CN109524778A - 双馈圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双馈圆极化天线，包括馈电柱及依次层叠间隔设置的寄生金属层、主辐射金属层、馈电金属层、接地金属层及馈电网络；主辐射金属层包括切一组对角的矩形金属片，所述矩形金属片构成简并模产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模；馈电金属层包括间隔设置的第一馈电片和第二馈电片；馈电网络包括第一端口和第二端口，第一端口和第二端口的固定相位差为90°；馈电柱包括第一馈电柱和第二馈电柱，第一馈电柱的一端与第一馈电片电性连接；利用切一组对角的矩形金属片构成的简并模分离单元产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，利用正交的两个简并模在远场辐射圆极化波。

Description

双馈圆极化天线

技术领域

本发明涉及圆极化天线技术领域，特别是涉及一种双馈圆极化天线。

背景技术

空基LTE通信平台作为应急通信系统的一种设备，其应急基站硬件必须具备体积小、重量轻、容量大、覆盖广等特点，才能在关键时刻发挥作用。作为应急基站关键部件的天线也应具有占地面积小、易于安装、功耗低、增益高等特点，这些特点可以充分降低对人力、电力、空间等资源的占用，快速经济地建设一个高质量的应急无线网络。因此具有小型化、高性能特征的空中LTE基站天线是今后基站天线技术的一个重要发展方向。

在空基平台圆极化基站天线设计方面。目前专业研究空中LTE基站天线的文献并不多见，仅有华南理工大学和电子科技大学做了相关的研究。华南理工大学通过使用非中心馈电振子使振子在馈电点两边的电流实现90°相位差，通过将振子弯折使得两个相位相差90°的电流在空间上正交，获得了LTE圆极化基站天线。电子科技大学则是利用缝隙长度及其匹配馈电微带枝节长度的变化激发介质谐振器的高次模，设计了宽带馈电结构馈电的LTE圆极化介质谐振器天线。但目前这两种天线的技术成熟度比较低，尺寸仍然较大。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种双馈圆极化天线，解决当前空基通信平台宽带圆极化天线难以小型化的问题。

一种双馈圆极化天线，包括馈电柱及依次层叠间隔设置的寄生金属层、第一介质层、主辐射金属层、馈电金属层、第二介质层、接地金属层及馈电网络；所述主辐射金属层包括切一组对角的矩形金属片，所述矩形金属片构成简并模产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模；所述馈电金属层包括间隔设置的第一馈电片和第二馈电片；所述馈电网络包括第一端口和第二端口，所述第一端口和第二端口的固定相位差为90°；所述馈电柱包括第一馈电柱和第二馈电柱，所述第一馈电柱的一端与第一馈电片电性连接，第一馈电柱的另一端与第一端口电性连接，所述第二馈电柱的一端与第二馈电片电性连接，所述第二馈电柱的另一端与第二端口电性连接。

上述双馈圆极化天线，利用切一组对角的矩形金属片构成的简并模分离单元产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，利用正交的两个简并模在远场辐射圆极化波；同时通过第一馈电片和第二馈电片与馈电网络的电性连接确保圆极化辐射，如此能有效地提高天线的阻抗带宽和轴比带宽、抑制交叉极化。主辐射金属层利用耦合的第一介质层和第二介质层将能量传递给寄生金属层，通过此种方式能够展宽天线的驻波带宽和轴比带宽。

在其中一个实施例中，所述寄生金属层呈矩形。当寄生金属层呈矩形时，寄生金属层对天线的驻波带宽和轴比带宽的展宽效果好。

在其中一个实施例中，所述矩形金属片的内部开设有辐射口。辐射口的开设能够拓展驻波带宽，如此能使在减小天线尺寸的情况下保证天线的性能。

在其中一个实施例中，所述辐射口为矩形。矩形的辐射口能够使得矩形金属片保持对称性，有利于天线圆极化的形成。

在其中一个实施例中，所述的双馈圆极化天线，还包括用于展宽带宽的四个金属带，所述四个金属带围绕矩形金属片环形阵列布置，四个金属带的端部分别与矩形金属片的四条边一一对应电性连接。四个金属带的设置能够展宽圆极化的轴比带宽。

在其中一个实施例中，所述金属带包括第一带段和第二带段，第一带段与矩形金属片间隔设置，所述第二带段的一端与矩形金属片连接，所述第二带段的另一端与第一带段的端部连接；结构简单轴比带宽的展宽效果好。

在其中一个实施例中，所述第一馈电片和第二馈电片均成带状，所述第一馈电片的长度方向与第二馈电片的长度方向相互垂直。相互垂直的第一馈电片和第二馈电片能够保证相位差，进而保证天线的圆极化。

在其中一个实施例中，所述第一馈电柱垂直设置于第一馈电片上远离第二馈电片的一端；所述第二馈电柱垂直设置于第二馈电片上远离第一馈电片的一端。第一馈电柱和第二馈电柱的垂直设置能够保证电流的走向，降低对天线圆极化的影响。

在其中一个实施例中，所述的双馈圆极化天线，还包括依次层叠间隔设置的第一介质板、第二介质板、第三介质板及第四介质板，所述寄生金属层设置于第一介质板上，所述主辐射金属层设置于第二介质板上，所述馈电金属层设置于第三介质板上，所述接地金属层设置于第四介质板上靠近第三介质板的一侧，所述馈电网络设置于第四介质板上远离第三介质板的一侧；所述第一介质层位于第一介质板和主辐射金属层之间，所述第二介质层位于第三介质板与接地金属层之间。第一介质板、第二介质板、第三介质板及第四介质板能够分别承托寄生金属层、主辐射金属层、馈电金属层、接地金属层及馈电网络，方便了寄生金属层、主辐射金属层、馈电金属层、接地金属层及馈电网络的设置。

在其中一个实施例中，所述第一介质层和第二介质层均为空气层。第一介质层和第二介质层为空气层的结构简单。

附图说明

图1为一实施例所述的双馈圆极化天线的结构示意图；

图2为一实施例所述的主辐射金属层的结构示意图；

图3为一实施例所述的主辐射金属层的结构示意图；

图4为一实施例所述的馈电金属层的结构示意图；

图5为一实施例所述的馈电网络的结构示意图；

图6为一实施例所述的馈电柱与馈电金属层的连接结构示意图；

图7为一实施例所述的双馈圆极化天线性能测试图。

附图标记说明：110、寄生金属层，120、第一介质层，130、主辐射金属层，131、矩形金属片，132、辐射口，133、金属带133，133a，第一带段，133b、第二带段，140、馈电金属层，141、第一馈电片，142、第二馈电片，150、第二介质层，160、接地金属层，170、馈电网络，170a、分端口，170b、总端口，171、第一端口，172、第二端口，180、馈电柱，181、第一馈电柱，182、第二馈电柱，210、第一介质板，220、第二介质板，230、第三介质板，240、第四介质板。

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方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。

结合图1所示，一实施例提供一种双馈圆极化天线，包括馈电柱180及依次层叠间隔设置的寄生金属层110、第一介质层120、主辐射金属层130、馈电金属层140、第二介质层150、接地金属层160及馈电网络170。参见图2或图3所示，所述主辐射金属层130包括切一组对角的矩形金属片131，所述矩形金属片131构成简并模产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模；所述馈电金属层140包括间隔设置的第一馈电片141和第二馈电片142；所述馈电网络170包括第一端口171和第二端口172，第一端口171和第二端口172用于传输相位差为90度的信号；所述馈电柱180包括第一馈电柱181和第二馈电柱182，所述第一馈电柱181的一端与第一馈电片141电性连接，第一馈电柱181的另一端与第一端口171电性连接，所述第二馈电柱182的一端与第二馈电片142电性连接，所述第二馈电柱182的另一端与第二端口172电性连接。

上述双馈圆极化天线，利用切一组对角的矩形金属片131构成的简并模分离单元产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，利用正交的两个简并模在远场辐射圆极化波；同时通过第一馈电片141和第二馈电片142与馈电网络170的电性连接确保圆极化辐射，如此能有效地提高天线的阻抗带宽和轴比带宽、抑制交叉极化。主辐射金属层130利用耦合的第一介质层120和第二介质层150将能量传递给寄生金属层110，通过此种方式能够展宽天线的驻波带宽和轴比带宽。

具体地，结合图2所示，在本实施例中，所述馈电网络170为功分器，所述功分器具有两个分端口170a和一个总端口170b，所述第一端口171为其中一个分端口170a，所述第二端口172为另一个分端口170a。两个分端口170a的馈电相位差90°。进一步地，该功分器可以是威尔森功分器。

在本实施例中，所述寄生金属层110呈矩形(图中未示出)。当寄生金属层110呈矩形时，寄生金属层110对天线的驻波带宽和轴比带宽的展宽效果好。

需要说明的是，在其他实施例中，上述寄生金属层110可以是其他形状的金属片，例如梯形、五边形、圆形或不规则四边形。

结合图3或图4所示，在本实施例中，所述矩形金属片131的内部开设有辐射口132。辐射口132的开设能够拓展驻波带宽，如此能使在减小天线尺寸的情况下保证天线的性能。

在本实施例中，所述辐射口132为矩形。矩形的辐射口132能够使得矩形金属片131保持对称性，有利于天线圆极化的形成。

需要说明的是，辐射口132的形状除了是上述的矩形，在其他实施例中，辐射口132可以是正方形、圆形等，但较好地是，辐射口132为对称图形。

具体地，上述辐射口132的开设使得矩形金属片131的内部去除了材料。

进一步，所述矩形的辐射口132的四条边与矩形金属片131的四条边一一对应，对应的两条边相互平行。

结合图3、图4所示，一实施例中，所述的双馈圆极化天线，还包括用于展宽带宽的四个金属带133，所述四个金属带133围绕矩形金属片131环形阵列布置，四个金属带133的端部分别与矩形金属片131的四条边一一对应电性连接。四个金属带133的设置能够展宽圆极化的轴比带宽。

结合图3所示，在本实施例中，所述金属带133包括第一带段133a和第二带段133b，第一带段133a与矩形金属片131间隔设置，所述第二带段133b的一端与矩形金属片131连接，所述第二带段133b的另一端与第一带段133a的端部连接；结构简单轴比带宽的展宽效果好。

需要说明的是，结合图4所示，在其他实施例中，金属带133可以是弧形带段，弧形带段的一端与矩形金属片131连接，所述弧形带段的另一端与矩形金属片131间隔设置。

结合图5所示，在本实施例中，所述第一馈电片141和第二馈电片142均成带状，所述第一馈电片141的长度方向与第二馈电片142的长度方向相互垂直。相互垂直的第一馈电片141和第二馈电片142能够保证相位差，进而保证天线的圆极化。

结合图6所示，在本实施例中，所述第一馈电柱181垂直设置于第一馈电片141上远离第二馈电片142的一端；所述第二馈电柱182垂直设置于第二馈电片142上远离第一馈电片141的一端。第一馈电柱181和第二馈电柱182的垂直设置能够保证电流的走向，降低对天线圆极化的影响。

结合图1所示，在本实施例中，所述的双馈圆极化天线，还包括依次层叠间隔设置的第一介质板210、第二介质板220、第三介质板230及第四介质板240，所述寄生金属层110设置于第一介质板210上，所述主辐射金属层130设置于第二介质板220上，所述馈电金属层140设置于第三介质板230上，所述接地金属层160设置于第四介质板240上靠近第三介质板230的一侧，所述馈电网络170设置于第四介质板240上远离第三介质板230的一侧；所述第一介质层120位于第一介质板210和主辐射金属层130之间，所述第二介质层150位于第三介质板230与接地金属层160之间。第一介质板210、第二介质板220、第三介质板230及第四介质板240能够分别承托寄生金属层110、主辐射金属层130、馈电金属层140、接地金属层160及馈电网络170，方便了寄生金属层110、主辐射金属层130、馈电金属层140、接地金属层160及馈电网络170的设置。

具体地，在本实施例中，所述寄生金属层110设置于第一介质板210上远离第二介质板220的一侧，主辐射金属层130设置于第二介质板220上靠近第一介质板210的一侧，所述馈电金属层140设置于第三介质板230靠近第二介质板220的一侧。

具体地，在本实施例中，第一馈电片141上远离第二馈电片142的一端位于第三介质板230边缘，第二馈电片142上远离第一馈电片141的一端位于第三介质板230的边缘。

在本实施例中，所述第一介质层120和第二介质层150均为空气层。第一介质层120和第二介质层150为空气层的结构简单。

需要说明的是，在其他实施例中，上述第一介质层120和第二介质层150也可以是其他介质材料，例如与介质板材料相同或者类似的材料。

具有上述结构的双馈圆极化天线的空间尺寸可以为45mm*45mm*24mm。结合图7所示，经测试双馈圆极化天线的圆极化3-dB轴比带宽达到47.2％，从1.65GHz-2.67GHz。

本发明双馈圆极化天线，能够缩减天线的尺寸的同时改善天线的性能。

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 (10)

1.一种双馈圆极化天线，其特征在于，包括馈电柱及依次层叠间隔设置的寄生金属层、第一介质层、主辐射金属层、馈电金属层、第二介质层、接地金属层及馈电网络；

所述主辐射金属层包括切一组对角的矩形金属片，所述矩形金属片构成简并模产生两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模；

所述馈电金属层包括间隔设置的第一馈电片和第二馈电片；

所述馈电网络包括第一端口和第二端口，所述第一端口和第二端口的固定相位差为90°；

所述馈电柱包括第一馈电柱和第二馈电柱，所述第一馈电柱的一端与第一馈电片电性连接，第一馈电柱的另一端与第一端口电性连接，所述第二馈电柱的一端与第二馈电片电性连接，所述第二馈电柱的另一端与第二端口电性连接。

2.根据权利要求1所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述寄生金属层呈矩形。

3.根据权利要求1所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述矩形金属片的内部开设有辐射口。

4.根据权利要求3所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述辐射口为矩形口。

5.根据权利要求3-4任一项所述的双馈圆极化天线，其特征在于，还包括用于展宽带宽的四个金属带，所述四个金属带围绕矩形金属片环形阵列布置，四个金属带的端部分别与矩形金属片的四条边一一对应电性连接。

6.根据权利要求5所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述金属带包括第一带段和第二带段，第一带段与矩形金属片间隔设置，所述第二带段的一端与矩形金属片连接，所述第二带段的另一端与第一带段的端部连接。

7.根据权利要求1所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述第一馈电片和第二馈电片均成带状，所述第一馈电片的长度方向与第二馈电片的长度方向相互垂直。

8.根据权利要求7所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述第一馈电柱垂直设置于第一馈电片上远离第二馈电片的一端；所述第二馈电柱垂直设置于第二馈电片上远离第一馈电片的一端。

9.根据权利要求1所述的双馈圆极化天线，其特征在于，还包括依次层叠间隔设置的第一介质板、第二介质板、第三介质板及第四介质板，所述寄生金属层设置于第一介质板上，所述主辐射金属层设置于第二介质板上，所述馈电金属层设置于第三介质板上，所述接地金属层设置于第四介质板上靠近第三介质板的一侧，所述馈电网络设置于第四介质板上远离第三介质板的一侧；

所述第一介质层位于第一介质板和主辐射金属层之间，所述第二介质层位于第三介质板与接地金属层之间。

10.根据权利要求9所述的双馈圆极化天线，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层均为空气层。