CN111834738B - 一种小型化双频带微带圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种小型化双频带微带圆极化天线，包括：天线辐射模块、等效磁性介质模块、降耦隔离模块、功分馈电网络模块。通过加载等效磁性介质模块，有效抬升了天线在工作频带内增益，并实现了工作带宽外滤波。本发明通过加载槽孔结构联合降耦隔离模块，提升了天线同极化端口之间隔离度。本发明通过加载功分馈电网络模块配合整体设计，实现天线小型化、双频化设计。本发明的天线具有结构紧凑，尺寸小，解决了现有微带圆极化天线的尺寸大、剖面高、带宽受限、增益低的问题。

Description

一种小型化双频带微带圆极化天线

技术领域

本发明涉属于天线技术领域，特别涉及一种小型化双频带微带圆极化天线。

背景技术

天线是有效地向空间辐射电磁波的装置，而天线的尺寸与天线的工作频率密切相关。当天线工作频率较低时，天线整体尺寸过大成为制约天线应用的重要因素。常用的圆极化天线多采用多馈法结合耦合馈电形式来实现宽带化、多频化、小型化；

现有的微带圆极化天线至少存在以下问题：

1、现有宽带微带圆极化天线常采用多馈法实现，在采用四馈法及更多馈电点同时，同极化端口之间的耦合过大使得微带圆极化天线的增益无法得到有效体现。

2、现有宽带微带圆极化天线多通过天线辐射贴片上不同位置对应不同的谐振点组合形成宽带、多频带，这使得天线工作频率无法灵活地向更宽频带进行拓展。

3、现有宽带微带圆极化天线实现双频带多采用有源器件进行滤波，使得天线的工作环境更为复杂，同时增加设计成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种双频带微带圆极化天线，本发明实现在小型化双频带条件下，提高天线的整体性能，降低设计成本；通过该发明可实现宽带微带圆极化天线中间频段滤波，降低天线设计成本同时兼顾了天线增益和圆极化性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型化双频带微带圆极化天线，包括：天线辐射模块、等效磁性介质模块、降耦隔离模块和功分馈电网络模块；

所述天线辐射模块具有L型探针和天线辐射贴片，L型探针耦合产生谐振进行辐射，天线辐射贴片产生宽带谐振；

所述降耦隔离模块设置在天线辐射模块下方；降耦隔离模块具有交叉金属板结构，用于降低圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合，提升同极化端口之间的隔离度；

所述等效磁性介质模块设置在所述降耦隔离模块下方；所述等效磁性介质模块具有级联双矩形环结构，用于使电磁波入射时实现同相反射；所述L型探针顶部与天线辐射贴片连接，底部与等效磁性介质模块连接；

所述功分馈电网络模块设置在等效磁性介质模块下方，用于提供给天线辐射贴片四路等幅相位差90°的输出。

作为本发明的进一步改进，所述天线辐射模块包括第一介质板、连接片和感生枝节；所述天线辐射贴片设置在第一介质板上，所述连接片和感生枝节分布在天线辐射贴片外部；所述连接片延伸至第一介质板边缘处向下弯折并穿过等效磁性介质模块和功分馈电网络模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述天线辐射贴片的电流分布密集区域上设置有中心对称的矩形槽孔群。

作为本发明的进一步改进，所述降耦隔离模块包括两个垂直平行Z轴的交叉金属隔离板，两个交叉金属隔离板将空气介质区域分为四部分，每部分分别对应一个L型探针。

作为本发明的进一步改进，所述等效磁性介质模块包括第二介质板和馈电通孔；所述级联双矩形环结构设置在第二介质板上，所述馈电通孔设置在对应级联双矩形环结构内的区域上。

作为本发明的进一步改进，所述级联双矩形环结构由四个双矩形环阵列布置而成，每个双矩形环内的一个角上设置一馈电通孔；所述L型探针穿过馈电通孔与馈电网络模块连接。

作为本发明的进一步改进，四个双矩形环与第二介质板边缘相对倾斜设置，以使得四个双矩形环有一个角与对应的第二介质板边缘接触。

作为本发明的进一步改进，所述功分馈电网络模块包括第三介质板和威尔金森功分器馈电网络；所述威尔金森功分器馈电网络设置在第三介质板上。

作为本发明的进一步改进，所述威尔金森功分器馈电网络通过在传输枝节上设置等效复合电容电感为天线辐射贴片的四路馈电端口提供近似等幅相位差90°的馈电。

作为本发明的进一步改进，所述极化天线整体为中心对称结构。

相对与现有技术，本发明具有以下技术效果：

本发明的一种小型化双频带微带圆极化天线包括：天线辐射模块、等效磁性介质模块、降耦隔离模块及功分馈电网络模块。天线辐射模块采用槽孔并与降耦隔离模块联合设计实现了天线同极化端口之间的隔离度的提升。等效磁性介质模块采用级联双矩形环结构，用于实现高效率电磁波的传输与反射相位控制，使电磁波入射至该模块时实现同相反射，有助于天线工作频段内提升增益，并在工作频带内具有带通滤波效果。功分馈电网络模块通过加载电感电容结构实现了四个馈电端口之间的相位差的稳定性设计。本发明通过加载感生枝节联合采用L型探针耦合馈电实现高低频相对带宽分别为9.4％和3.6％。本发明通过加载等效磁性介质模块，实现天线在双工作频带内增益抬升，同时实现工作带宽外滤波。本发明通过加载槽孔结构联合降耦隔离模块，提升了天线同极化端口之间的隔离度。本发明通过加载功分馈电网络模块，实现天线小型化、高增益、双频化设计。该天线的工作频率为1.1GHz-1.3GHz，1.5GHz-1.65GHz。此外本发明的天线结构简单，易于加工。

进一步，降耦隔离模块采用具有特定结构的垂直于天线法向的交叉金属隔离板结构，降低了圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合，并结合扼流开槽结构的共同设计，进一步降低了同极化端口之间的隔离度。

进一步，天线辐射模块采用加载感生枝节，与天线辐射贴片联合设计实现天线工作带宽的拓展。

附图说明

图1为本发明小型化双频带微带圆极化天线的整体结构示意图；

图2为本发明小型化双频带微带圆极化天线的辐射模块结构示意图；

图3为本发明小型化双频带微带圆极化天线的降耦隔离模块结构示意图；

图4为本发明小型化双频带微带圆极化天线的等效磁性介质模块结构示意图；

图5为本发明小型化双频带微带圆极化天线的功分馈电网络模块结构示意图；

图6为本发明小型化双频带微带圆极化天线的法向增益图；

图7为本发明小型化双频带微带圆极化天线的电压驻波比图；

图8为本发明小型化双频带微带圆极化天线的法向轴比图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种小型化双频带微带圆极化天线，包括：天线辐射模块1、等效磁性介质模块2、降耦隔离模块3和功分馈电网络模块4；

等效磁性介质模块2设置于功分馈电网络模块4上部部分。所述的等效磁性介质模块具有级联双矩形环21结构，实现双频带内高效率电磁波的传输与反射相位控制。降耦隔离模块3设置于天线辐射模块1与等效磁性介质模块2之间，利用具有特定结构设计的垂直平行Z轴的交叉金属隔离板，将空气介质区域分为四部分，每部分分别对应一个L型探针结构，实现了天线辐射模块1与等效磁性介质模块2之间空间中电磁波的阻断隔离。功分馈电网络模块4设置于等效磁性介质模块2的下方，通过传输枝节上的等效复合电容电感43结构设计为天线辐射贴片部分四路馈电端口提供近似等幅相位差90°的馈电。通过在天线辐射贴片边缘外加载感生枝节14，有效提升低频辐射特性，在天线主体辐射结构的初上，拓展天线的工作带宽，实现对目标频段的全覆盖。

通过设置矩形槽孔群于天线辐射贴片上电流分布密集的区域，与降耦隔离模块3相互作用，通过优化设计降低天线同极化端口之间耦合。

其L型耦合馈电结构、天线辐射贴片和端口耦合设计均支持当前主流卫星导航系统的所有频段，支撑对多种导航技术融合的导航系统。

所述的天线辐射模块1为共面寄生结构，实现天线的多频辐射。通过槽孔结构的设计结合降耦隔离模块3联合实现同极化端口之间高隔离度设计。

所述的天线辐射模块1，通过与L型探针11耦合产生谐振进行辐射，天线辐射模块1的天线辐射贴片具体位置处的形状设计产生宽带或者多频点谐振。

所述的等效磁性介质模块2，采用级联双矩形环的设计，实现高效率电磁波的传输与反射相位控制。

所述的等效磁性介质模块2，用于使电磁波入射至该模块时实现同相反射，并对天线工作频段内的天线实现增益抬升效果，然后在工作频带外实现滤波。

所述的降耦隔离模块3采用垂直平行天线法向的交叉金属隔离板结构，将天线辐射贴片下方空间实现隔离效果。

所述的降耦隔离模块3，用于降低圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合，并结合扼流开槽结构进行共同降低同极化端口之间的耦合，然后提升同极化端口之间的隔离度。

所述的功分馈电网络模块4采用带状线结构，通过采用等效电感电容结构实现相邻端口之间相位差的功分馈电网络设计。

所述的功分馈电网络模块4，用于提供给天线辐射贴片部分四路等幅相位差90°的输出，结合L型探针馈电结构实现天线小型化、双频化设计。

所述的天线辐射模块1，在天线辐射贴片边缘外加载感生枝节14，产生额外的谐振频点，与原有天线的谐振组合，拓展天线的工作带宽。

所述的天线辐射模块1，通过设置矩形槽孔群于天线辐射贴片上电流分布密集的区域，与降耦隔离模块共同实现天线同极化端口之间耦合的降低。

本发明通过加载寄生辐射枝节联合采用L型探针耦合馈电实现高低频相对带宽分别为9.4％和3.6％。本发明通过加载等效磁性介质模块，实现天线在工作频带内增益抬升，同时实现工作带宽内带阻滤波效果。本发明通过加载槽孔结构联合降耦隔离模块，实现天线同极化端口之间隔离度的提升。本发明通过加载功分馈电网络模块，实现天线小型化、双频化设计。该天线的工作频率为1.1GHz-1.3GHz，1.5GHz-1.65GHz。此外本发明的天线结构简单，易于加工。

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

实施例

一种小型化双频带微带圆极化天线，包括：天线辐射模块1、等效磁性介质模块2、降耦隔离模块3、功分馈电网络模块4；

所述的天线辐射模块1为共面寄生结构，实现天线的多频辐射。通过槽孔结构的设计结合降耦隔离模块3联合实现同极化端口之间隔离度的提升。

所述的天线辐射模块1，通过与L型探针耦合产生谐振进行辐射，通过调节天线辐射模块的天线辐射贴片不同位置的切角大小产生不同频点处的谐振。

所述的天线的等效磁性介质模块2，采用级联双矩形环的设计，用于完成高效率电磁波的传输与反射相位控制。

所述的等效磁性介质模块2，用于使电磁波入射至该模块时实现同相反射，并对天线工作频段内的天线实现增益抬升效果，然后在工作频带内实现带阻滤波效果；

所述的降耦隔离模块3采用垂直平行天线法向的交叉金属隔离板结构，将天线辐射贴片下方空间实现隔离效果。

所述的降耦隔离模块3，用于降低圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合，并结合扼流开槽结构进行共同降低同极化端口之间的耦合，然后提升同极化端口之间的隔离度。

所述的功分馈电网络模块4采用带状线结构，通过传输枝节上的复合电容电感43设计实现相邻端口之间稳定相位差的功分馈电网络设计。

所述的功分馈电网络模块4，用于提供给天线辐射贴片部分四路等幅相位差90°的输出，结合L型探针馈电结构实现天线小型化、双频化设计。

所述的天线辐射模块1，通过在天线辐射贴片边缘外加载感生枝节14，有效提升低频辐射特性，在天线主体辐射结构的初上，拓展天线的工作带宽，实现对目标频段的全覆盖。

所述的天线辐射模块1，通过设置矩形槽孔群于天线辐射贴片上电流分布密集的区域，与降耦隔离模块共同实现天线同极化端口之间耦合的降低。

如图2至图5所示，分别对应本发明的天线辐射模块1、等效磁性介质模块2、降耦隔离模块3、功分馈电网络模块4。

其中，如图1所示，所述天线辐射模块1具有L型探针11和天线辐射贴片13，L型探针11耦合产生谐振进行辐射，天线辐射贴片产生宽带谐振；天线辐射模块1包括第一介质板12、连接片15和感生枝节14；所述天线辐射贴片13设置在第一介质板12上，连接片15和感生枝节14分布在天线辐射贴片13外部；所述连接片15延伸至第一介质板12边缘处向下弯折与等效磁性介质模块2和功分馈电网络模块4连接。天线辐射贴片13的电流分布密集区域上设置有中心对称的矩形槽孔群。其中的矩形槽孔与第一介质板12边缘平行设置，且由边缘向中心长度逐步变短。

具体的，第一介质板12为PCB板，感生枝节14和天线辐射贴片13为铜材质。

如图3所示，所述降耦隔离模块3设置在等效磁性介质模块2上方，降耦隔离模块3用于降低圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合，提升同极化端口之间的隔离度；所述降耦隔离模块3包括两个垂直平行Z轴的交叉金属隔离板，两个交叉金属隔离板31将空气介质区域分为四部分，每部分分别对应一个L型探针11。

如图4所示，所述等效磁性介质模块2设置在天线辐射模块1下方，用于使电磁波入射时实现同相反射；所述L型探针11顶部与天线辐射贴片13连接，底部与等效磁性介质模块2连接；等效磁性介质模块2包括第二介质板21和馈电通孔23；所述级联双矩形环结构22设置在第二介质板21上，所述馈电通孔23设置在对应级联双矩形环结构22内的区域上。

作为具体实施例，级联双矩形环结构22由四个双矩形环阵列布置而成，每个双矩形环内的一个角上设置一馈电通孔23；所述L型探针11与馈电通孔23连接。四个双矩形环与第二介质板21边缘相对倾斜设置，以使得四个双矩形环有一个角与对应的第二介质板21边缘接触。

如图5所示，所述功分馈电网络模块4设置在等效磁性介质模块2下方，用于提供给天线辐射贴片四路等幅相位差90°的输出。所述功分馈电网络模块4包括第三介质板41和威尔金森功分器馈电网络42；所述威尔金森功分器馈电网络42设置在第三介质板41上。所述威尔金森功分器馈电网络42通过在传输枝节上设置等效复合电容电感43为天线辐射贴片的四路馈电端口提供近似等幅相位差90°的馈电。

优选的，极化天线整体为中心对称结构。第二介质板21和第三介质板41上上均设置有与连接片15固定的连接孔。

如图6至图8所示，本发明所展示的实施例具有高低频两个工作频带，在工作频带中，该天线的法向增益均超过3dBi，法向轴比均低于3dB。

综上所述，本发明的一种小型化双频带微带圆极化天线包括：天线辐射模块、等效磁性介质模块、降耦隔离模块、功分馈电网络模块。天线辐射模块采用加载感生枝节14，产生更低频点的谐振，与天线辐射贴片联合设计实现天线工作带宽的拓展。天线辐射模块采用槽孔并与降耦隔离模块从不同层面联合实现天线同极化端口之间的隔离度提升。等效磁性介质模块采用级联双矩形环结构，实现了高效率电磁波的传输与反射相位控制，使电磁波入射至该模块时实现同相反射，提升了天线工作频段内的增益，并在工作频带外实现滤波。降耦隔离模块利用具有特定结构设计的垂直平行Z轴的交叉金属隔离板，结合扼流开槽结构降低了圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合。功分馈电网络模块，用于提供给天线辐射贴片部分四路等幅相位差90°的输出，结合L型探针馈电结构实现天线小型化、双频化设计。本发明通过加载感生枝节14联合采用L型探针耦合馈电实现高低频相对带宽分别为9.4％和3.6％。本发明通过加载等效磁性介质模块，提高了天线在工作频带内增益，并产生工作带宽外滤波。本发明通过加载槽孔结构联合降耦隔离模块，提升了天线同极化端口之间隔离度。本发明通过加载功分馈电网络模块，实现天线小型化、双频化设计。该天线的工作频率为1.1GHz-1.3GHz，1.5GHz-1.65GHz。此外本发明的天线结构简单，易于加工。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。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 (7)

1.一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，包括：天线辐射模块（1）、等效磁性介质模块（2）、降耦隔离模块（3）和功分馈电网络模块（4）；

所述天线辐射模块（1）具有L型探针（11）和天线辐射贴片（13），L型探针（11）耦合馈电；所述天线辐射贴片（13）的电流分布密集区域上设置有槽孔；

所述降耦隔离模块（3）设置在天线辐射模块（1）下方；降耦隔离模块（3）具有交叉金属板结构，用于降低圆极化天线四馈结构下同极化端口之间的耦合，提升同极化端口之间的隔离度；

所述等效磁性介质模块（2）设置在所述降耦隔离模块（3）下方；所述等效磁性介质模块（2）具有级联双矩形环结构（22），用于使电磁波入射时实现同相反射；

所述功分馈电网络模块（4）设置在等效磁性介质模块（2）下方，用于提供给天线辐射贴片四路等幅相位差90°的输出；

其中，所述级联双矩形环结构（22）由四个双矩形环阵列布置而成，每个双矩形环内的一个角上设置一馈电通孔（23）；所述L型探针（11）穿过馈电通孔（23）与馈电网络模块（4）连接；

所述降耦隔离模块（3）包括两个垂直于天线法向且交叉的金属隔离板，两个交叉金属隔离板（31）将空气介质区域分为四部分，每部分分别对应一个L型探针（11）。

2.根据权利要求1所述的一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，所述天线辐射模块（1）包括第一介质板（12）、连接片（15）和感生枝节（14）；所述天线辐射贴片（13）设置在第一介质板（12）上，所述连接片（15）和感生枝节（14）分布在天线辐射贴片（13）外部；所述连接片（15）延伸至第一介质板（12）边缘处向下弯折并穿过等效磁性介质模块（2）和功分馈电网络模块（4）连接。

3.根据权利要求1所述的一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，所述等效磁性介质模块（2）包括第二介质板（21）和馈电通孔（23）；所述级联双矩形环结构（22）设置在第二介质板（21）上，所述馈电通孔（23）设置在对应级联双矩形环结构（22）内的区域上。

4.根据权利要求1所述的一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，四个双矩形环与第二介质板（21）边缘相对倾斜设置，以使得四个双矩形环有一个角与对应的第二介质板（21）边缘接触。

5.根据权利要求1所述的一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，所述功分馈电网络模块（4）包括第三介质板（41）和威尔金森功分器馈电网络（42）；所述威尔金森功分器馈电网络（42）设置在第三介质板（41）上。

6.根据权利要求5所述的一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，所述威尔金森功分器馈电网络（42）通过在传输枝节上设置等效复合电容电感（43）为天线辐射贴片的四路馈电端口提供近似等幅相位差90°的馈电。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种小型化双频带微带圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线整体为中心对称结构。

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