CN110600873B - 一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，包括：天线电路、耦合电路和地电位金属板；地电位金属板相邻的两边分别开设第一槽缝和第二槽缝，第一槽缝和第二槽缝的延伸线互相垂直；其中，第一槽缝中设置天线电路，第二槽缝中设置耦合电路；天线电路与第一槽缝激发第一电流共振模，耦合电路与第二槽缝激发第二电流共振模，第一电流共振模与第二电流共振模相位上相差90°。本发明利用地电位金属板辐射技术实现了圆极化天线，能够大大缩减圆极化天线的体积，实现了小型化和超薄设计。

Description

一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线及其设计方法
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，还涉及一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线的设计方法。
背景技术
在智能通信领域，信号传播在恶劣的环境中会严重退化，与线极化波相比，圆极化波在信号传播方面具有很好的优势，可以克服多径干扰和偏振不匹配。圆极化天线可以接受任何极化的来波，也可被任何极化的天线所接收，因此，圆极化天线广泛应用于卫星导航领域。圆极化天线的机理是产生等幅、正交、相位相差90°的两个线极化波(即两个等幅、正交、相位相差90°电流共振模)。
目前，工业或者商业中普遍采用的圆极化天线主要是圆极化陶瓷天线，圆极化陶瓷天线的体积无法做到小型化，因此，限制了圆极化天线在超薄电子设备中的应用，例如手机、pad等。
发明内容
本发明提出一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，在地电位金属板上实现圆极化天线，大大缩小了圆极化天线的体积，实现了圆极化天线的小型化、超薄化应用。本发明还提出一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线设计方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的第一方面，提供了一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线。
在一些可选实施例中，所述利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线包括：
天线电路、耦合电路和地电位金属板；
地电位金属板相邻的两边分别开设第一槽缝和第二槽缝，第一槽缝和第二槽缝的延伸线互相垂直；
其中，第一槽缝中设置天线电路，第二槽缝中设置耦合电路；
天线电路与第一槽缝激发第一电流共振模，耦合电路与第二槽缝激发第二电流共振模，第一电流共振模与第二电流共振模相位上相差90°。
可选地，在地电位金属板相应边上设置耦合电路和第二槽缝，天线电路和第一槽缝的位置根据产生的第一电流共振模磁场强度确定。
可选地，所述耦合电路和第二槽缝设置在地电位金属板相应边的中间位置。
可选地，所述天线电路和第一槽缝设置在地电位金属板相应边上产生第一电流共振模磁场强度最大的位置。
可选地，所述天线电路和第一槽缝设置在地电位金属板相应边上靠近产生第一电流共振模磁场强度最大点的位置。
可选地，通过调节耦合电路的匹配元件，调节第一电流共振模和第二电流共振模的相位差。
可选地，所述耦合电路的匹配元件包括电感元件、或者电容元件或者电感元件和电容元件的组合。
可选地，通过调节所述第一槽缝与所述第二槽缝之间的距离，调节所述天线电路和所述耦合电路的耦合系数。
可选地，通过调节所述第一槽缝的长度，调节所述天线电路和所述耦合电路的耦合系数。
根据本发明的第二方面，提供了一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线设计方法。
在一些可选实施例中，所述利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线设计方法，包括以下步骤：
在地电位金属板的其中一边设置第二槽缝和耦合电路；
在地电位金属板相邻边上设置第一槽缝和天线电路，第一槽缝和天线电路的位置根据产生的第一电流共振模磁场强度确定；
调节耦合电路的匹配元件，使得第一槽缝和天线电路激发的第一电流共振模与第二槽缝和耦合电路激发的第二电流共振模之间的相位差为90°；
通过调节第一槽缝与第二槽缝之间的距离，调节天线电路和耦合电路的耦合系数。
本发明的有益效果是：
(1)利用地电位金属板辐射技术实现了圆极化天线，能够大大缩减圆极化天线的体积；
(2)实现了圆极化天线的超薄设计。
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的附图。
图1为本发明一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线的一个实施例的平面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线的一个可选实施例。
该可选实施例中，利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线包括：天线电路10、耦合电路20和地电位金属板30；地电位金属板相邻的两边分别开设第一槽缝31和第二槽缝32，第一槽缝31和第二槽缝32的延伸线互相垂直；其中，第一槽缝31中设置天线电路10，第二槽缝32中设置耦合电路20；天线电路10与第一槽缝31激发第一电流共振模，耦合电路20与第二槽缝32激发第二电流共振模，第一电流共振模与第二电流共振模空间上成90°关系，相位上相差90°。可选地，天线电路10包括信号源和匹配电容。可选地，匹配电容和信号源串联连接。可选地，匹配电容和信号源并联连接。可选地，匹配电容的数量为一个或者多个。可选地，匹配电容的数量为多个，匹配电容与信号源通过串联和并联组合的方式连接。可选地，耦合电路20包括匹配元件。可选地，耦合电路20的匹配元件包括电感元件、或者电容元件或者电感元件和电容元件的组合。
天线电路10包括信号源，用于产生外电流和磁流信号，第一槽缝31与天线电路10一起构成第一回路(Loop)，形成第一磁流源，作为激发第一电流共振模的外部电源，第一磁流源与地电位金属板30之间形成磁场耦合；同时，由于天线电路10包括匹配电容，天线电路10与地电位金属板30之间又形成电场耦合，上述磁场耦合和电场耦合共同激发第一电流共振模。
第二槽缝32与耦合电路20一起构成第二回路(Loop)，第二回路在第一槽缝31和天线电路10的激发下形成第二磁流源，作为激发第二电流共振模的外部电源，第二磁流源与地电位金属板30之间形成磁场耦合；同时，由于天线电路10包括匹配电容，耦合电路20与地电位金属板30之间又形成电场耦合，上述磁场耦合和电场耦合共同激发第二电流共振模。
由于第一槽缝31和第二槽缝32的延伸线互相垂直，因此，第一电流共振模与第二电流共振模空间上成90°关系，相互正交。
采用上述实施例，本发明利用地电位金属板辐射技术，激发出第一电流共振模与第二电流共振模，调节二者幅值、空间关系和相位关系，进而在地电位金属板上实现了圆极化天线，可以极大缩小圆极化天线的体积。
可选地，在地电位金属板30相应边33上设置第二槽缝32和耦合电路20，天线电路10和第一槽缝31在地电位金属板30相应边34上的位置根据第一电流共振模磁场强度确定。可选地，耦合电路20和第二槽缝32设置在地电位金属板相应边33的中间位置。可选地，耦合电路20和第二槽缝32设置在地电位金属板相应边33的正中间位置。可选地，天线电路10和第一槽缝31设置在地电位金属板相应边34上产生第一电流共振模磁场强度最大位置。可选地，天线电路10和第一槽缝31设置在地电位金属板相应边34上靠近产生第一电流共振模磁场强度最大点的位置，例如，天线电路10和第一槽缝31设置在产生第一电流共振模磁场强度最大点±3cm范围内。
采用上述可选实施例，本发明的圆极化天线先设置第二槽缝32和耦合电路20的位置，再根据产生的第一电流共振模磁场强度确定天线电路10和第一槽缝31，实现第二槽缝32和耦合电路32、以及天线电路10和第一槽缝31的位置设置，保证第一电流共振模与第二电流共振模空间上成90°、振幅大小相等的关系。
同时，采用上述可选实施例，第一槽缝31位于板边磁场最强的位置附近，与天线电路10一起构成第一回路(Loop)，形成第一磁流源，在地电位金属板磁场最强的位置与地电位金属板之间形成强磁场耦合；同时，天线电路10包括匹配电容，天线电路10与地电位金属板30之间又有电场耦合，磁场耦合和电场耦合共同激发第一电流共振模。第二槽缝32位于地电位金属板中央磁场最强的位置，作为第二磁流源，在地电位金属板磁场最强的位置形成强磁场耦合，同时，在第一槽缝的开口位置(电场最强位置)设置匹配电容形成强电场耦合，以激发第二电流共振模。
可选地，本申请的圆极化天线通过调节第一槽缝31与第二槽缝32之间的距离，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数。可选地，本申请的利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线通过调节第一槽缝31的长度，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数。可选地，天线电路10和耦合电路20的耦合系数为0.4-0.6。可选地，天线电路10和耦合电路20的耦合系数为0.5。由于圆极化天线的机理是产生等幅、正交、相位相差90°的两个电流共振模，本申请的圆极化天线通过调节第一槽缝31与第二槽缝32之间的距离，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数，实现两个电流共振模等幅。
可选地，第一电流共振模相位上超前第二电流共振模90°。可选地，第二电流共振模相位上超前第一电流共振模90°。采用上述可选实施例，可以实现第一电流共振模与第二电流共振模相位上相差90°。
可选地，上述利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，通过调节耦合电路20的匹配元件，调节第一电流共振模和第二电流共振模的相位差。可选地，耦合电路20的匹配元件包括电感元件、或者电容元件或者电感元件和电容元件的组合。采用上述可选实施例，通过调节耦合电路20的匹配元件，实现第一电流共振模和第二电流共振模的相位差的调节。
图1所示实施例中，第二槽缝32和耦合电路20设置在地电位金属板的顶边，第一槽缝31和天线电路10设置在地电位金属板的右侧边，当然，本领域技术人员根据本申请的教导，可以调整第二槽缝32和耦合电路20、以及第一槽缝31和天线电路10的位置。
在另一些实施例中，本发明还提出了一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线设计方法，用于设计前文所述的圆极化天线，结合图1，包括以下步骤：在地电位金属板30一边上设置第二槽缝32和耦合电路20；在地电位金属板30相邻边上设置第一槽缝31和天线电路10，第一槽缝31和天线电路10位置根据产生的第一电流共振模磁场强度确定；调节耦合电路20的匹配元件，使得第一槽缝31和天线电路10激发的第一电流共振模与第二槽缝32和耦合电路20激发的第二电流共振模之间的相位差为90°；通过调节第一槽缝31与第二槽缝32之间的距离，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数。
可选地，本发明的圆极化天线设计方法先在地电位金属板30相应边33上设置第二槽缝32和耦合电路20，再根据第一电流共振模磁场强度确定天线电路10和第一槽缝31在地电位金属板30相应边34上的位置。可选地，耦合电路20和第二槽缝32设置在地电位金属板相应边33的中间位置。可选地，耦合电路20和第二槽缝32设置在地电位金属板相应边33的正中间位置。可选地，天线电路10和第一槽缝31设置在地电位金属板相应边34上产生第一电流共振模磁场强度最大位置。可选地，天线电路10和第一槽缝31设置在地电位金属板相应边34上靠近产生第一电流共振模磁场强度最大点的位置，例如，天线电路10和第一槽缝31设置在产生第一电流共振模磁场强度最大点±3cm范围内。
可选地，本发明的圆极化天线设计方法通过调节第一槽缝31与第二槽缝32之间的距离，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数。可选地，本发明的圆极化天线设计方法通过调节第一槽缝31的长度，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数。可选地，天线电路10和耦合电路20的耦合系数为0.4-0.6。可选地，天线电路10和耦合电路20的耦合系数为0.5。由于圆极化天线的机理是产生等幅、正交、相位相差90°的两个电流共振模，本申请的圆极化天线通过调节第一槽缝31与第二槽缝32之间的距离，调节天线电路10和耦合电路20的耦合系数，实现两个电流共振模等幅。
可选地，第一电流共振模相位上超前第二电流共振模90°。可选地，第二电流共振模相位上超前第一电流共振模90°。采用上述可选实施例，可以实现第一电流共振模与第二电流共振模相位上相差90°。
可选地，本发明的圆极化天线设计方法通过调节耦合电路20的匹配元件，调节第一电流共振模和第二电流共振模的相位差。可选地，耦合电路20的匹配元件包括电感元件、或者电容元件或者电感元件和电容元件的组合。采用上述可选实施例，通过调节耦合电路20的匹配元件，实现第一电流共振模和第二电流共振模的相位差的调节。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，包括：
天线电路、耦合电路和地电位金属板；
地电位金属板相邻的两边分别开设第一槽缝和第二槽缝，第一槽缝和第二槽缝的延伸线互相垂直；
其中，第一槽缝中设置天线电路，第二槽缝中设置耦合电路；
第一槽缝与天线电路构成第一回路，形成第一磁流源，第一磁流源与地电位金属板之间形成磁场耦合；天线电路与地电位金属板之间形成电场耦合，磁场耦合和电场耦合共同激发第一电流共振模；
第二槽缝与耦合电路构成第二回路，第二回路在第一槽缝和天线电路的激发下形成第二磁流源，第二磁流源与地电位金属板之间形成磁场耦合；耦合电路与地电位金属板之间形成电场耦合，磁场耦合和电场耦合共同激发第二电流共振模；
第一电流共振模与第二电流共振模相位上相差90°。
2.如权利要求1所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，在地电位金属板相应边上设置耦合电路和第二槽缝，天线电路和第一槽缝的位置根据产生的第一电流共振模磁场强度确定。
3.如权利要求2所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，所述耦合电路和第二槽缝设置在地电位金属板相应边的中间位置。
4.如权利要求2所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，所述天线电路和第一槽缝设置在地电位金属板相应边上产生第一电流共振模磁场强度最大的位置。
5.如权利要求2所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，所述天线电路和第一槽缝设置在地电位金属板相应边上靠近产生第一电流共振模磁场强度最大点的位置。
6.如权利要求1所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，通过调节耦合电路的匹配元件，调节第一电流共振模和第二电流共振模的相位差。
7.如权利要求6所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，所述耦合电路的匹配元件包括电感元件或者电容元件或者电感元件和电容元件的组合。
8.如权利要求1所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，通过调节所述第一槽缝与所述第二槽缝之间的距离，调节所述天线电路和所述耦合电路的耦合系数。
9.如权利要求8所述的一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线，其特征在于，通过调节所述第一槽缝的长度，调节所述天线电路和所述耦合电路的耦合系数。
10.一种利用地电位金属板辐射技术的圆极化天线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
在地电位金属板的其中一边设置第二槽缝和耦合电路；
在地电位金属板相邻边上设置第一槽缝和天线电路，第一槽缝和天线电路的位置根据产生的第一电流共振模磁场强度确定；
调节耦合电路的匹配元件，使得第一槽缝和天线电路激发的第一电流共振模与第二槽缝和耦合电路激发的第二电流共振模之间的相位差为90°；
通过调节第一槽缝与第二槽缝之间的距离，调节天线电路和耦合电路的耦合系数；
第一槽缝与天线电路构成第一回路，形成第一磁流源，第一磁流源与地电位金属板之间形成磁场耦合；天线电路与地电位金属板之间形成电场耦合，磁场耦合和电场耦合共同激发第一电流共振模；
第二槽缝与耦合电路构成第二回路，第二回路在第一槽缝和天线电路的激发下形成第二磁流源，第二磁流源与地电位金属板之间形成磁场耦合；耦合电路与地电位金属板之间形成电场耦合，磁场耦合和电场耦合共同激发第二电流共振模。
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