CN109888472A - 全向圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全向圆极化天线,所述全向圆极化天线包括辐射介质板、反射介质板和穿过反射介质板对辐射介质板馈电的馈线，辐射介质板设有四个垂直正交的第一单极子及连接于第一单极子远离辐射介质板中心的端部的第一寄生贴片，反射介质板设有四个垂直正交的第二单极子及连接于第二单极子远离反射介质板中心的端部的第二寄生贴片，同一介质板上相邻两个寄生贴片的相邻端部之间具有间隙；第一寄生贴片在反射介质板上的投影与第二寄生贴片的外边缘构成圆。通过第一寄生贴片和第二寄生贴片使得天线的电流实现圆极化走向变化，从而构成圆极化天线，单极子的端部设置寄生贴片可延长单极子上的电流的路径，减小天线的横向尺寸，实现天线的小型化。

Description

全向圆极化天线

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种全向圆极化天线。

背景技术

在诸如全球定位系统(GPS)和个人移动系统之类的无线通信系统中，全向圆极化天线正变得越来越有吸引力。另一方面，全向天线已应用于无人机系统。如果无人机天线能够同时接收垂直极化和水平极化，则可以减轻无人机天线与地面天线之间的极化失配。因此，全向圆极化天线是提升无人机通信信号质量的一个重要途径。

根据这一要求，近年来人们提出了许多设计全向圆极化天线的方法，例如：利用贴片和槽缝的辐射组合产生圆极化全向辐射、利用加载圆形贴片的介质谐振器天线、利用缝隙阵列实现的全向圆极化天线等，但上述天线虽然可以产生全向的圆极化辐射方向图，但体积和重量都很大，不适合无人机应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种小型化、低剖面的全向圆极化天线。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种全向圆极化天线，包括上下设置的辐射介质板、反射介质板和穿过所述反射介质板并对所述辐射介质板馈电的馈线，所述辐射介质板设有四个垂直正交的第一单极子及连接于第一单极子远离辐射介质板中心的端部的第一寄生贴片，所述反射介质板设有四个垂直正交的第二单极子及连接于第二单极子远离反射介质板中心的端部的第二寄生贴片，同一介质板上相邻两个寄生贴片的相邻端部之间具有间隙；所述第一寄生贴片在反射介质板上的投影与所述第二寄生贴片的外边缘构成圆。

进一步设置：所述反射介质板由辐射介质板偏转预设角度而成，并且所述第一单极子与第二单极子错位设置。

进一步设置：定义所述寄生贴片位于单极子左侧的一端为左端，位于该单极子右侧一端为右端；所述辐射介质板的第一寄生贴片在所述反射介质板上的投影中，其左端填充于反射介质板上相邻两个第二寄生贴片之间的间隙，并且第一寄生贴片左端的端部与反射介质板的第二寄生贴片对应的右端相互重叠。

进一步设置：所述辐射介质板和反射介质板之间设有连接两者寄生贴片的连接件。

进一步设置：所述连接件为金属柱，所述金属柱的两端分别与辐射介质板的第一寄生贴片的左端和反射介质板的第二寄生贴片的右端对应连接。

进一步设置：还包括设于每个所述单极子上并与单极子电连接的感性加载件。

进一步设置：所述感性加载件为两端与单极子电连接的感性曲折线。

进一步设置：所述反射介质板远离辐射介质板的一侧设有底层介质板，所述底层介质板靠近反射介质板的侧面设有金属片。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1.在本发明的全向圆极化天线中，反射介质板相对于辐射介质板发生相对偏转，使得反射介质板的金属片的单极子与辐射介质板的单极子错位设置，并且反射介质板的偏转角度取决于寄生贴片的弧形环迹线，通过反射介质板与辐射介质板的相对偏转，构成了电流的走向变化，形成了圆极化电流，从而构成了圆极化天线。

2.在本发明的全向圆极化天线中，在单极子的端部设置寄生贴片可延长单极子上的电流的路径，从而减小天线的横向尺寸，此外，还通过金属短柱连接辐射介质板和反射介质板上的寄生贴片，进一步延长了单极子上电流的路径，使得天线的横向尺寸进一步得到减小，同时降低了天线的剖面高度。

3.在本发明的全向圆极化天线中，每个单极子上还设置有曲折线以增加总电感，可用以展宽天线的带宽，同时曲折线还可增加单极子的表面电流路径，以减小天线的横向尺寸，有利于天线小型化的实现。

4.在本发明的全向圆极化天线中，相邻单极子连接的寄生贴片之间存在间距，两个寄生贴片及其间隙可形成电容，可实现电容加载，由于电容的差异，通过寄生贴片可增加新的谐振频率，当新的谐振频率靠近原有的谐振频率时，天线的带宽可得到展宽，从而实现宽频化。

5.在本发明的全向圆极化天线中，通过底层介质板的金属片能够改善天线的驻波带宽。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明全向圆极化天线的实施例的结构示意图；

图2为本发明全向圆极化天线的实施例的竖向截面图；

图3为本发明全向圆极化天线中辐射介质板的结构示意图；

图4为本发明全向圆极化天线中反射介质板的结构示意图；

图5为本发明全向圆极化天线在2.12GHz的轴比曲线图；

图6为本发明全向圆极化天线的电压驻波比曲线图；

图7为本发明全向圆极化天线的全频带轴比曲线图；

图8为本发明全向圆极化天线的3D辐射图。

图中，1、辐射介质板；11、第一单极子；12、第一寄生贴片；2、反射介质板；21、第二单极子；22、第二寄生贴片；3、底层介质板；31、金属片；4、馈线；41、内导体；42、外导体；5、连接件；6、感性加载件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明涉及一种全向圆极化天线，结构简单，可减小天线的横向尺寸，降低天线的剖面高度，从而实现天线的小型化。

请参见图1至图4，所述全向圆极化天线包括上下设置的辐射介质板1、反射介质板2和穿过反射介质板2并对所述辐射介质板1馈电的馈线4，定义本实施例中，所述辐射介质板1位于反射介质板2的上方，且辐射介质板1远离反射介质板2的侧面为辐射介质板1的上表面。

所述辐射介质板1设有四个垂直正交的第一单极子11及连接第一单极子11远离辐射介质板1中心的端部的第一寄生贴片12，所述反射介质板2设有四个垂直正交的第二单极子21及连接第二单极子21远离反射介质板2中心的端部的第二寄生贴片22。

此外，在同一介质板上相邻的两个寄生贴片的相邻端部之间具有间隙。两个所述寄生贴片及其间隙可形成电容，可实现电容加载，由于电容的差异，通过寄生贴片可增加新的谐振频率，当新的谐振频率靠近原有的谐振频率时，天线的带宽可得到展宽，从而实现宽频化。

请结合图3和图4，进一步的，所述反射介质板2与辐射介质板1的结构基本一致，所述反射介质板2是由辐射介质板1偏转一定角度而成。进一步的，所述辐射介质板1及反射介质板2的截面均为圆形，所述第一寄生贴片12及第二寄生贴片22均沿所对应的介质板的外边缘延伸以呈弧形设置，使得所述第一寄生贴片12在反射介质板2上的投影与所述第二寄生贴片22的外边缘构成一个完整圆形。并且反射介质板2的偏转角度取决于寄生贴片的弧形环迹线，以使得所述第一单极子11与第二单极子21错位设置，进而使第一寄生贴片12的投影与第二寄生贴片22的边缘共同限定出圆。

优选地，通过定义所述寄生贴片位于单极子左侧的一端为左端，位于该单极子右侧一端为右端，所述辐射介质板1的第一寄生贴片12在所述反射介质板2上的投影中，其左端的端部与反射介质板2对应该第一寄生贴片12的第二寄生贴片22的右端相互重叠，并且第一寄生贴片12在反射介质板2上的投影可将反射介质板2上相邻两个第二寄生贴片22之间的间隙进行填充。通过反射介质板2与辐射介质板1的相对偏转，构成了电流的走向变化，形成了圆极化电流，从而构成了全向的圆极化天线。

所述辐射介质板1和反射介质板2之间还设有连接两者寄生贴片的连接件5，优选地，本实施例中的连接件5为金属柱，并且金属柱的两端分别连接辐射介质板1的第一寄生贴片12的左端和反射介质板2的第二寄生贴片22的右端，从而将辐射介质板1的第一寄生贴片12与第二寄生贴片22连接，可延伸单极子上的电流的路径，以达到减小天线横向尺寸的目的，同时还可降低天线的剖面高度。

此外，每个单极子(含第一单极子11和第二单极子21)上还电连接有感性加载件6，通过感性加载件6可增加天线的总电感，以达到提升发射或接收的信号强度的目的。优选地，本实施例中的感性加载件6为印刷于介质板上并形成于单极子中部且两端与单极子电连接的感性曲折线。同时所述感性曲折线还可增加单极子的表面电流路径，进一步减小天线的横向尺寸，同有利于天线小型化的实现。

请结合图2，所述馈线4用于进行天线的信号传输，其主要包括内导体41和外导体42，所述内导体41与辐射介质板1的金属片31连接，所述外导体42包覆于内导体41外部，所述外导体42主要起回路导体的作用，并且所述外导体42接地，还可起到屏蔽的作用。

所述全向圆极化天线还包括底层介质板3，所述底层介质板3设于反射介质板2远离辐射介质板1的一侧且被馈线4贯穿，所述底层介质3板上还设有金属片31，通过所述底层介质板3的金属片31能够改善天线的驻波带宽。

优选地，本实施例中的辐射介质板1和反射介质板2的半径R_sub为22.5mm，寄生贴片的宽度为1.6mm，单极子的宽度W_b2为3mm，感性曲折线到介质板中心的距离L_b2为9mm，辐射介质板1和反射介质板2之间的距离D1为6mm，反射介质板2与底层介质板3之间的距离D2为15mm，通过参数优化可提升天线的辐射效率和增益峰值。

下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。

图5展示了2.2GHz的轴比曲线图，由图可看出，在5-175°的范围内，天线的轴比均小于3，表明天线在垂直面辐射范围内，具有良好的圆极化特性。

参见图6，本发明参考天线的电压驻波比满足全向圆极化天线用于无线通信的要求，在频率1.75GHz-3.48GH范围内驻波反射系数均小于2，驻波带宽为1.75GHz-3.48GHZ，表明天线具有很好的驻波宽带特性。

参见图7，在1.5GHz-2.3GHZ范围内轴比小于3，即天线的轴比带宽为1.5GHz-2.3GHZ，表明天线具有良好的圆极化宽带辐射特性。

图8展示了2.12GHz的3D辐射方向图，其主极化为右旋极化，交叉极化为左旋极化，辐射主方向上交叉极化电平为16dB，说明天线在方位面360°均有较好的圆极化特征，可实现全向圆极化性能。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种全向圆极化天线，其特征是：包括上下设置的辐射介质板、反射介质板和穿过所述反射介质板并对所述辐射介质板馈电的馈线，所述辐射介质板设有四个垂直正交的第一单极子及连接于第一单极子远离辐射介质板中心的端部的第一寄生贴片，所述反射介质板设有四个垂直正交的第二单极子及连接于第二单极子远离反射介质板中心的端部的第二寄生贴片，同一介质板上相邻两个寄生贴片的相邻端部之间具有间隙；所述第一寄生贴片在反射介质板上的投影与所述第二寄生贴片的外边缘构成圆。

2.根据权利要求1所述的全向圆极化天线，其特征是：所述反射介质板由辐射介质板偏转预设角度而成，并且所述第一单极子与第二单极子错位设置。

3.根据权利要求2所述的全向圆极化天线，其特征是：定义所述寄生贴片位于单极子左侧的一端为左端，位于该单极子右侧一端为右端；所述辐射介质板的第一寄生贴片在所述反射介质板上的投影中，其左端填充于反射介质板上相邻两个第二寄生贴片之间的间隙，并且第一寄生贴片的左端的端部与反射介质板的第二寄生贴片对应的右端相互重叠。

4.根据权利要求3所述的全向圆极化天线，其特征是：所述辐射介质板和反射介质板之间设有连接两者寄生贴片的连接件。

5.根据权利要求4所述的全向圆极化天线，其特征是：所述连接件为金属柱，所述金属柱的两端分别与辐射介质板的第一寄生贴片的左端和反射介质板的第二寄生贴片的右端对应连接。

6.根据权利要求1所述的全向圆极化天线，其特征是：还包括与于每个所述单极子上并与单极子电连接的感性加载件。

7.根据权利要求6所述的全向圆极化天线，其特征是：所述感性加载件为两端与单极子电连接的感性曲折线。

8.根据权利要求1所述的全向圆极化天线，其特征是：所述反射介质板远离辐射介质板的一侧设有底层介质板，所述底层介质板靠近反射介质板的侧面设有金属片。