CN109546320B - 一种手持终端全向圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持终端全向圆极化天线,包括地板、设置在地板上的介质基板、以及安装在介质基板上的倒F天线和单极子天线；所述介质基板为多个，并在地板上依次连接形成闭合围框，所述倒F天线和单极子天线分别安装在两个介质基板的边角上，且倒F天线与单极子天线相互连接，并在倒F天线和单极子天线连接处安装有馈电接口。采用本发明能够有效实现全向圆极化天线在手持终端上的应用，解决小型化等难题。

Description

一种手持终端全向圆极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种手持终端全向圆极化天线。
背景技术
随着以5G、物联网为代表的无线通信技术的全面推进，特别是手持终端等移动终端的普及，迫切需要结构紧凑且易于集成的高品质小天线组件。全向圆极化天线作为圆极化天线的一个重要分支，由于具有全向辐射和圆极化的特性，广泛用于移动通信、卫星通信、遥感遥测和电子对抗等方面。
目前常用的全向圆极化天线，按照天线实现原理大致可分为基于定向圆极化单元组阵的全向圆极化天线、基于全向辐射线极化单元组阵的全向圆极化天线、基于零阶谐振天线的全向圆极化天线和圆极化器-全向天线的全向圆极化天线等。基于定向圆极化单元组阵的全向圆极化天线，将多个定向的圆极化天线单元组成圆阵，使得每一个单元覆盖一定的角度，再利用功分网络对单元进行等幅同相馈电，即完成全向圆极化辐射。基于全向辐射线极化单元组阵的全向圆极化天线，将多个全向辐射的线极化天线单元组成圆阵，每个天线单元同时具有水平和垂直辐射分量，每个单元进行等幅同相馈电，即可完成全向圆极化辐射。基于零阶谐振天线的全向圆极化天线，天线中间部分是零阶谐振天线，其产生全向垂直极化辐射；外围的四个支臂顺序旋转分布且与中心零阶谐振天线相接，其产生全向水平极化辐射；天线总得辐射场的垂直和水平极化分量天然的存在90°的相位差，即完成全向圆极化辐射。圆极化器-全向天线的全向圆极化天线，将圆极化波直接馈入全向天线形成全向圆极化辐射效果，圆极化器通常利用波导加载微扰设计而成，全向天线常用锥形天线。
就目前常用的基于定向圆极化单元组阵的全向圆极化天线而言，该天线实质为一个圆极化阵列天线，首先全向天线的带宽和轴比性能受限于单元天线，组阵后，可能出现天线带宽较窄和圆极化性能恶化等问题；其次构造阵列，存在尺寸和体积大等缺点。
就目前常用的基于全向辐射线极化单元组阵的全向圆极化天线而言，该天线是一个全向天线的阵列，首先该天线为了获得良好的全向性(即小的不圆度)，构造了圆形阵列，存在尺寸和体积大等缺点；其次，该天线的结构可等效为电偶极子与磁偶极子的组合，需要特定的馈电方式，因此存在馈电结构复杂和天线回波损耗差等缺点。
就目前常用的基于零阶谐振天线的全向圆极化天线而言，该天线主要依靠零阶谐振和支臂的辐射作用，由于谐振作用的影响，存在天线工作带宽窄等缺点；其次，该天线仍然存在结构复杂，尺寸较大，难以与终端集成等缺点。
就目前常用的圆极化器-全向天线的全向圆极化天线而言，该天线实质是圆极化器同全向天线的组合，存在结构复杂，尺寸大，难以小型化等缺点和问题。
综上所述，目前常用的几种全向圆极化天线受限于实现原理和结构，均存在尺寸大、难以小型化、难以同手持终端集成等共同的缺点和问题，并且部分天线存在加工困难和天线工作带宽窄等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手持终端全向圆极化天线，依托WIFI(2.40GHz-2.48GHz)和面向手持移动终端为应用背景，它是基于单极子天线、倒F天线和自相移馈电等技术上设计而成的，有效实现全向圆极化天线在手持终端上的应用，解决小型化等难题。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种手持终端全向圆极化天线，其特征在于：包括地板、设置在地板上的介质基板、以及安装在介质基板上的倒F天线和单极子天线；所述介质基板为多个，并在地板上依次连接形成闭合围框，所述倒F天线和单极子天线分别安装在两个介质基板的边角上，且倒F天线与单极子天线相互连接，并在倒F天线和单极子天线连接处安装有馈电接口。
进一步地，所述倒F天线和单极子天线呈90°垂直摆放，并产生正交的线极化辐射分量。
进一步地，所述倒F天线输入阻抗超前45°，单极子天线输入阻抗滞后45°，倒F天线、单极子天线和馈电接口之间形成90°馈电相差。
进一步地，所述单极子天线输入阻抗超前45°，倒F天线输入阻抗滞后45°，倒F天线、单极子天线和馈电接口之间形成90°馈电相差。
进一步地，所述地板为PCB金属地板，且与馈电接口导通。
进一步地，所述倒F天线和单极子天线为同样厚度的敷铜层。
进一步地，所述馈电接口为连接有50欧姆的SMA接口。
本发明的有益效果在于：本发明区别于现有技术，本发明将单极子天线和倒F天线结合起来，在结构上构造出两个正交分量，并利用自相移方式产生90°相差，使得整个天线结构上非常紧凑，实现了小型化设计。
其次，本发明将辐射部分放置在手持终端的PCB棱角处，充分利用了PCB板直角边缘这一物理结构产生圆极化，且天线所占空间很小，使得天线同PCB板集成起来。该天线充分考虑到手持终端通信的要求和限制，具有良好的应用潜力。
而且，本发明全向性的产生是利用了单极子天线和倒F天线自身具有的全向辐射特性，使得天线不需要组阵等，就可以实现全向辐射，因此具有结构简单、尺寸小等优点。
最终，本发明利用自相移产生90°相差的同时，使得两个天线的谐振频率分离，拓展了天线带宽，具有工作带宽较宽的优点。
附图说明
图1是本发明提供的手持终端全向圆极化天线结构示意图；
图2是图1的俯视示意图；
图3是图2的局部放大示意图；
图4是本发明提供的手持终端全向圆极化天线S11曲线性能图；
图5是本发明提供的手持终端全向圆极化天线轴比曲线性能图。
附图标记：
1为介质基板、2为地板、3为单极子天线、4为倒F天线、5为倒F天线的短路结构、6为馈电接口。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1-图5所示，一种手持终端全向圆极化天线，包括地板2、设置在地板2上的介质基板1、以及安装在介质基板1上的倒F天线4和单极子天线3；介质基板1，它的作用是作为天线和手持终端电子电路的载体和支撑，同时使得天线小型化。
所述倒F天线4和单极子天线3为同样厚度的敷铜层。单极子天线3，它的作用是产生垂直方向上的线极化辐射，且配合馈电形成馈电相差；倒F天线4，它的作用是产生水平方向上的线极化辐射，且配合馈电形成馈电相差。倒F天线端部还设置有短路结构5。
所述馈电接口6为连接有50欧姆的SMA接口。馈电端口，它的作用是对天线进行馈电，同时结合天线阻抗产生90°馈电相差；所述倒F天线4和单极子天线3呈90°垂直摆放，并产生正交的线极化辐射分量。倒F天线4输入阻抗超前45°，单极子天线3输入阻抗滞后45°，倒F天线4、单极子天线3和馈电接口6之间形成90°馈电相差；或者单极子天线3输入阻抗超前45°，倒F天线4输入阻抗滞后45°，倒F天线4、单极子天线3和馈电接口6之间形成90°馈电相差。
所述地板2为PCB金属地板，且与馈电接口6导通，PCB金属地板2，它的作用是作为天线的接地板和手持终端电子电路的地板。
所述介质基板1为多个，并在地板2上依次连接形成闭合围框，所述倒F天线4和单极子天线3分别安装在两个介质基板1的边角上，且倒F天线4与单极子天线3相互连接，并在倒F天线4和单极子天线3连接处安装有馈电接口6。
在实际操作时，提出了一种将单极子天线3和倒F天线4结合，并集成在PCB板上的紧凑全向圆极化天线实现方式。在PCB板的直角棱角处，呈90°垂直摆放的单极子天线3和倒F天线4，产生了正交的线极化辐射分量。利用自相移馈电的思路，将单极子和倒F天线4结合起来进行馈电，分别调整两个天线的尺寸，使得其中一个天线输入阻抗超前45°，另外一个输入阻抗滞后45°，从而馈电产生90°的相差，实现圆极化辐射。由于单极子天线3和倒F天线4本质上是偶极子天线镜像作用的产物，因此两个天线具有全向辐射的特性，从而使得圆极化构造后的天线是全向辐射的。两个天线尺寸的微调整，不仅获得圆极化产生所需要的90°相差条件，同时使得两个天线的谐振频率出现分离，拓展了天线工作带宽。天线的谐振频率由单极子和倒F天线4的有效电长度决定，天线的阻抗匹配由天线的馈电位置和具体尺寸决定。该天线使用的介质基板1是FR4(介电常数4.4，损耗角正切0.02)，厚度为1.6mm；天线辐射结构为0.018mm厚度的敷铜层；地板2同样为0.018mm厚度的敷铜层；馈电为连接有50欧姆的SMA(3.5mm)。天线的设计频段为WIFI应用频段(2.40-2.48GHz)，全向辐射圆极化天线。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种手持终端全向圆极化天线，其特征在于：包括地板、设置在地板上的介质基板、以及安装在介质基板上的倒F天线和单极子天线；所述介质基板为多个，与所述地板垂直设置，并在地板上依次连接形成闭合围框，所述倒F天线和单极子天线分别安装在两个介质基板的边角上，且倒F天线与单极子天线相互连接，并在倒F天线和单极子天线连接处安装有馈电接口；
所述倒F天线和单极子天线呈90°垂直摆放，并产生正交的线极化辐射分量；
所述倒F天线输入阻抗超前45°，单极子天线输入阻抗滞后45°，倒F天线、单极子天线和馈电接口之间形成90°馈电相差或所述单极子天线输入阻抗超前45°，倒F天线输入阻抗滞后45°，倒F天线、单极子天线和馈电接口之间形成90°馈电相差。
2.根据权利要求1所述的手持终端全向圆极化天线，其特征在于：所述地板为PCB金属地板，且与馈电接口导通。
3.根据权利要求1所述的手持终端全向圆极化天线，其特征在于：所述倒F天线和单极子天线为同样厚度的敷铜层。
4.根据权利要求1所述的手持终端全向圆极化天线，其特征在于：所述馈电接口为连接有50欧姆的SMA接口。
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