CN112397884A - 一种平面天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平面天线，包括：馈电网络和辐射臂；所述辐射臂包括：一个或多个曲折臂组，多个所述曲折臂组均匀设置于同一平面，所述曲折臂组包括：两个关于预设的参考点中心对称的曲折臂；所述曲折臂与所述馈电网络连接，所述馈电网络的输入端与电源连接；本发明中的平面天线，通过设置馈电网络和辐射臂，实现对平面天线方向图的重构，精确度较高，可实施性较强。

Description

一种平面天线

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种平面天线。

背景技术

随着无线通信系统的快速发展，天线技术的发展日新月异，其中，平面四臂螺旋天线具有较宽的波束宽度、良好的前后比和较低的交叉极化，适用于射频识别和卫星通信，而方向图可重构天线可以在保持极化方式和工作频率不变的情况下，改变方向图形状或主波束辐射方向，实现不同性能之间的切换来满足不同的需求，然而目前，平面天线仅可以产生一个方向的方向图，不能对方向图进行重构。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种平面螺旋天线，以解决现有技术中平面天线仅可以产生一个方向的方向图，不能较好地对方向图进行重构的问题。

本发明提供的平面天线，包括：

馈电网络和辐射臂；

所述辐射臂包括：一个或多个曲折臂组，多个所述曲折臂组均匀设置于同一平面，所述曲折臂组包括：两个关于预设的参考点中心对称的曲折臂；

所述曲折臂与所述馈电网络连接，所述馈电网络的输入端与电源连接。

可选的，还包括：第一介质基板和第二介质基板，所述第二介质基板位于所述第一介质基板远离地面的一面，所述馈电网络设置于所述第一介质基板远离地面的一面，所述辐射臂设置于所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面，多个所述曲折臂组沿所述第二介质基板的周向均匀设置。

可选的，所述曲折臂组包括：两个关于所述第二介质基板的圆心中心对称的曲折臂。

可选的，多个所述曲折臂组包括：第一曲折臂组和第二曲折臂组，所述第一曲折臂组包括：第一曲折臂和第三曲折臂，所述第二曲折臂组包括：第二曲折臂和第四曲折臂；

所述第一曲折臂和第三曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，所述第二曲折臂与第四曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，所述第一曲折臂的中心与第二介质基板的圆心的连线垂直于第二曲折臂的中心与第二介质基板的圆心的连线。

可选的，所述第一曲折臂包括：第一射频二极管、第一连接段和第二连接段；所述第一连接段与所述第二连接段垂直连接；

所述第一连接段的一端与所述第一射频二极管的阴极连接，所述第一连接段的另一端与所述馈电网络的第一输出端连接，所述第一射频二极管的阳极与第二连接段的一端连接；

所述第一连接段包括：一个或多个第一金属段，多个所述第一金属段依次连接，相邻所述第一金属段互相垂直；

所述第二连接段包括：一个或多个第二金属段，多个所述第二金属段依次连接，相邻所述第二金属段互相垂直。

可选的，所述第二曲折臂包括：第二射频二极管、第三连接段和第四连接段；所述第三连接段与所述第四连接段垂直连接；

所述第三连接段的一端与所述第二射频二极管的阴极连接，所述第三连接段的另一端与所述馈电网络的第二输出端连接，所述第二射频二极管的阳极与所述第四连接段的一端连接；

所述第三连接段包括：一个或多个第三金属段，多个所述第三金属段依次连接，相邻所述第三金属段互相垂直；

所述第四连接段包括：一个或多个第四金属段，多个所述第四金属段依次连接，相邻所述第四金属段互相垂直。

可选的，所述第三曲折臂包括：第三射频二极管、第五连接段和第六连接段；所述第五连接段与所述第六连接段垂直连接；

所述第五连接段的一端与所述第三射频二极管的阴极连接，所述第五连接段的另一端与所述馈电网络的第三输出端连接，所述第三射频二极管的阳极与所述第六连接段的一端连接；

所述第五连接段包括：一个或多个第五金属段，多个所述第五金属段依次连接，相邻所述第五金属段互相垂直；

所述第六连接段包括：一个或多个第六金属段，多个所述第六金属段依次连接，相邻所述第六金属段互相垂直。

可选的，所述第四曲折臂包括：第四射频二极管、第七连接段和第八连接段；所述第七连接段与所述第八连接段垂直连接；

所述第七连接段的一端与所述第四射频二极管的阴极连接，所述第七连接段的另一端与所述馈电网络的第四输出端连接，所述第四射频二极管的阳极与所述第八连接段的一端连接；

所述第七连接段包括：一个或多个第七金属段，多个所述第七金属段依次连接，相邻所述第七金属段互相垂直；

所述第八连接段包括：一个或多个第八金属段，多个所述第八金属段依次连接，相邻所述第八金属段互相垂直。

可选的，所述馈电网络包括：第一功率分配器、第二功率分配器和第三功率分配器，所述第一功率分配器的输入端通过同轴电缆与电源连接，所述第一功率分配器的第一输出端与所述第二功率分配器的输入端连接，所述第一功率分配器的第二输出端与所述第三功率分配器的输入端连接，定义所述第一功率分配器的中心与所述第一介质基板的圆心的连线为参考轴线，所述第二功率分配器与第三功率分配器关于所述参考轴线轴对称。

可选的，所述馈电网络还包括：第五射频二极管、第六射频二极管、第七射频二极管、第八射频二极管和第一移相网络；

所述第五射频二极管的阴极与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述第五射频二极管的阳极与所述第六射频二极管的阳极连接，所述第六射频二极管的阴极分别与所述第三功率分配器的输入端和第七射频二极管的阳极连接，所述第七射频二极管的阴极通过第一移相网络与所述第八射频二极管的阴极连接，所述第八射频二极管的阳极与所述第一功率分配器的第二输出端连接；

所述第一移相网络包括：一个或多个第九金属段，多个所述第九金属段依次连接，相邻所述第九金属段互相垂直。

可选的，所述馈电网络还包括：第二移相网络和第三移相网络；

所述第二移相网络的一端与所述第二功率分配器的第一输出端连接，所述第二移相网络的另一端作为馈电网络的第一输出端与辐射臂连接；

所述第三移相网络的一端与所述第三功率分配器的第二输出端连接，所述第三移相网络的另一端作为馈电网络的第三输出端与辐射臂连接；

所述第二移相网络包括：一个或多个第十金属段，多个所述第十金属段依次连接，相邻所述第十金属段互相垂直；

所述第三移相网络包括：一个或多个第十一金属段，多个所述第十一金属段依次连接，相邻所述第十一金属段互相垂直；

所述第三功率分配器的第一输出端作为馈电网络的第二输出端，所述第二功率分配器的第二输出端作为馈电网络的第四输出端。

可选的，还包括：第三介质基板和第四介质基板，定义所述第一介质基板的圆心到所述第二介质基板的圆心的方向为参考方向，所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板沿所述参考方向依次设置，所述第一介质基板的圆心、第二介质基板的圆心、第三介质基板的圆心和第四介质基板的圆心均位于所述参考方向的延伸线，所述第三介质基板位于所述第二介质基板远离地面的一面，所述第四介质基板位于所述第三介质基板远离所述第二介质基板的一面；

所述第一介质基板远离地面的一面设有第一引向环，所述第一引向环的圆心与所述第一介质基板的圆心重合；

所述第三介质基板远离所述第二介质基板的一面设有第二引向环，所述第二引向环的圆心与所述第三介质基板的圆心重合；

所述第四介质基板远离所述第三介质基板的一面设有第三引向环，所述第三引向环的圆心与所述第四介质基板的圆心重合。

可选的，还包括：金属地板，定义所述第一介质基板的圆心到所述第二介质基板的圆心的方向为参考方向，所述金属地板设置于所述第一介质基板靠近地面的一面，所述金属地板的圆心与所述第一介质基板的圆心均位于所述参考方向的延伸线，所述金属地板的形状与所述第一介质基板的形状相同。

可选的，所述第一介质基板远离地面的一面设有圆柱金属墙，所述圆柱金属墙的一端与所述金属地板的边缘匹配连接，所述圆柱金属墙远离所述第一介质基板的一端沿所述参考方向延伸，延伸长度小于或等于所述第一介质基板和所述第二介质基板的距离。

可选的，所述馈电网络还包括：第一隔离电阻、第二隔离电阻和第三隔离电阻；

所述第一隔离电阻的一端与所述第一功率分配器的第一输出端连接，所述第一隔离电阻的另一端与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述第二隔离电阻的一端与所述第二功率分配器的第一输出端连接，所述第二隔离电阻的另一端与所述第二功率电阻的第二输出端连接，所述第三隔离电阻的一端与所述第三功率分配器的第一输出端连接，所述第三隔离电阻的另一端与所述第三功率分配器的第二输出端连接。

本发明的有益效果：本发明中的平面天线，通过设置馈电网络和辐射臂，可实现对平面天线方向图的重构，精确度较高，可实施性较强。

附图说明

图1是本发明实施例中平面天线的结构侧视图；

图2是本发明实施例中平面天线的辐射臂的一结构示意图；

图3是本发明实施例中平面天线的辐射臂的另一结构示意图；

图4是本发明实施例中平面天线的馈电网络的结构示意图；

图5(a)(b)分别是本发明实施例中在方向图为和波束及差波束状态下，平面天线的反射系数(|S₁₁|)随频率变化的曲线示意图；

图6是本发明实施例中平面天线在方向图为和波束状态下的轴比曲线示意图；

图7是本发明实施例中平面天线在0.9225GHz频点的和波束方向图的状态辐射方向图；

图8是本发明实施例中平面天线在0.9225GHz频点的差波束方向图的状态辐射方向图。

附图标识：

1 第一介质基板；

2 第二介质基板；

3 第三介质基板；

4 第四介质基板；

5 金属墙；

6 金属地板；

7 同轴电缆；

8 金属柱

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图3所示，本实施例中的平面天线，包括：

馈电网络和辐射臂；

所述辐射臂包括：一个或多个曲折臂组，多个所述曲折臂组均匀设置于同一平面，所述曲折臂组包括：两个关于预设的参考点中心对称的曲折臂；

所述曲折臂与所述馈电网络连接，所述馈电网络的输入端与电源连接；通过设置馈电网络和辐射臂，可实现对平面天线方向图的重构，精确度较高，可实施性较强，匹配度较强。

在一些实施例中，还包括：第一介质基板和第二介质基板，所述第二介质基板位于所述第一介质基板远离地面的一面，所述馈电网络设置于所述第一介质基板远离地面的一面，所述辐射臂设置于所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面，多个所述曲折臂组沿所述第二介质基板的周向均匀设置。例如：沿第二介质基板的周向均匀设置两组曲折臂组，所述曲折臂组包括两个关于预设的参考点中心对称的曲折臂。

在一些实施例中，所述曲折臂组包括：两个关于所述第二介质基板的圆心中心对称的曲折臂，即将第二介质基板的圆心作为预设的参考点，所述曲折臂组中的两个曲折臂关于所述第二基板的圆心中心对称。

在一些实施例中，多个所述曲折臂组包括：第一曲折臂组和第二曲折臂组，所述第一曲折臂组包括：第一曲折臂和第三曲折臂，所述第二曲折臂组包括：第二曲折臂和第四曲折臂；

所述第一曲折臂和第三曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，所述第二曲折臂与第四曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，所述第一曲折臂的中心与第二介质基板的圆心的连线垂直于第二曲折臂的中心与第二介质基板的圆心的连线。通过设置第一曲折臂、第二曲折臂、第三曲折臂和第四曲折臂分别与馈电网络连接，形成平面四臂天线，定义每个曲折臂的长度的中点为该曲折臂的中心，例如：第一曲折臂的中心为所述第一曲折臂的长度的中点。

在一些实施例中，所述第一曲折臂包括：第一射频二极管、第一连接段和第二连接段；所述第一连接段与所述第二连接段垂直连接；

所述第一连接段的一端与所述第一射频二极管的阴极连接，所述第一连接段的另一端与所述馈电网络的第一输出端连接，所述第一射频二极管的阳极与第二连接段的一端连接；

所述第一连接段包括：一个或多个第一金属段，多个所述第一金属段依次连接，相邻所述第一金属段互相垂直；相邻所述第一金属段的长度不同，相邻所述第二金属段的宽度不同，例如：所述第一连接段包括：八个第一金属段，从远离第一射频二极管的阴极的第一金属段到靠近第一射频二极管的阴极的第一金属段依次为d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇和d₈，其中，d₁的长度可为20mm～22mm、宽度可为4mm～6mm，d₂长度可为11mm～13mm、宽度可为1mm～2mm，d₃长度可为14mm～16mm、宽度可为5mm～7mm，d₄长度可为17mm～18mm、宽度可为2mm～3mm，d₅长度可为16mm～18mm、宽度可为1mm～2mm，d₆长度可为12mm～13mm、宽度可为1mm～2mm，d₇长度可为14mm～16mm、宽度可为6mm～7mm，d₈长度可为9mm～11mm、宽度可为4mm～5mm。

所述第二连接段包括：一个或多个第二金属段，多个所述第二金属段依次连接，相邻所述第二金属段互相垂直，例如：第二连接段包括：三个第二金属段，从靠近第一射频二极管的阳极的第二金属段到远离第一射频二极管的第二金属段依次为d₉、d₁₀和d₁₁，其中，d₉长度可为13mm～14mm、宽度可为2mm～3mm，d₁₀长度可为14mm～15mm、宽度可为2mm～3mm，d₁₁长度可为49mm～51mm、宽度可为4mm～5mm。

在一些实施例中，所述第二曲折臂包括：第二射频二极管、第三连接段和第四连接段；所述第三连接段与所述第四连接段垂直连接；

所述第三连接段的一端与所述第二射频二极管的阴极连接，所述第三连接段的另一端与所述馈电网络的第二输出端连接，所述第二射频二极管的阳极与所述第四连接段的一端连接；

所述第三连接段包括：一个或多个第三金属段，多个所述第三金属段依次连接，相邻所述第三金属段互相垂直；例如：所述第三连接段包括：8个第三金属段，8个第三金属段依次连接，相邻所述第三金属段互相垂直，8个第三金属段从远离第二射频二极管的阴极的第三金属段到靠近第二射频二极管的阴极的第三金属段依次为d₁₂、d₁₃、d₁₄、d₁₅、a₁₆、d₁₇、d₁₈和d₁₉，其中，d₁₂长度可为10mm～11mm、宽度可为2.5mm～3.5mm，d₁₃长度可为9mm～11mm、宽度可为3mm～4mm，a₁₄长度可为10mm～11mm、宽度可为2mm～3mm，d₁₅长度可为8mm～10mm、宽度可为0.2mm～0.5mm，d₁₆长度可为8mm～10mm、宽度可为0.2mm～0.4mm，d₁₇长度可为17mm～18mm、宽度可为6mm～7mm，d₁₈长度可为10mm～11mm、宽度可为2mm～2.5mm，d₁₉长度可为14mm～16mm、宽度可为2mm～2.5mm；

所述第四连接段包括：一个或多个第四金属段，多个所述第四金属段依次连接，相邻所述第四金属段互相垂直，例如：所述第四金属段包括：3个第四金属段，3个第四金属段依次连接，相邻所述第四金属段互相垂直，3个所述第四金属段从靠近第二射频二极管的阳极的第四金属段到远离第二射频二极管的阳极的第四金属段依次为d₂₀、d₂₁和d₂₂，其中，d₂₀长度可为10mm～11mm、宽度可为2mm～2.5mm，d₂₁长度可为12mm～13mm、宽度可为2mm～2.5mm，d₂₂长度可为49mm～51mm、宽度可为2mm～2.5mm。

在一些实施例中，所述第三曲折臂包括：第三射频二极管、第五连接段和第六连接段；所述第五连接段与所述第六连接段垂直连接；

所述第五连接段的一端与所述第三射频二极管的阴极连接，所述第五连接段的另一端与所述馈电网络的第三输出端连接，所述第三射频二极管的阳极与所述第六连接段的一端连接；

所述第五连接段包括：一个或多个第五金属段，多个所述第五金属段依次连接，相邻所述第五金属段互相垂直；

所述第六连接段包括：一个或多个第六金属段，多个所述第六金属段依次连接，相邻所述第六金属段互相垂直。所述第一曲折臂和第三曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，因此，第一曲折臂的形状与第三曲折臂的形状相同，第一金属段的长度和宽度与第五金属段的长度和宽度相对应，第六金属段的长度和宽度与第二金属段的长度和宽度相对应。

在一些实施例中，所述第四曲折臂包括：第四射频二极管、第七连接段和第八连接段；所述第七连接段与所述第八连接段垂直连接；

所述第七连接段的一端与所述第四射频二极管的阴极连接，所述第七连接段的另一端与所述馈电网络的第四输出端连接，所述第四射频二极管的阳极与所述第八连接段的一端连接；

所述第七连接段包括：一个或多个第七金属段，多个所述第七金属段依次连接，相邻所述第七金属段互相垂直；

所述第八连接段包括：一个或多个第八金属段，多个所述第八金属段依次连接，相邻所述第八金属段互相垂直。所述第二曲折臂与第四曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，因此，所述第二曲折臂与第四曲折臂的形状相同，第七金属段的长度和宽度与第三金属段的长度和宽度相对应，第八金属段的长度和宽度与第四金属段的长度和宽度向对应。

如图4所示，在一些实施例中，所述馈电网络包括：第一功率分配器、第二功率分配器和第三功率分配器，所述第一功率分配器的输入端通过同轴电缆与电源连接，所述第一功率分配器的第一输出端与所述第二功率分配器的输入端连接，所述第一功率分配器的第二输出端与所述第三功率分配器的输入端连接，定义所述第一功率分配器的中心与所述第一介质基板的圆心的连线为参考轴线，所述第二功率分配器与第三功率分配器关于所述参考轴线轴对称。其中，第一功率分配器、第二功率分配器和第三功率分配器的长度均为λ/4，关于x轴对称的一分二功分器为第一功分器，沿顺时针方向分别为第二功分器和第三功分器，λ为工作中心频率的自由空间波长。

在一些实施例中，所述馈电网络还包括：第五射频二极管、第六射频二极管、第七射频二极管、第八射频二极管和第一移相网络；

所述第五射频二极管的阴极与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述第五射频二极管的阳极与所述第六射频二极管的阳极连接，所述第六射频二极管的阴极分别与所述第三功率分配器的输入端和第七射频二极管的阳极连接，所述第七射频二极管的阴极通过第一移相网络与所述第八射频二极管的阴极连接，所述第八射频二极管的阳极与所述第一功率分配器的第二输出端连接；

所述第一移相网络包括：一个或多个第九金属段，多个所述第九金属段依次连接，相邻所述第九金属段互相垂直，其中，第一移相网络的长度为λ/2。

在一些实施例中，所述馈电网络还包括：第二移相网络和第三移相网络；

所述第二移相网络的一端与所述第二功率分配器的第一输出端连接，所述第一移相网络的另一端作为馈电网络的第一输出端与辐射臂连接；

所述第三移相网络的一端与所述第三功率分配器的第二输出端连接，所述第三移相网络的另一端作为馈电网络的第三输出端与辐射臂连接；

所述第二移相网络包括：一个或多个第十金属段，多个所述第十金属段依次连接，相邻所述第十金属段互相垂直；

所述第三移相网络包括：一个或多个第十一金属段，多个所述第十一金属段依次连接，相邻所述第十一金属段互相垂直；

所述第三功率分配器的第一输出端作为馈电网络的第二输出端，所述第二功率分配器的第二输出端作为馈电网络的第四输出端。

在一些实施例中，还包括：第三介质基板和第四介质基板，定义所述第一介质基板的圆心到所述第二介质基板的圆心的方向为参考方向，所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板沿所述参考方向依次设置，所述第一介质基板的圆心、第二介质基板的圆心、第三介质基板的圆心和第四介质基板的圆心均位于所述参考方向的延伸线，所述第三介质基板位于所述第二介质基板远离地面的一面，所述第四介质基板位于所述第三介质基板远离所述第二介质基板的一面；

所述第一介质基板远离地面的一面设有第一引向环，所述第一引向环的圆心与所述第一介质基板的圆心重合，其中，第一引向环的宽度可为10mm；引向环的宽度指的是引向环的外圈半径与内圈半径的差值；

所述第三介质基板远离所述第二介质基板的一面设有第二引向环，所述第二引向环的圆心与所述第三介质基板的圆心重合；其中，第二引向环的宽度可为2mm；

所述第四介质基板远离所述第三介质基板的一面设有第三引向环，所述第三引向环的圆心与所述第四介质基板的圆心重合，第三引向环和第二引向环的宽度相同。通过设置引向环，提高天线的增益。

在一些实施例中，还包括：金属地板，定义所述第一介质基板的圆心到所述第二介质基板的圆心的方向为参考方向，所述金属地板设置于所述第一介质基板靠近地面的一面，所述金属地板的圆心与所述第一介质基板的圆心均位于所述参考方向的延伸线，所述金属地板的形状与所述第一介质基板的形状相同。通过设置金属地板，稳定天线的性能，例如：金属地板为圆形结构，印刷于第一介质基板靠近地面的一面，金属地板的半径可为64至65mm。

在一些实施例中，所述第一介质基板远离地面的一面设有圆柱金属墙，所述圆柱金属墙的一端与所述金属地板的边缘匹配连接，所述圆柱金属墙远离所述第一介质基板的一端沿所述参考方向延伸，延伸长度小于或等于所述第一介质基板和所述第二介质基板的距离，通过设置金属墙，提高天线的增益。例如：设置圆柱金属墙，所述圆柱金属墙的一端与所述金属地板的边缘连接，所述圆柱金属墙远离所述金属地板的一端沿所述参考方向延伸，延伸高度可为27mm至28mm，所述圆柱金属墙的厚度可为0.5mm至1mm。

在一些实施例中，所述馈电网络可通过同轴电缆与电源连接，例如：同轴电缆的内导体与所述馈电网络连接，同轴电缆的外导体与金属地板连接，实现对馈电网络的供电。

在一些实施例中，所述馈电网络还包括：第一隔离电阻、第二隔离电阻和第三隔离电阻；

所述第一隔离电阻的一端与所述第一功率分配器的第一输出端连接，所述第一隔离电阻的另一端与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述第二隔离电阻的一端与所述第二功率分配器的第一输出端连接，所述第二隔离电阻的另一端与所述第二功率电阻的第二输出端连接，所述第三隔离电阻的一端与所述第三功率分配器的第一输出端连接，所述第三隔离电阻的另一端与所述第三功率分配器的第二输出端连接，例如：设置第一隔离电阻、第二隔离电阻和第三隔离电阻的阻值均为100Ω，通过设置隔离电阻，提高电路的安全性。

例如：通过控制馈电网络和辐射臂中的射频二极管的导通或截止状态，控制辐射臂结构形成0.33λ或0.58λ长度的曲折线，辐射臂在和波束方向图状态下的长度约为0.33λ，辐射臂在差波束方向图状态下的长度约为0.58λ，通过控制馈电网络中的四个射频二极管的导通或截止状态，控制馈电网络四个端口输出相位分别为0°、90°、180°、270°或0°、90°、0°、90°，通过控制馈电网络和辐射臂中的射频二极管，能够使平面天线产生和波束方向图与差波束方向图两种辐射方向图状态，定义第一射频二极管PIN#1、第二射频二极管PIN#2、第三射频二极管PIN#3、第四射频二极管PIN#4、第五射频二极管PIN#5、第六射频二极管PIN#6、第七射频二极管PIN#7和第八射频二极管PIN#8；

当PIN#1、PIN#2、PIN#3、PIN#4、PIN#5、PIN#6截止，同时PIN#7、PIN#8导通时，

天线的辐射方向图状态为和波束；

当PIN#1、PIN#2、PIN#3、PIN#4、PIN#5、PIN#6导通，同时PIN#7、PIN#8截止时，天线的辐射方向图状态为差波束。

在一些实施例中，例如：金属段的长度和宽度分别可为：l₁＝21.75mm，l₂＝12mm，l₃＝15mm，l₄＝17.75mm，l₅＝17.67mm，l₆＝12.35mm，l₇＝15mm，l₈＝10mm，l₉＝13.35mm，l₁₀＝14.5mm，l₁₁＝50mm，宽度依次为w₁＝5mm，w₂＝1.5mm，w₃＝6mm，w₄＝2.75mm，w₅＝2mm，w₆＝1.5mm，w₇＝6.75mm，w₈＝4.17mm，w₉＝2.35mm，w₁₀＝4.5mm；l₁₂＝10.5mm，l₁₃＝10mm，l₁₄＝10.5mm，l₁₅＝9mm，l₁₆＝9mm，l₁₇＝17.35mm，l₁₈＝10.35mm，l₁₉＝15mm，l₂₀＝10.35mm，l₂₁＝12.5mm，l₂₂＝50mm，宽度依次为w₁₁＝2.5mm，w₁₂＝3.5mm，w₁₃＝2.75mm，w₁₄＝0.5mm，w₁₅＝0.25mm，w₁₆＝6.75mm，w₁₇＝2.35mm；功率分配器的长度和宽度分别可为：l₂₃＝10mm，宽度w₁₈＝2.55mm，l₂₄＝37.8mm，宽度w₁₉＝1mm，长度l₂₅＝23.25mm，l₂₆＝23.25mm，l₂₇＝59.3mm，l₂₈＝27.55mm，l₂₉＝65.42mm。金属地板为圆形结构，印刷于第四介质基板的下表面，半径r₅＝65mm。金属墙厚度t₁＝0.65mm，高度h₁＝27.5mm。

如图5(a)、(b)所示，分别为和波束方向图和差波束方向图状态下的|S₁₁|曲线。当天线|S₁₁|<-10dB时，本天线在和波束方向图和差波束方向图重叠阻抗带宽范围为0.92～0.98GHz。

图6为天线在和波束状态下的圆极化轴比(AR)曲线，仿真结果显示在和波束方向图状态下的圆极化带宽范围为0.91～0.962GHz，与差波束方向图状态下的重叠范围为0.92～0.962GHz。

图7(a)、(b)为天线在0.9225GHz频点处的和波束方向图，图8(a)、(b)为天线在0.9225GHz频点处的差波束方向图。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种平面天线，其特征在于，包括：

馈电网络和辐射臂；

所述辐射臂包括：一个或多个曲折臂组，多个所述曲折臂组均匀设置于同一平面，所述曲折臂组包括：两个关于预设的参考点中心对称的曲折臂；

所述曲折臂与所述馈电网络连接，所述馈电网络的输入端与电源连接。

2.根据权利要求1所述的平面天线，其特征在于，还包括：第一介质基板和第二介质基板，所述第二介质基板位于所述第一介质基板远离地面的一面，所述馈电网络设置于所述第一介质基板远离地面的一面，所述辐射臂设置于所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面，多个所述曲折臂组沿所述第二介质基板的周向均匀设置。

3.根据权利要求2所述的平面天线，其特征在于，所述曲折臂组包括：两个关于所述第二介质基板的圆心中心对称的曲折臂。

4.根据权利要求2所述的平面天线，其特征在于，多个所述曲折臂组包括：第一曲折臂组和第二曲折臂组，所述第一曲折臂组包括：第一曲折臂和第三曲折臂，所述第二曲折臂组包括：第二曲折臂和第四曲折臂；

所述第一曲折臂和第三曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，所述第二曲折臂与第四曲折臂关于所述第二介质基板的圆心中心对称，所述第一曲折臂的中心与第二介质基板的圆心的连线垂直于第二曲折臂的中心与第二介质基板的圆心的连线。

5.根据权利要求4所述的平面天线，其特征在于，所述第一曲折臂包括：第一射频二极管、第一连接段和第二连接段；所述第一连接段与所述第二连接段垂直连接；

所述第一连接段的一端与所述第一射频二极管的阴极连接，所述第一连接段的另一端与所述馈电网络的第一输出端连接，所述第一射频二极管的阳极与第二连接段的一端连接；

所述第一连接段包括：一个或多个第一金属段，多个所述第一金属段依次连接，相邻所述第一金属段互相垂直；

所述第二连接段包括：一个或多个第二金属段，多个所述第二金属段依次连接，相邻所述第二金属段互相垂直。

6.根据权利要求4所述的平面天线，其特征在于，所述第二曲折臂包括：第二射频二极管、第三连接段和第四连接段；所述第三连接段与所述第四连接段垂直连接；

所述第三连接段的一端与所述第二射频二极管的阴极连接，所述第三连接段的另一端与所述馈电网络的第二输出端连接，所述第二射频二极管的阳极与所述第四连接段的一端连接；

所述第三连接段包括：一个或多个第三金属段，多个所述第三金属段依次连接，相邻所述第三金属段互相垂直；

所述第四连接段包括：一个或多个第四金属段，多个所述第四金属段依次连接，相邻所述第四金属段互相垂直。

7.根据权利要求4所述的平面天线，其特征在于，所述第三曲折臂包括：第三射频二极管、第五连接段和第六连接段；所述第五连接段与所述第六连接段垂直连接；

所述第五连接段的一端与所述第三射频二极管的阴极连接，所述第五连接段的另一端与所述馈电网络的第三输出端连接，所述第三射频二极管的阳极与所述第六连接段的一端连接；

所述第五连接段包括：一个或多个第五金属段，多个所述第五金属段依次连接，相邻所述第五金属段互相垂直；

所述第六连接段包括：一个或多个第六金属段，多个所述第六金属段依次连接，相邻所述第六金属段互相垂直。

8.根据权利要求4所述的平面天线，其特征在于，所述第四曲折臂包括：第四射频二极管、第七连接段和第八连接段；所述第七连接段与所述第八连接段垂直连接；

所述第七连接段的一端与所述第四射频二极管的阴极连接，所述第七连接段的另一端与所述馈电网络的第四输出端连接，所述第四射频二极管的阳极与所述第八连接段的一端连接；

所述第七连接段包括：一个或多个第七金属段，多个所述第七金属段依次连接，相邻所述第七金属段互相垂直；

所述第八连接段包括：一个或多个第八金属段，多个所述第八金属段依次连接，相邻所述第八金属段互相垂直。

9.根据权利要求2所述的平面天线，其特征在于，所述馈电网络包括：第一功率分配器、第二功率分配器和第三功率分配器，所述第一功率分配器的输入端通过同轴电缆与电源连接，所述第一功率分配器的第一输出端与所述第二功率分配器的输入端连接，所述第一功率分配器的第二输出端与所述第三功率分配器的输入端连接，定义所述第一功率分配器的中心与所述第一介质基板的圆心的连线为参考轴线，所述第二功率分配器与第三功率分配器关于所述参考轴线轴对称。

10.根据权利要求9所述的平面天线，其特征在于，所述馈电网络还包括：第五射频二极管、第六射频二极管、第七射频二极管、第八射频二极管和第一移相网络；

所述第五射频二极管的阴极与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述第五射频二极管的阳极与所述第六射频二极管的阳极连接，所述第六射频二极管的阴极分别与所述第三功率分配器的输入端和第七射频二极管的阳极连接，所述第七射频二极管的阴极通过第一移相网络与所述第八射频二极管的阴极连接，所述第八射频二极管的阳极与所述第一功率分配器的第二输出端连接；

所述第一移相网络包括：一个或多个第九金属段，多个所述第九金属段依次连接，相邻所述第九金属段互相垂直。

11.根据权利要求10所述的平面天线，其特征在于，所述馈电网络还包括：第二移相网络和第三移相网络；

所述第二移相网络的一端与所述第二功率分配器的第一输出端连接，所述第二移相网络的另一端作为馈电网络的第一输出端与辐射臂连接；

所述第三移相网络的一端与所述第三功率分配器的第二输出端连接，所述第三移相网络的另一端作为馈电网络的第三输出端与辐射臂连接；

所述第二移相网络包括：一个或多个第十金属段，多个所述第十金属段依次连接，相邻所述第十金属段互相垂直；

所述第三移相网络包括：一个或多个第十一金属段，多个所述第十一金属段依次连接，相邻所述第十一金属段互相垂直；

所述第三功率分配器的第一输出端作为馈电网络的第二输出端，所述第二功率分配器的第二输出端作为馈电网络的第四输出端。

12.根据权利要求2所述的平面天线，其特征在于，还包括：第三介质基板和第四介质基板，定义所述第一介质基板的圆心到所述第二介质基板的圆心的方向为参考方向，所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板沿所述参考方向依次设置，所述第一介质基板的圆心、第二介质基板的圆心、第三介质基板的圆心和第四介质基板的圆心均位于所述参考方向的延伸线，所述第三介质基板位于所述第二介质基板远离地面的一面，所述第四介质基板位于所述第三介质基板远离所述第二介质基板的一面；

所述第一介质基板远离地面的一面设有第一引向环，所述第一引向环的圆心与所述第一介质基板的圆心重合；

所述第三介质基板远离所述第二介质基板的一面设有第二引向环，所述第二引向环的圆心与所述第三介质基板的圆心重合；

所述第四介质基板远离所述第三介质基板的一面设有第三引向环，所述第三引向环的圆心与所述第四介质基板的圆心重合。

13.根据权利要求2所述的平面天线，其特征在于，还包括：金属地板，定义所述第一介质基板的圆心到所述第二介质基板的圆心的方向为参考方向，所述金属地板设置于所述第一介质基板靠近地面的一面，所述金属地板的圆心与所述第一介质基板的圆心均位于所述参考方向的延伸线，所述金属地板的形状与所述第一介质基板的形状相同。

14.根据权利要求13所述的平面天线，其特征在于，所述第一介质基板远离地面的一面设有圆柱金属墙，所述圆柱金属墙的一端与所述金属地板的边缘匹配连接，所述圆柱金属墙远离所述第一介质基板的一端沿所述参考方向延伸，延伸长度小于或等于所述第一介质基板和所述第二介质基板的距离。

15.根据权利要求9所述的平面天线，其特征在于，所述馈电网络还包括：第一隔离电阻、第二隔离电阻和第三隔离电阻；

所述第一隔离电阻的一端与所述第一功率分配器的第一输出端连接，所述第一隔离电阻的另一端与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述第二隔离电阻的一端与所述第二功率分配器的第一输出端连接，所述第二隔离电阻的另一端与所述第二功率电阻的第二输出端连接，所述第三隔离电阻的一端与所述第三功率分配器的第一输出端连接，所述第三隔离电阻的另一端与所述第三功率分配器的第二输出端连接。

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