CN108963447A - 一种斧式宽缝共面波导圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，天线主体包括半封闭式矩形框以及斧式辐射体，斧式辐射体设置在半封闭式矩形框中，形成90度相位差产生圆极化辐射，斧式辐射体的一部分嵌入到半封闭式矩形框的缺口中，并且斧式辐射体与半封闭式矩形框的缺口之间留有缝隙，可以获得更好的整体阻抗匹配特性，当天线主体与馈电端口在谐振频点阻抗匹配时，由于半封闭式矩形框上电流绕圈缓慢流动的特点，形成共面波导天线的宽频特性，同时由于采用单一馈电方式，舍去了复杂的功分网络，方便在便携式设备上集成。
Description
技术领域
本发明涉及天线通信技术领域，特别是一种斧式宽缝共面波导圆极化天线。
背景技术
在无线电设备中，通常使用天线作为能量变换器来进行电磁波的发射或接收，随着科学技术和社会的不断发展，通信系统在生活中的地位日显重要，人们对天线的要求也越来越高，普通的线极化天线已经很难满足人们的需要，所以圆极化天线逐渐进入人们视野，当使用窄频段圆极化天线时，考虑到大型系统需要数量较多的此类型天线，而天线彼此之间的相互干扰、相互影响，会降低系统中天线组件整体的性能，因此对于如何减少天线数量、降低天线之间的干扰以及降低成本的宽频圆极化天线的研究与设计具有重大意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，在半封闭式矩形框中增加斧式辐射体，形成90度相位差产生圆极化辐射，舍去复杂的功分网络，降低成本，易于集成。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，包括介质板以及具有圆极化特性的天线主体，所述天线主体位于介质板的上表面，所述天线主体上设置有馈电端口，所述天线主体包括半封闭式矩形框以及位于半封闭式矩形框内部的斧式辐射体，所述斧式辐射体包括共面波导传输线、辐射条以及斧式辐射面，所述共面波导传输线的一端嵌入到半封闭式矩形框的缺口并与半封闭式矩形框之间间隔有缝隙，所述共面波导传输线的另一端与辐射条尾部垂直连接，所述斧式辐射面设置在辐射条两侧并位于半封闭式矩形框的中心。
进一步，所述半封闭式矩形框包括第一矩形、第二矩形、第三矩形以及第四矩形，所述第四矩形的长度小于第一矩形、第二矩形、第三矩形，所述第一矩形、第二矩形、第三矩形、第四矩形首尾相连组成半封闭式矩形框，所述半封闭式矩形框的缺口位于第一矩形和第四矩形之间。
进一步，所述共面波导传输线嵌入到半封闭式矩形框的缺口的一端与第一矩形、第四矩形之间的间隔为0.52mm。共面波导传输线与半封闭式矩形框之间的间隔可以获得更好的整体阻抗匹配特性。
进一步，所述第一矩形、第二矩形、第三矩形的长度均为60mm，宽度均为10mm，所述第四矩形的长宽分别为33.96mm和10mm。
进一步，所述斧式辐射面包括两个四分之一圆，所述四分之一圆的圆心位于辐射条的中心线上，所述四分之一圆以辐射条的中心线为对称轴对称。
进一步，所述四分之一圆的半径为12.7mm，所述四分之一圆的圆心到共面波导传输线的垂直距离为15mm。
进一步，所述共面波导传输线的长宽分别为31.4mm和5mm。
进一步，所述辐射条的长宽分别为20.54mm和4.5mm。
进一步，所述介质板为环氧玻纤布介质基板，所述介质板的长宽均为60mm，厚度为1.6mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。介质板与半封闭式矩形框的面积相同，节省空间。
进一步，还包括SMA馈电接头，所述SMA馈电接头与馈电端口连接。采用单一馈电方式，舍去复杂的功分网络，易于集成。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，在半封闭式矩形框中增加斧式辐射体，形成90度相位差产生圆极化辐射，并且斧式辐射体与半封闭式矩形框的缺口之间留有缝隙，可以获得更好的整体阻抗匹配特性，当天线主体与馈电端口在谐振频点阻抗匹配时，由于半封闭式矩形框上电流绕圈缓慢流动的特点，形成共面波导天线的宽频特性，同时由于采用单一馈电方式，舍去了复杂的功分网络，方便在便携式设备上集成。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种斧式宽缝共面波导圆极化天线的结构图；
图2是本发明一种斧式宽缝共面波导圆极化天线的回波损耗S11 在仿真和实测情况下的对比图；
图3是本发明一种斧式宽缝共面波导圆极化天线的轴比在仿真和实测情况下的对比图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，包括介质板1以及天线主体2，其中天线主体2设置在介质板1上表面，天线主体2包括半封闭式矩形框21以及斧式辐射体22，半封闭式矩形框21的面积等于介质板1的面积，可以减少空间的占用，降低成本，而斧式辐射体22包括共面波导传输线221、辐射条222以及斧式辐射面223，其中斧式辐射面223位于半封闭式矩形框21的中心并设置在辐射条222上，共面波导传输线221与辐射条222垂直，共面波导传输线221不与辐射条222接触的一端穿过半封闭式矩形框21的缺口，如图1所示，半封闭式矩形框21的缺口位于左下角，共面波导传输线221的底部嵌入到缺口中，但是共面波导传输线221的底部两侧并没有和半封闭式矩形框21的两侧相接触，而是留有一个比较宽的缝隙，使得整个天线可以获得更好的整体阻抗匹配特性，同时由于设置了馈电端口，单一的馈电方式可以省去复杂的功分网络，方便集成，当天线主体2与馈电端口在谐振频点阻抗匹配时，由于半封闭式矩形框21上电流绕圈缓慢流动的特点，形成共面波导天线的宽频特性。
本发明的半封闭式矩形框21和斧式辐射体22位于同一水平面上，有利于在便携式设备上共面集成。
为了获得更好的整体阻抗匹配网络，需要设计宽度较宽的共面波导传输线221，并且共面波导传输线221与半封闭式矩形框21之间的缝隙也要设计得较宽，本发明的共面波导传输线221的长宽分别为 31.4mm和5mm，共面波导传输线221与半封闭式矩形框21之间的缝隙宽度为0.52mm。
由于半封闭式矩形框21的长度、宽度对阻抗匹配带宽的影响较大，所以本发明在对半封闭式矩形框21的四边的设计上采用等宽度设置，除了缺口所在的边长长度较短，其余三条边的长度均相同，具体地，半封闭式矩形框21包括第一矩形211、第二矩形212、第三矩形213以及第四矩形214，第一矩形211、第二矩形212、第三矩形 213的长度均为60mm，宽度均为10mm，第四矩形214的长宽分别为 33.96mm和10mm，第一矩形211、第二矩形212、第三矩形213、第四矩形214首尾相连组成半封闭式矩形框21，半封闭式矩形框21的缺口位于第一矩形211和第四矩形214之间。
具体地，斧式辐射面223包括两个四分之一圆，四分之一圆的圆心位于辐射条222的中心线上，四分之一圆以辐射条222的中心线为对称轴对称，由于辐射条222的宽度、四分之一圆的半径对于阻抗匹配带宽和轴比带宽的影响均较大，所以本发明将斧式辐射面223的四分之一圆的半径设置为12.7mm，将辐射条222的长宽分别设置为 20.54mm和4.5mm，并且四分之一圆的圆心到共面波导传输线221的垂直距离为15mm。
具体地，介质板1为环氧玻纤布介质基板，介质板1的长宽均为 60mm，厚度为1.6mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，介质板1与半封闭式矩形框21的面积相同，可以节省空间。
具体地，还包括SMA馈电接头，SMA馈电接头与馈电端口连接，采用单一馈电方式，舍去复杂的功分网络，易于集成。
本发明可以调整天线主体2参数，使得半封闭式矩形框21在谐振频率点处阻抗匹配，可激发半封闭式矩形框21的宽阻抗特性，同时可以调整辐射条222的宽度和四分之一圆的半径大小来获得宽频圆极化特性。
参照图2所示，横坐标为频率，纵坐标为回波损耗S11，观察仿真情况下的回波损耗S11曲线变化图，在回波损耗S11小于-10dB时的频率为1.51-2.53GHz，此时实测的阻抗带宽大约为1.75-2.65GHz，实测的绝对带宽为0.9GHz，相对带宽为40.91％，由此可得本发明的斧式宽缝共面波导圆极化天线在实测下的损耗带宽可覆盖 DCS1800/UMTS/LTE2300/ISM2.4G/LTE2500。
参照图3所示，横坐标为频率，纵坐标为轴比，观察仿真情况下的轴比曲线变化图，在轴比小于3dB时的频率为1.66-2.76Ghz，而在实测情况下，轴比小于3dB时的频率为1.90-2.90GHz，并且实测情况下的最小轴比值低于仿真情况下的最小轴比值，由此可知本发明的轴比带宽可覆盖UMTS/LTE2300/ISM2.4G/LTE2500，可以满足实际应用对宽频带的要求，并且本发明的天线实测的回波损耗与轴比带宽的公共频带约为1.90-2.65GHz，可以很好的应用于S波段的卫星移动业务，其中该业务的工作中心频率为2.1GHz，上下行频段为1980-2100/2170-2200MHz的30MHz带宽范围,同时还可以很好的应用在中心频段为2.4GHz的卫星移动业务。
本发明可以通过修改基板大小，调整半封闭式矩形框21以及斧式辐射体22的参数，可以使天线的工作频段发生改变或移动，即此种形式的天线的性能完全可以满足实际要求，并且通过使用印刷电路板(PCB)技术，可制作出了本发明的斧式宽缝共面波导圆极化天线的实物原型。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，包括介质板(1)以及具有圆极化特性的天线主体(2)，所述天线主体(2)位于介质板(1)的上表面，所述天线主体(2)上设置有馈电端口，其特征在于：所述天线主体(2)包括半封闭式矩形框(21)以及位于半封闭式矩形框(21)内部的斧式辐射体(22)，所述斧式辐射体(22)包括共面波导传输线(221)、辐射条(222)以及斧式辐射面(223)，所述共面波导传输线(221)的一端嵌入到半封闭式矩形框(21)的缺口并与半封闭式矩形框(21)之间间隔有缝隙，所述共面波导传输线(221)的另一端与辐射条(222)尾部垂直连接，所述斧式辐射面(223)设置在辐射条(222)两侧并位于半封闭式矩形框(21)的中心。
2.根据权利要求1所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述半封闭式矩形框(21)包括第一矩形(211)、第二矩形(212)、第三矩形(213)以及第四矩形(214)，所述第四矩形(214)的长度小于第一矩形(211)、第二矩形(212)、第三矩形(213)，所述第一矩形(211)、第二矩形(212)、第三矩形(213)、第四矩形(214)首尾相连组成半封闭式矩形框(21)，所述半封闭式矩形框(21)的缺口位于第一矩形(211)和第四矩形(214)之间。
3.根据权利要求2所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述共面波导传输线(221)嵌入到半封闭式矩形框(21)的缺口的一端与第一矩形(211)、第四矩形(214)之间的间隔为0.52mm。
4.根据权利要求2所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述第一矩形(211)、第二矩形(212)、第三矩形(213)的长度均为60mm，宽度均为10mm，所述第四矩形(214)的长宽分别为33.96mm和10mm。
5.根据权利要求1所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述斧式辐射面(223)包括两个四分之一圆，所述四分之一圆的圆心位于辐射条(222)的中心线上，所述四分之一圆以辐射条(222)的中心线为对称轴对称。
6.根据权利要求5所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述四分之一圆的半径为12.7mm，所述四分之一圆的圆心到共面波导传输线(221)的垂直距离为15mm。
7.根据权利要求1所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述共面波导传输线(221)的长宽分别为31.4mm和5mm。
8.根据权利要求1所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述辐射条(222)的长宽分别为20.54mm和4.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：所述介质板(1)为环氧玻纤布介质基板，所述介质板(1)的长宽均为60mm，厚度为1.6mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
10.根据权利要求1所述的一种斧式宽缝共面波导圆极化天线，其特征在于：还包括SMA馈电接头，所述SMA馈电接头与馈电端口连接。
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