CN111129762A - 一种平面结构的圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面结构的圆极化天线，包括介质板、馈电结构和辐射结构，所述馈电结构和辐射结构分别设置在介质板的上下两侧，所述馈电结构为辐射结构耦合馈电；所述辐射结构包括第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂，所述第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂正交设置，所述第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂的幅度相等、极化方向和相位均正交；第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂中的其中一个偶极子辐射臂为电感性，另一个偶极子辐射臂为电容性。本发明可以实现圆极化天线的平面化和小型化，可以用作北斗天线。

Description

一种平面结构的圆极化天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种平面结构的圆极化天线。

背景技术

天线是无线设备中常用的部件，无线设备只有通过天线才能辐射和接收电磁波信号，实现对位通讯。天线的极化方式包括线极化和圆极化，对于线极化，当收信天线的极化方向与线极化方向一致（电场方向）时，感应出的信号最大（电磁波在极化方向上投影最大）；随着收信天线的极化方向与线极化方向偏离越来越多时，感应出的信号越小（投影不断减小）；当收信天线的极化方向与线极化方向正交（磁场方向）时，感应出的信号为零（投影为零）。因而线极化方式对天线的方向要求较高。对于圆极化，无论收信天线的极化方向如何，感应出的信号都是相同的（电磁波在任何方向上的投影都是一样的）。所以，采用圆极化方式，使得系统对天线的方位敏感性降低。因而圆极化方式是一种天线的优选方式。

通常的圆极化天线体积较大，而现在的电子设备中留给天线的安装空间越来越小，因而圆极化天线有必要小型化、平面化改进。例如随着北斗导航系统的发展，在实际应用中，北斗天线便越来越要求天线小型化、重量轻、平面结构、具有良好的圆极化性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对背景技术中的不足，提供一种可以解决的平面结构的圆极化天线，可以用于北斗天线。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种平面结构的圆极化天线，包括介质板、馈电结构和辐射结构，所述馈电结构和辐射结构分别设置在介质板的上下两侧，所述馈电结构为辐射结构耦合馈电；所述辐射结构包括第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂，所述第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂正交设置，所述第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂的幅度相等、极化方向和相位均正交；第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂中的其中一个偶极子辐射臂为电感性，另一个偶极子辐射臂为电容性。

进一步地，所述第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂的中部均设置有多道弯折结构，所述第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂的四组弯折结构中心对称设置。

进一步地，所述第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂的末端均设置有箭头结构，并且第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂上的箭头结构长度不同。

进一步地，所述馈电结构包括第一耦合面和第二耦合面，所述第一耦合面和第二耦合面均为扇形结构，并且第一耦合面和第二耦合面对称设置；所述第一耦合面和第二耦合面的边沿分别与第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂平行。

进一步地，所述馈电结构上连接有SMA接头，所述SMA接头的内导体与第一耦合面电性连接，所述SMA接头的外导体与第二耦合面电性连接。

进一步地，所述介质板为FR-板材，所述馈电结构和辐射结构均为FR-板材表面的铜层。

本发明实现的有益效果主要有以下几点：天线包括介质板、馈电结构和辐射结构，所述馈电结构为辐射结构耦合馈电；所述辐射结构包括第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂，所述第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂正交设置，所述第一偶极子辐射臂与第二偶极子辐射臂的幅度相等、极化方向和相位均正交；而且第一偶极子辐射臂和第二偶极子辐射臂中的其中一个偶极子辐射臂为电感性，另一个偶极子辐射臂为电容性。从而两个偶极子辐射臂产生的两个线极化在中心频点就具有90°的相位差，由此可以实现本实施例天线的圆极化；而且该圆极化天线在板状的介质板上制作形成，板状结构比其他立体结构占用空间小，实现了圆极化天线的小型化。

附图说明

图1为本发明实施例一中平面结构的圆极化天线辐射结构所在面（介质板正面）的结构示意图；

图2为本发明实施例一中平面结构的圆极化天线馈电结构所在面（介质板反面）的结构示意图；

图3为本发明实施例一中平面结构的圆极化天线的史密斯圆图；

图4为本发明实施例一中平面结构的圆极化天线的S参数测试图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例一

参阅图1和图2，一种平面结构的圆极化天线，可以做北斗天线。天线包括介质板1、馈电结构2和辐射结构3，馈电结构2和辐射结构3为金属材料，所述馈电结构2和辐射结构3分别设置在介质板1的上下两侧，所述馈电结构2为辐射结构3耦合馈电；本实施例中所述介质板1采用FR-4板材，所述馈电结构2和辐射结构3均为FR-4板材表面的铜层制作的线路结构，采用FR-4板材的印刷电路板制作天线，使得天线的制作材料易得，并且成本低；实际中也可以采用其他材质制作天线，例如采用其他的高频介质板做介质板1，采用柔性的FPC结构制作馈电结构2和辐射结构3。

参阅图1和图2，本实施例中的介质板1采用方形的FR-4板材，所述辐射结构3包括第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32，所述第一偶极子辐射臂31与第二偶极子辐射臂32正交设置，并且正交于方形的FR-4板材的中心位置。所述第一偶极子辐射臂31与第二偶极子辐射臂32的幅度相等、极化方向和相位均正交；第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32中的其中一个偶极子辐射臂为电感性，也就是偶极子辐射臂的谐振频点略高于中心频点；另一个偶极子辐射臂为电容性，也就是偶极子辐射臂谐振频点低于中心频点。从而两个偶极子辐射臂产生的两个线极化在中心频点就具有 90 度的相位差，由此可以实现本实施例天线的圆极化；而且该圆极化天线在板状的介质板1上制作形成，板状结构比其他立体结构占用空间小，实现了圆极化天线的小型化。

参阅图1，为了进一步实现天线的小型化，所述第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32的中部均设置有多道弯折结构33，通过弯折结构在介质板1上有限的空间内延长第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32的辐射臂长度，使得辐射臂的收发频段符合天线的要求，由此进一步实现了天线的小型化。第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32的四组弯折结构33关于方形的介质板1的中心位置中心对称设置，从而更有利于实现天线的圆极化特征。第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32的四组辐射臂可以以收发频段波长的四分之一来设置。本实施例中通过在四组辐射臂分别设置四道弯折结构来增加辐射臂的长度，实际中也可以根据实际的辐射臂长度需要来设置弯折结构的数量。

参阅图1，作为进一步的优选方案，所述第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32的末端均设置有箭头结构34，并且第一偶极子辐射臂31与第二偶极子辐射臂32上的箭头结构34长度不同，例如本实施例中竖直方向的第二偶极子辐射臂32上的箭头结构34的长度比水平方向的第一偶极子辐射臂31上的箭头长度长。由于箭头结构的长度不同，两组箭头结构的电容特性不同，因此可以产生两个不同的谐振频率，由此可以拓宽天线的收发频段，实现天线更多频段的辐射和接收。

参阅图2，所述馈电结构2包括第一耦合面21和第二耦合面22，所述第一耦合面21和第二耦合面22均为扇形结构，并且第一耦合面21和第二耦合面22对称设置在介质板1上，关于方形的介质板1的中心点对称；第一耦合面21和第二耦合面22最好设置为90°的扇形结构。所述第一耦合面21和第二耦合面22两侧的边沿分别与第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32平行。第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32印刷在介质板1的一面，第一耦合面21和第二耦合面22印刷在介质板1的另一面；采用两个90°的扇形耦合面对两个偶极子辐射臂进行耦合馈电，使得馈电面积大，馈电效果更好。

作为进一步的优选方案，为了方便本实施例天线的接线，所述馈电结构2上连接有SMA接头，所述SMA接头的内导体与第一耦合面21电性连接，所述SMA接头的外导体与第二耦合面22电性连接，从而可以直接通过SMA接头将天线与同轴线连接，SMA接头为标准接头，接线更加方便。为了更好的在第一耦合面21和第二耦合面22上焊接SMA接头，最好在第一耦合面21和第二耦合面22内侧设置一个金属片23，两个金属片23分别与第一耦合面21和第二耦合面22连接成整体的结构；通过两个金属片23来与接SMA接头焊接。

参阅图1和图2，本实施例中的天线外形尺寸30mm×30mm，即方形的介质板1边长为30mm×30mm，采用印刷电路板结构，介质板1选用普通FR-4板材，介电常数4.6，介质板1的厚度0.8mm；介质板1两侧表面的馈电结构2和辐射结构3采用铜厚 为0.035mm的铜层线路。第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32的宽度W3为0.9mm；第一偶极子辐射臂31和第二偶极子辐射臂32上的弯折结构33的W2为0.5mm，每道弯折结构33的长度L3为10mm，相邻弯折结构33的间距 1mm，水平的第一偶极子辐射臂31两端的箭头结构34的间距L1为21.5mm，竖直的第二偶极子辐射臂32两端的箭头结构34的间距L2为23mm，箭头结构34的线宽W1为1.5mm。扇形的第一耦合面21和第二耦合面22的半径R1均为8mm，金属片23的外形尺寸为2mm×1.5mm，两个金属片23的间距为L4为1mm。

参阅图3和图4，图3为本实施例中平面结构的圆极化天线的史密斯圆图，图4为本实施例中平面结构的圆极化天线的S参数测试图，从图3和图4中可以看出，本实施例中的天线在1、北斗卫星 B3 频段（1268 MHz±10MHz）具有良好的圆极化特性，性能符合使用要求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种平面结构的圆极化天线，其特征在于：包括介质板（1）、馈电结构（2）和辐射结构（3），所述馈电结构（2）和辐射结构（3）分别设置在介质板（1）的上下两侧，所述馈电结构（2）为辐射结构（3）耦合馈电；所述辐射结构（3）包括第一偶极子辐射臂（31）和第二偶极子辐射臂（32），所述第一偶极子辐射臂（31）与第二偶极子辐射臂（32）正交设置，所述第一偶极子辐射臂（31）与第二偶极子辐射臂（32）的幅度相等、极化方向和相位均正交；第一偶极子辐射臂（31）和第二偶极子辐射臂（32）中的其中一个偶极子辐射臂为电感性，另一个偶极子辐射臂为电容性。

2.根据权利要求1所述的平面结构的圆极化天线，其特征在于：所述第一偶极子辐射臂（31）和第二偶极子辐射臂（32）的中部均设置有多道弯折结构（33），所述第一偶极子辐射臂（31）和第二偶极子辐射臂（32）的四组弯折结构（33）中心对称设置。

3.根据权利要求2所述的平面结构的圆极化天线，其特征在于：所述第一偶极子辐射臂（31）和第二偶极子辐射臂（32）的末端均设置有箭头结构（34），并且第一偶极子辐射臂（31）与第二偶极子辐射臂（32）上的箭头结构（34）长度不同。

4.根据权利要求1~3任一项所述的平面结构的圆极化天线，其特征在于：所述馈电结构（2）包括第一耦合面（21）和第二耦合面（22），所述第一耦合面（21）和第二耦合面（22）均为扇形结构，并且第一耦合面（21）和第二耦合面（22）对称设置；所述第一耦合面（21）和第二耦合面（22）的边沿分别与第一偶极子辐射臂（31）和第二偶极子辐射臂（32）平行。

5.根据权利要求4所述的平面结构的圆极化天线，其特征在于：所述馈电结构（2）上连接有SMA接头，所述SMA接头的内导体与第一耦合面（21）电性连接，所述SMA接头的外导体与第二耦合面（22）电性连接。

6.根据权利要求5所述的平面结构的圆极化天线，其特征在于：所述介质板（1）为FR-4板材，所述馈电结构（2）和辐射结构（3）均为FR-4板材表面的铜层。

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