)，或者也可以为弯折线、弧形线或其他类型的形状。具体地，第三缝隙500与第一缝隙200之间的夹角为45°或其他角度。

馈电网络用于向各条缝隙馈电。例如图1中，馈电网络分别向第一缝隙200、第二缝隙300、第三缝隙500、第四缝隙600馈电。

因此，本发明实施例提供的宽带平面天线，无需采用高频板，通过在同一金属腔体100的设定表面同时开设多对缝隙对，即可接收和发射各频段圆极化波，从而降低了成本，又能节约空间。

在其中一个实施例中，请继续参考图1，第一缝隙200被第二缝隙300分割形成的两个缝隙分别记为第一单元210和第二单元220。第二缝隙300被第一缝隙200分割形成的两个缝隙分别记为第三单元310和第四单元320。并且，第一单元210、第二单元220、第三单元310、第四单元320的长度都相同。因此，第一缝隙200与第二缝隙300共同构成十字缝隙结构。

馈电网络包括四个相位依次相差90°的第一馈电模块410，例如四个第一馈电模块410的相位依次为0°、90°、180°、270°。其中，第一馈电模块410用于连接功分移相网络，从而对相应的缝隙进行馈电，以使得第一缝隙200和第二缝隙300共同激发出第一频段圆极化波。其中，第一馈电模块410可以通过馈电探针连接功分移相网络。具体地，第一馈电模块410的形状为弧形、矩形或其他形状。并且，第一馈电模块410可以为片状结构。进一步地，每一个第一馈电模块410的中间位置在金属腔体100的设定表面的投影与用来馈电的缝隙相交。具体地，第一馈电模块410可以位于缝隙的下方或缝隙的上方。馈电探针和功分移相网络可以位于金属腔体100内部。

另外，第一单元210、第二单元220、第三单元310、第四单元320分别与一个第一馈电模块410之间具有相同的空隙并相对设置。换言之，每一个单元与各自对应的第一馈电模块410之间的空隙都相同，从而保证每一个第一馈电模块410向相应缝隙馈电的效果相同，以便于形成圆极化波。并且，各第一馈电模块410的位置满足各自投影到金属腔体100的设定表面后均与各自相对的缝隙相交的条件，以使得各第一馈电模块410能够分别通过电磁耦合的方式向相对的缝隙进行馈电。

因此，本发明实施例中，第一单元210、第二单元220、第三单元310、第四单元320与第一馈电模块410是一一对应的，并且，不同的第一馈电模块410分别向不同的缝隙进行馈电。另外，本发明实施例中采用电磁耦合的方式进行馈电，无需另外焊接线路，结构简单，进一步降低了成本。

进一步地，请继续参考图1，第三缝隙500被第四缝隙600分割形成的两个缝隙分别记为第五单元510和第六单元520。第四缝隙600被第三缝隙500分割形成的两个缝隙分别记为第七单元610和第八单元620。第五单元510、第六单元520、第七单元610、第八单元620的长度均相同。因此，第三缝隙500与第四缝隙600同样共同构成十字缝隙结构。

其中，第五单元510与第一单元210共同通过一个第一馈电模块410馈电。第六单元520与第二单元220共同通过一个第一馈电模块410馈电。第七单元610与第三单元310共同通过一个第一馈电模块410馈电。第八单元620与第四单元320共同通过一个第一馈电模块410馈电。并且，各第一馈电模块410投影到金属腔体100的设定表面后均与各自用来馈电的两个缝隙相交。因此，任一第一馈电模块410的长度至少保证其在金属腔体100的设定表面的投影能够跨接其用来馈电的两个缝隙。

具体地，通过设置第一馈电模块410与各条缝隙相交的交点之间的距离、第一馈电模块410与正对的缝隙之间的距离、第一馈电模块410与缝隙正对的面积为合适的值，可以提高天线的性能。

因此，本发明实施例中，每一个第一馈电模块410分别对相邻的两个不同频段的缝隙利用电磁耦合的方式进行馈电，从而使得该宽带平面天线通过在同一个金属腔体100上刻两对缝隙即可实现双频段接收与发射，从而进一步节约了空间，并且还可以增加驻波带宽和增益带宽。另外，该宽带平面天线与传统采用高频板的圆极化微带天线相比，通过利用缝隙来产生电磁波，提高了增益，请参考图3。

可以理解的是，第三缝隙500和第四缝隙600的馈电方式不限于上述情况，例如也可以是：第五单元510与第四单元320共同通过一个第一馈电模块410馈电，第八单元620与第二单元220共同通过一个第一馈电模块410馈电，第六单元520与第三单元310共同通过一个第一馈电模块410馈电，第七单元610与第一单元210共同通过一个第一馈电模块410馈电。

此外，馈电网络的实现方式不限于上述情况，例如请参考图2，馈电网络可以包括四个相位依次相差90°的第二馈电模块420，且各第二馈电模块420分别用于对相邻的两条缝隙进行直接馈电。例如：第五单元510与第一单元210共同通过一个第二馈电模块420馈电。第六单元520与第二单元220共同通过一个第二馈电模块420馈电。第七单元610与第三单元310共同通过一个第二馈电模块420馈电。第八单元620与第四单元320共同通过一个第二馈电模块420馈电。

具体地，四个第二馈电模块420两两相互对称。进一步地，设置第二馈电模块420与各条缝隙相交的交点之间的距离为合适的值，可以提高宽带平面天线的阻抗与50欧姆阻抗匹配的效果。具体地，第二馈电模块420用于连接功分移相网络。第二馈电模块420例如为馈电探针。

进一步地，第三缝隙500的两端及第四缝隙600的两端分别设有用于实现加载的第一加载槽(图中未示出)。其中，第一加载槽同样可以为直线槽、弧形槽或者折线槽。

进一步地，请继续参考图1，第一缝隙200的两端及第二缝隙300的两端分别设有用于实现加载的第二加载槽700。其中，缝隙末端的槽(例如上述第一加载槽、第二加载槽700)是对天线的一种加载，可以改变天线的电长度，可以减小天线的尺寸。具体地，第二加载槽700可以为直线槽、弧形槽或者折线槽。

可以理解的是，本发明实施例提供的宽带平面天线的加载方式不限于上述情况，例如也可以仅在第一缝隙200的两端及第二缝隙300的两端进行加载，或者仅在第三缝隙500的两端及第四缝隙600的两端进行加载。

进一步地，第一缝隙200的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与第一缝隙200垂直的缝隙；和/或，第二缝隙300的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与第二缝隙300垂直的缝隙；和/或，第三缝隙500的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与第三缝隙500垂直的缝隙；和/或，第四缝隙600的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与第四缝隙600垂直的缝隙。换言之，其中一条缝隙或多条缝隙的中间部位加载有与缝隙垂直的缝隙，从而可以进一步减小宽带平面天线的尺寸。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种宽带平面天线，其特征在于，包括：金属腔体及馈电网络；所述金属腔体的设定表面开设有两对或两对以上相交的缝隙对；各所述缝隙对用于产生不同频段的圆极化波，且包括相互垂直且相交的两条缝隙；所述馈电网络用于向各条所述缝隙馈电，

其中，所述馈电网络包括四个相位依次相差90°的第一馈电模块，第一馈电模块用于连接功分移相网络，从而对相应的缝隙进行馈电，每一个第一馈电模块分别对相邻的两个或两个以上不同频段的缝隙利用电磁耦合的方式进行馈电。

2.根据权利要求1所述的宽带平面天线，其特征在于，所述缝隙对的数量为两对；第一对缝隙对包括相互垂直且相交、并用于产生第一频段圆极化波的第一缝隙和第二缝隙；第二对缝隙对包括相互垂直且相交、并用于产生第二频段圆极化波的第三缝隙和第四缝隙。

3.根据权利要求2所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第一缝隙被所述第二缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第一单元和第二单元；所述第二缝隙被所述第一缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第三单元和第四单元；所述第一单元、所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元的长度都相同；

所述第一单元、所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元分别与一个所述第一馈电模块之间具有相同的空隙并相对设置；并且，各所述第一馈电模块的位置满足各自投影到所述设定表面后均与各自相对的所述缝隙相交的条件，以使得各所述第一馈电模块能够分别通过电磁耦合的方式向相对的所述缝隙进行馈电。

4.根据权利要求3所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第三缝隙被所述第四缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第五单元和第六单元；所述第四缝隙被所述第三缝隙分割形成的两个缝隙分别记为第七单元和第八单元；所述第五单元、所述第六单元、所述第七单元、所述第八单元的长度均相同；

5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第三缝隙的两端及所述第四缝隙的两端分别设有用于实现加载的第一加载槽。

6.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第三缝隙和所述第四缝隙的长度分别与所述第二频段圆极化波一半波长之间的差值均小于设定阈值。

7.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第一缝隙和所述第二缝隙的长度分别与所述第一频段圆极化波一半波长之间的差值均小于设定阈值。

8.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第一缝隙的两端及所述第二缝隙的两端分别设有用于实现加载的第二加载槽。

9.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的宽带平面天线，其特征在于，所述第一缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第一缝隙垂直的缝隙；和/或，所述第二缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第二缝隙垂直的缝隙；和/或，所述第三缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第三缝隙垂直的缝隙；和/或，所述第四缝隙的介于两端之间的部位设有用于实现加载且与所述第四缝隙垂直的缝隙。