CN113067137A - 一种无线通信终端及圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆极化天线，该圆极化天线包括介质板、第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板，第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板共同印刷至介质板上，第一辐射贴片及第二辐射贴片与金属地板连接，第一辐射贴片及第二辐射贴片用于与共面波导馈电线及金属地板耦合以产生圆极化辐射波。该圆极化天线能够产生圆极化辐射波，不受法拉第旋转效应的影响，提高了通信质量且适用于多种材质的介质板，此外，第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板采用印刷的方式设置于介质板上，具有低剖面、小型化的优点。本发明还公开了一种无线通信装置，具有与上述圆极化天线相同的有益效果。

Description

一种无线通信终端及圆极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种无线通信终端及圆极化天线。
背景技术
随着现代无线通信技术的高速发展，全球卫星导航定位技术在军民领域的应用也越来越广泛。GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航定位系统)通过接收和发送卫星信号为用户提供实时的、连续的、覆盖范围广、高精度的导航、定位和授时服务。
无线通信终端在进行卫星定位时需要用到天线，它能够把无线通信终端中的模拟信号、电路信号转换为电磁波辐射到外界空间中，直接决定了通信质量和性能。然而，在GPS(Global Positioning System，全球定位系统)通信中，电磁波在穿透大气层会产生法拉第旋转效应，从而使得电磁波的线极化方向与线极化天线的极化方向发生偏离，使得极化失配，降低了通信质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线通信终端及圆极化天线，提高了通信质量且适用于多种材质的介质板，还具有低剖面、小型化的优点。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种圆极化天线，包括介质板及均印刷至所述介质板的同一面的第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板；所述第一辐射贴片及所述第二辐射贴片均与所述金属地板连接，所述第一辐射贴片及所述第二辐射贴片用于与所述共面波导馈电线及所述金属地板耦合以产生圆极化辐射波。
优选地，所述金属地板包括设有缝隙的圆环型金属地板及与所述缝隙的两个端壁的外边分别连接的两个矩形金属地板；所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片设置于所述圆环形金属地板的内部且均与所述圆环形金属地板的内边连接。
优选地，所述第一辐射贴片为L型辐射贴片，所述第二辐射贴片为矩形辐射贴片，所述第一辐射贴片的长边与所述第二辐射贴片的长边垂直，所述第一辐射贴片的短边靠近所述第二辐射贴片的一端设置，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片不接触。
优选地，所述第一辐射贴片和所述共面波导馈电线分别设置在所述第二辐射贴片的两侧，所述共面波导馈电线包括依次连接的第一矩形共面波导、第二矩形共面波导及第三矩形共面波导；所述第一矩形共面波导设置于所述圆环形金属地板的缝隙内且与所述圆环形金属地板缝隙配合，所述第三矩形共面波导设置于所述圆环形金属地板的内边所形成的区域中；所述第一矩形共面波导远离所述第三矩形共面波导的端壁上设置有一个馈点。
优选地，所述第三矩形共面波导的长边与所述第二辐射贴边的长边平行。
优选地，所述介质板为FR4介质板。
优选地，所述共面波导馈电线的阻抗为50Ω。
优选地，所述圆极化天线的3dB轴比对应地频段为1.25GHz-1.585GHz。
优选地，所述金属地板为铜箔地板。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种无线通信装置，包括如上述所述的圆极化天线。
本发明提供了一种圆极化天线，该圆极化天线包括介质板、第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板，第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板共同印刷至介质板上，第一辐射贴片及第二辐射贴片与金属地板连接，第一辐射贴片及第二辐射贴片用于与共面波导馈电线及金属地板耦合以产生圆极化辐射波。该圆极化天线能够产生圆极化辐射波，不受法拉第旋转效应的影响，提高了通信质量且适用于多种材质的介质板，此外，第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板采用印刷的方式设置于介质板上，具有低剖面、小型化的优点。
本发明还提供了一种无线通信装置，具有与上述圆极化天线相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种圆极化天线的结构示意图；
图2为本发明提供的一种第一参考圆极化天线的结构示意图；
图3为本发明提供的一种第二参考圆极化天线的结构示意图；
图4为本发明提供的圆极化天线与第一参考圆极化天线及第二参考圆极化天线的S11的比较图；
图5为本发明提供的圆极化天线与第一参考圆极化天线及第二参考圆极化天线的轴比的比较图；
图6为本发明提供的圆极化天线的辐射方向图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种无线通信终端及圆极化天线，提高了通信质量且适用于多种材质的介质板，还具有低剖面、小型化的优点。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
请参照图1，图1为本发明提供的一种圆极化天线的结构示意图。
该圆极化天线包括介质板及均印刷至介质板的同一面的第一辐射贴片1、第二辐射贴片2、共面波导馈电线4及金属地板3；第一辐射贴片1及第二辐射贴片2均与金属地板3连接，第一辐射贴片1及第二辐射贴片2用于与共面波导馈电线4及金属地板3耦合以产生圆极化辐射波。
具体地，该圆极化天线包括介质板、第一辐射贴片1、第二辐射贴片2、共面波导馈电线4及金属地板3，第一辐射贴片1、第二辐射贴片2、共面波导馈电线4及金属地板3共同印刷在介质板的同一面上，从而使得圆极化天线具有低剖面、小型化的优点。此外，第一辐射贴片1和第二辐射体贴片均与金属地板3连接，共面波导馈电线4上设置有馈点，圆极化天线工作时，射频信号经由共面波导馈电线4上的馈点馈入，经由共面波导馈电线4后与第一辐射贴片1、第二辐射贴片2及金属地板3耦合，会分别产生第一线极化波和第二线极化波，第一线极化波与第二线极化波等幅、正交，也即相位相差90°，进而形成圆极化辐射波。
需要说明的是，这里的第一极化和第二极化的方向由圆极化天线的结构决定。
综上，本申请提供的圆极化天线能够产生圆极化辐射波，不受法拉第旋转效应的影响，提高了通信质量且适用于多种材质的介质板，此外，第一辐射贴片1、第二辐射贴片2、共面波导馈电线4及金属地板3采用印刷的方式设置于介质板上，具有低剖面、小型化的优点。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选地实施例，金属地板3包括设有缝隙的圆环型金属地板3及与缝隙的两个端壁的外边分别连接的两个矩形金属地板3；第一辐射贴片1和第二辐射贴片2设置于圆环形金属地板的内部且均与圆环形金属地板的内边连接。
具体地，本申请中，金属地板3包括圆环形金属地板和两个矩形金属地板3，圆环形金属地板上设置有缝隙，其中，缝隙设置在圆环形金属地板的圆环上，且缝隙的两个端壁的外边分别与第一辐射贴片1和第二辐射贴片2连接，此外，第一辐射贴片1和第二辐射贴片2均设置于圆环形金属地板的内部且均与圆环形金属地板的内边连接。其中，圆环形金属地板由内边、外边和两个端壁连接构成，圆环形金属地板的内部指的是圆环形金属地板的圆心与内边之间的区域。
该种设置方式一方面使得金属地板3与第一辐射贴片1、第二辐射贴片2及共面波导馈电线4有效耦合，提高了圆极化天线的圆极化辐射效果；另一方面，减小了圆极化天线的尺寸，进一步实现了圆极化天线的小型化。
当然，这里的金属地板3还可以其他结构，本申请在此不作特别的限定。
作为一种优选地实施例，第一辐射贴片1为L型辐射贴片，第二辐射贴片2为矩形辐射贴片，第一辐射贴片1的长边与第二辐射贴片2的长边垂直，第一辐射贴片1的短边靠近第二辐射贴片2的一端设置，第一辐射贴片1和第二辐射贴片2不接触。
具体地，第一辐射贴片1和第二辐射贴片2呈90°相位差，则第一辐射贴片1、第二辐射贴片2会与共面波导馈电线4及金属地板3耦合，分别产生第一线极化波和第二线极化波，第一线极化波与第二线极化波等幅、正交，也即相位相差90°，进而形成圆极化辐射波。
可见，该种设置方式能够使得圆极化天线产生圆极化辐射波，不受法拉第旋转效应的影响，提高了通信质量且适用于多种材质的介质板。
作为一种优选地实施例，第一辐射贴片1和共面波导馈电线4分别设置在第二辐射贴片2的两侧，共面波导馈电线4包括依次连接的第一矩形共面波导、第二矩形共面波导及第三矩形共面波导；第一矩形共面波导设置于圆环形金属地板的缝隙内且与圆环形金属地板缝隙配合，第三矩形共面波导设置于圆环形金属地板的内边所形成的区域中；第一矩形共面波导远离第三矩形共面波导的端壁上设置有一个馈点。
具体地，以图1为例，第一矩形共面波导的下方设置有一个馈点，依次连接的第一矩形共面波导、第二矩形共面波导及第三矩形共面波导与金属地板3及第一辐射贴片1、第二辐射贴片2相互配合，以便射频信号经由该馈点后经过第一矩形共面波导、第二矩形共面波导及第三矩形共面波导，与第一辐射贴片1、第二辐射贴片2及金属地板3耦合，产生圆极化辐射波。
本实施例采用单馈点，无需外加的相移网络和功率分配器，结构简单，成本低，进一步实现了圆极化天线的小型化；此外，该种共面波导馈电线4的设置方式使得共面波导馈电线4与第一辐射贴片1、第二辐射贴片2及金属地板3有效耦合，提高了圆极化天线的圆极化辐射效果。
作为一种优选地实施例，第三矩形共面波导的长边与第二辐射贴边的长边平行。
具体地，本实施例中，第三矩形共面波导的长边与第二辐射贴边的长边平行，使得共面波导馈电线4与第一辐射贴片1、第二辐射贴片2及金属地板3有效耦合，提高了圆极化天线的圆极化辐射效果。
作为一种优选地实施例，介质板为FR4介质板。
本实施例中，介质板为FR4介质板，降低了成本及圆极化天线的重量，且性能稳定。当然，这里的介质板可以为其他材质的介质板，本申请在此不作特别的限定。
作为一种优选地实施例，共面波导馈电线4的阻抗为50Ω。
具体地，本申请考虑到现有的很多射频器件的阻抗为50Ω，为了与这些射频器件匹配，本申请中，共面波导馈电线4的阻抗为50Ω，从而实现了圆极化天线与射频器件的阻抗匹配，提高了圆极化天线的辐射效果。
作为一种优选地实施例，圆极化天线的3dB轴比对应地频段为1.25GHz-1.585GHz。
具体地，本申请中的圆极化天线的3dB轴比对应地频段为1.25GHz-1.585GHz，使得该圆极化天线能够覆盖“北斗二代”B1频段(1561.098MHz±2.046MHz)，B2频段(1268.52MHz±10.23MHz)以及GPS频段(1575.42MHz±1.023MHz)，覆盖范围广，增大了天线的适用范围。
作为一种优选地实施例，金属地板3为铜箔地板。
具体地，本申请中，选用铜箔地板作为天线地，有效的抑制天线的后瓣，增强天线的增益。当然，这里的金属地板3还可以选用其他材质的金属地板3，本申请在此不作特别的限定。
下面列举一实例对本申请提供的圆极化天线进行介绍：
图1中的圆极化天线的尺寸如下表所示：
表1圆极化天线尺寸表(单位：mm)
D d a b c T2 L2 w g1 Ls w1 g2 e T1 L1
100 68 20 11 20 10 17 2 0.3 50 5 0.5 20 20 30.5
请参照图2和图3，图2为本发明提供的一种第一参考圆极化天线的结构示意图，图3为本发明提供的一种第二参考圆极化天线的结构示意图。其中，第一参考圆极化天线中只加载了第一辐射贴片1，第二参考圆极化天线中只加载了第二辐射贴片2，其他结构及尺寸与本申请中提供的圆极化天线的结构及尺寸相同。
请参照图4和图5，其中，图4为本发明提供的圆极化天线与第一参考圆极化天线及第二参考圆极化天线的S11(回波损耗特性)的比较图，图5为本发明提供的圆极化天线与第一参考圆极化天线及第二参考圆极化天线的轴比的比较图。
从图可看出第一参考圆极化天线在1.2G左右处产生谐振。在1.1-1.58GHz频率内的满足驻波S11小于-10dB的要求。同时在1.35GHz和1.45GHz两个频点处轴比最低，但是不足以使得参考天线2的轴比带宽覆盖需要的GPS和北斗频段。而第二参考圆极化天线的驻波以及不能覆盖GPS频段。
而本申请提供的圆极化天线圆的驻波能够良好的覆盖1.2GHz-1.7GHz，3dB轴比约为330MHz(1.25GHz-1.585GHz)，使得该天线结构能够覆盖“北斗二代”B1频段(1561.098MHz±2.046MHz)，B2频段(1268.52MHz±10.23MHz)以及GPS频段(1575.42MHz±1.023MHz)。
请参照图6，图6为本发明提供的圆极化天线的辐射方向图。
由图6可见，天线最大辐射方向是超正Z轴辐射，且右旋圆极化性能明显。
请参照表2，表2为本申请提供的圆极化天线的不圆度表。
表2
Theta 0° 30° 60° 90° 270° 300° 330°
不圆度(dB) 0 0.0796 0.3041 0.7189 1.006 0.4797 0.1757
可见，从表中数据可以看出本申请提供的圆极化天线在整个上半平面的不圆度都较好。
本发明还提供了一种无线通信装置，包括如上述的圆极化天线。
这里的无线通信装置可以为手表、手机等装置，本申请在此不作特别的限定。对于本申请提供的无线通信装置的介绍请参照上述圆极化天线实施例，本申请在此不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种圆极化天线，其特征在于，包括介质板及均印刷至所述介质板的同一面的第一辐射贴片、第二辐射贴片、共面波导馈电线及金属地板；所述第一辐射贴片及所述第二辐射贴片均与所述金属地板连接，所述第一辐射贴片及所述第二辐射贴片用于与所述共面波导馈电线及所述金属地板耦合以产生圆极化辐射波。
2.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述金属地板包括设有缝隙的圆环型金属地板及与所述缝隙的两个端壁的外边分别连接的两个矩形金属地板；所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片均设置于所述圆环形金属地板的内部且均与所述圆环形金属地板的内边连接。
3.如权利要求2所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射贴片为L型辐射贴片，所述第二辐射贴片为矩形辐射贴片，所述第一辐射贴片的长边与所述第二辐射贴片的长边垂直，所述第一辐射贴片的短边靠近所述第二辐射贴片的一端设置，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片不接触。
4.如权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射贴片和所述共面波导馈电线分别设置在所述第二辐射贴片的两侧，所述共面波导馈电线包括依次连接的第一矩形共面波导、第二矩形共面波导及第三矩形共面波导；所述第一矩形共面波导设置于所述圆环形金属地板的缝隙内且与所述圆环形金属地板缝隙配合，所述第三矩形共面波导设置于所述圆环形金属地板的内边所形成的区域中；所述第一矩形共面波导远离所述第三矩形共面波导的端壁上设置有一个馈点。
5.如权利要求4所述的圆极化天线，其特征在于，所述第三矩形共面波导的长边与所述第二辐射贴边的长边平行。
6.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述介质板为FR4介质板。
7.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述共面波导馈电线的阻抗为50Ω。
8.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线的3dB轴比对应地频段为1.25GHz-1.585GHz。
9.如权利要求1至8任一项所述的圆极化天线，其特征在于，所述金属地板为铜箔地板。
10.一种无线通信装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的圆极化天线。
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