CN111628287A - 一种宽带圆极化贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽带圆极化贴片天线，包含一个介质基片，位于所述介质基片一个表面的方形金属贴片和多段微带线，以及一个三维金属地板；所述方形金属贴片的相邻两个边沿的中心分别连接3段微带线，最后连接到同轴线馈电端口；所述微带线的电长度在工作频率上为90°或180°；所述三维金属地板在中心切除一个大的深槽，在靠近同轴线馈电端口处切除一个小的矩形槽；本发明的宽带圆极化贴片天线，具有宽频带、馈电电路寄生辐射小、加工简单和剖面低等特点。

Description

一种宽带圆极化贴片天线

技术领域

本发明属于微波通信领域，具体涉及一种宽带圆极化贴片天线。

背景技术

圆极化贴片天线在卫星通信、GPS定位等方面得到广泛应用。随着无线通信系统不断更新换代，新的应用场合对无线通信系统中天线的性能要求越来越高。圆极化天线的工作带宽越来越宽。在更小的空间内需要集成更多的天线单元，故而天线的馈电电路需要减少寄生辐射，以降低对天线整体性能的影响。从市场产品角度考虑，天线单元和馈电电路印刷在同一个介质基片上可以减低加工和装配的成本。

传统的宽带圆极化贴片天线有使用多个寄生辐射单元，但是这样增大的天线的复杂度，不便于加工和装配。利用宽带90°移相器和Wilkinson功率分配器对贴片天线馈电，拓展天线带宽，但是功率分配器的隔离电路会吸收功率，降低天线的效率，不适应于大功率的发射天线。近年来，有学者使用耦合谐振器对天线进行馈电，实现宽带圆极化特性。然而，馈电电路中的耦合结构容易产生寄生辐射，影响天线的辐射方向图。因此，易于加工装配、馈电电路寄生辐射小的宽带圆极化贴片天线在无线通信系统中具有较大的实用意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新型的宽带圆极化贴片天线，馈电电路使用多段微带线直接连接，再结合三维金属地板，实现宽带特性。同时，天线馈电结构避免使用耦合结构，减少馈电电路产生的寄生辐射，降低对天线辐射的影响。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种宽带圆极化贴片天线，包含：一个厚度小于工作频点的波长的介质基片1；位于所述介质基片1一个表面的方形金属贴片元件2，多段微带线3、4、5和6、7、8；所述介质基片正下方的三维金属地板9及其包含的挖槽10和11，同轴馈电端口12安装在所述三维金属地板上。

作为本发明的进一步优化方案，所述介质基片（1）直接安装在三维金属地板（9）的正上方。

作为本发明的进一步优化方案，所述微带线（3）和（6）分别与方形金属贴片元件（2）的相邻两个边沿的中心连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述微带线（3）、（4）、（5）（6）和（8）的电长度在中心频率上都为90°。

作为本发明的进一步优化方案，所述微带线（7）的电长度在中心频率上为180°。

作为本发明的进一步优化方案，所述微带线（5）和（8）通过特征阻抗100 Ω的微带线连接到同轴馈电端口（12）。

作为本发明的进一步优化方案，所述三维金属地板（9）的挖槽（10）与方形金属贴片元件（2）在垂直方向中心对齐。

作为本发明的进一步优化方案，所述方形挖槽（10）位于微带线（3）和（6）正下方，方形挖槽（10）的边沿与微带线（3）和（6）的一段对齐。

作为本发明的进一步优化方案，所述矩形挖槽（11）位于微带线（5）和（8）的正下方。

作为本发明的进一步优化方案，所述同轴馈电端口（12）的外导体与三维金属地板（9）连接，其内导体与位于介质基板（1）上的微带线连接。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的宽带圆极化贴片天线，具有剖面低、成本低、制作简单等特点。

2、本发明提出的宽带圆极化贴片天线，可以将天线辐射单元与馈电电路放置在介质基片的同一个表面上，同时减少馈电电路的寄生辐射和实现宽频带特性。

附图说明

图1是本发明宽带圆极化贴片天线的立体图。

图2是本发明宽带圆极化贴片天线的俯视图（介质基片设置为透明）。

图3是本发明宽带圆极化贴片天线的输入反射系数。

图4是本发明宽带圆极化贴片天线的增益。

图5是本发明宽带圆极化贴片天线的轴比。

图6是本发明宽带圆极化贴片天线在工作频带的两个频率点上的方向图。

具体实施方案

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

对照附图1和图2，本发明一种宽带圆极化贴片天线，包含一个厚度小于工作频点的波长的介质基片1；位于所述介质基片1一个表面的方形金属贴片元件2，多段微带线3、4、5和6、7、8；所述介质基片正下方的三维金属地板9及其包含的挖槽10和11。方形金属贴片元件作为天线辐射单元，馈电电路中的微带线分别与贴片元件的相邻两个边沿连接，激励天线的谐振模式TM₀₁和TM₁₀模。三维金属地板上的挖槽10位于方形金属贴片元件和微带线3和6的下方，一方面，降低天线辐射单元的Q值；另一方面，微带线3和6离地板高度较大，容易实现很高的特征阻抗。微带线4和7离金属地板的高度较小，便于实现很低的特征阻抗。三维金属地板的挖槽11位于微带线5和8的下方，挖槽11的深度比挖槽10的深度要小，使得微带线5和8的特征阻抗相对较低。同轴馈电端口12的外导体与三维金属地板连接，其内导体与位于介质基片上的微带线连接。

为了实现宽带特性，微带线3、4和5与天线辐射单元可以等效为一个二阶带通滤波器网络，而微带线6、7和8与天线辐射单元同样可以等效为一个二阶带通滤波器网络。这两个带通滤波器等效电路网络设计为相同带宽和回波损耗的Chebyshev响应。天线的馈电电路使用直接连接的微带线，避免使用耦合结构，可以大大减少馈电电路的寄生辐射，降低对天线方向图的影响。

附图3所示的是天线随频率变化的反射系数，可以发现，天线在4.2–4.7 GHz频率内匹配良好，反射系数小于-10dB。

附图4是天线的增益随频率变化特性。在中心频率附近，天线增益保持在10.3 dBi左右，形成一个平坦的增益响应。在工作频带外，低于4.2 GHz和高于4.8 GHz时，天线增益迅速下降。天线的增益响应形成滤波特性。

附图5是该天线轴比随频率变化特性，可见，在工作频带内的4.3和4.5 GHz，出现两个轴比最小值点，形成宽带轴比响应。

附图6是天线在频带内的两个频率点上的方向图。可以看出，在工作频带内，天线方向图保持稳定。

综上所述，本发明宽带圆极化贴片天线能基于简单的结构，实现宽带特性。馈电电路避免使用耦合结构，降低馈电电路的寄生辐射。同时，天线辐射单元与馈电电路可以放置在介质基片的同一个表面上，便于加工和装配。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种宽带圆极化贴片天线，其特征在于，包含：一个厚度小于工作频点的波长的介质基片（1）；位于所述介质基片（1）一个表面的方形金属贴片元件（2），多段微带线（3）、（4）、（5）和（6）、（7）、（8）；所述介质基片正下方的三维金属地板（9）及其包含的挖槽（10）和（11），同轴馈电端口（12）安装在所述三维金属地板上。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基片（1）直接安装在三维金属地板（9）的正上方。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带线（3）和（6）分别与方形金属贴片元件（2）的相邻两个边沿的中心连接。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带线（3）、（4）、（5）（6）和（8）的电长度在中心频率上都为90°。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带线（7）的电长度在中心频率上为180°。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带线（5）和（8）通过特征阻抗100 Ω的微带线连接到同轴馈电端口（12）。

7.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述三维金属地板（9）的方形挖槽（10）与方形金属贴片元件（2）在垂直方向中心对齐。

8.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述挖槽（10）位于微带线（3）和（6）正下方，方形挖槽（10）的边沿与微带线（3）和（6）的一段对齐。

9.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述矩形挖槽（11）位于微带线（5）和（8）的正下方。

10.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述同轴馈电端口（12）的外导体与三维金属地板（9）连接，其内导体与位于介质基板（1）上的微带线连接。

Images