CN113328243B - 一种圆极化天线、移动终端及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆极化天线、移动终端及应用，包括间隔距离设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的正面及反面印制第一辐射单元及第二辐射单元，所述下层介质基板的正面印制磁导体结构，下层介质基板的反面印制金属地，所述第一辐射单元及第二辐射单元均包括主体及分支，主体及分支印制在上层介质基板的正面或反面，且不同面。该天线可以实现双圆极化保持单方向的性能，剖面小，在1980‑2200MHz实现了双圆极化，方向图稳定。

Description

一种圆极化天线、移动终端及应用
技术领域
本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种圆极化天线、移动终端及应用。
背景技术
随着移动通信技术的快速发展，圆极化技术也越来越趋近于成熟，6G作为5G和卫星通信技术的结合，需要对天线提出新的要求，移动圆极化天线是作为6G卫星通信技术的关键技术，是未来天地通信的重要载体。现阶段卫星通信使用的有频段L频段，根据ITU的划分，卫星移动业务可使用：(1)带宽为34MHz的1626.5-1660.5/1525-1559MHz上下行频段(其中，1535-1559MHz上行频段占据优先地位，下行频段为卫星移动业务专用)；(2)带宽为7MHz的1668-1675/1518-1525MHz上下行频段(优先地位低于地面固定和移动业务)；(3)带宽为16.5MHz的1610-1626.5MHz上行频段(占优先地位，其对应的下行频段为S频段2483.5-2800MHz)。S频段，根据ITU的划分，卫星移动业务可使用：(1)带宽为30MHz的1980-2100/2170-2200MHz上下行频段；(2)带宽为16.5MHz的2483.5-2800MHz下行频段。C频段，4-8GHz，该频段最早分配给雷达通信。X频段为8-12GHz，主要用于雷达、地面通信、卫星通信、以及空间通信。Ka频段为18-27GHz，早期用于雷达业务和实验通信。
目前，有单独针对卫星通信的圆极化天线，并没有应用在手机上的小型终端圆极化天线，如果可以做到在手机上应用圆极化天线，未来的6G通信也就克服了一大困难。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的是提供一种圆极化天线，本发明是一种双层结构的AMC圆极化天线，辐射增益高，圆极化轴比带宽较宽，波束宽度宽的圆极化天线。该天线可以在保持小尺寸，低剖面的情况下，使用AMC结构反射波和入射波的结合，实现了良好的圆极化辐射，工作频段在1980-2200MHz。
本发明的第二个目的是提供一种移动终端；
本发明的第三个目的是提供一种圆极化天线的应用。
本发明采用如下技术方案：
一种圆极化天线，包括间隔距离设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的正面及反面印制第一辐射单元及第二辐射单元，所述下层介质基板的正面印制磁导体结构，下层介质基板的反面印制金属地，所述第一辐射单元及第二辐射单元均包括主体及分支，主体及分支印制在上层介质基板的正面或反面，且不同面。
进一步，所述第一辐射单元包括第一主体及第一分支，所述第一主体位于上层介质基板的正面，第一分支位于上层介质基板的反面；
所述第二辐射单元包括第二主体及第二分支，所述第二主体位于上层介质基板的反面，第二分支位于上层介质基板的正面。
进一步，所述第一主体及第二主体夹角为90度，均由两个带切角的矩形条带构成，两个带切角的矩形条带关于上层介质基板的中心对称。
进一步，所述第一分支及第二分支均为V字形，两个分支的一个枝节同线，另外一个枝节交叉90度。
进一步，所述磁导体结构由N×M个磁导体单元构成，所述磁导体单元为十字形结构，十字形的两条边长度不同。
进一步，还包括同轴线，同轴线穿过两个馈电端口连接两个辐射单元，进行馈电。
进一步，两层介质基板间隔空气层，所述空气层的厚度为0.003λ，其中λ为2.05GHz在自由空间中的对应波长。
进一步，上层介质基板的厚度为0.008λ，下层介质基板厚度为0.022λ，天线总厚度为0.033λ，其中λ为2.05GHz在自由空间中的对应波长。
一种移动终端，包括所述的圆极化天线。
一种所述的圆极化天线在6G通信系统中应用。
本发明的有益效果：
本发明通过使用AMC结构实现单向性、低剖面圆极化天线，下层介质板的AMC结构对于水平和竖直方向的电场呈现不同的反射相位，辐射单元呈45度交叉摆放，对于辐射单元，可分解为在水平和竖直方向实现幅度相同的电场，由于AMC结构的存在，使得反射的电场在两个方向上形成90度相位差，从而在低剖面的情况下实现圆极化的辐射，此天线总高度仅有0.033λ(2.05GHz频率波长)，并且具有单向性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的第一辐射单元的结构示意图；
图3是本发明的反射系数；
图4是本发明的轴比曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1及图2所示，一种圆极化天线，具体是基于人工磁导体结构的双圆极化低剖面终端天线，包括上层介质基板1及下层介质基板2，两层介质基板间隔一层空气层，所述上层介质基板的正面及反面印制第一辐射单元及第二辐射单元，所述下层介质基板的正面印制磁导体结构3，下层介质基板的反面印制金属地。
进一步，所述第一辐射单元及第二辐射单元结构尺寸均相同。
所述第一辐射单元包括第一主体4A及第一分支4B，所述第一主体印制在上层介质基板的正面(上表面)，所述第一分支印制在上层介质基板的反面(下表面)。
所述第二辐射单元包括第二主体5A及第二分支5B，所述第二主体印制在上层介质基板的反面(下表面)，所述第二分支印制在上层介质基板的正面(上表面)。
所述第一主体及第二主体交叉设置，夹角为90度，本实施例中介质基板为正方形，两个主体分别位于介质基板的两条对角线上。所述第一主体及第二主体均由两条带有切角的矩形条带构成，两个矩形条带关于上层介质基板中心点对称,矩形条带的两端均设有切角。两个辐射单元的矩形条带尺寸相同。
所述第一分支及第二分支均为V字形，V字形由两个分支构成，分别是短枝节及长枝节，两条短枝节同线，两条长枝节±45交叉摆放，夹角为90度，交叉点为介质基板中心点，长枝节延伸到矩形条带另一面的相应位置。
本实施例1采用的尺寸为：
A＝19.16mm，B＝2.1mm,C＝3.7mm，D＝8.5mm，E＝12mm，F＝1.6mm。
由于辐射单元辐射的电场必须在水平竖直两个方向上具有相同的幅度，所以辐射单元必须可以在两个方向上的分量大小相同，又考虑到实现双圆极化，两个单元之间的影响要在一定程度上避免，故采用±45度交叉摆放，不能随意改动摆放位置。
所述下层介质基板中心开孔，同轴线6的内芯及外芯穿过开孔分别对主体及分支进行馈电。
主体矩形条带最优长度为19.16mm，此长度为优化后得到，使得在1.98GHz-2.2GHz范围内，回波损耗大于10dB。
进一步，所述磁导体结构由N×M个磁导体单元构成，所述磁导体单元为十字形结构，十字形的两条边长度不同。本实施例中磁导体结构由4×4个磁导体单元构成，实现圆极化辐射。
所述圆极化天线为上下层叠式结构，可实现1920MHz-2200MHz的双圆极化辐射，轴比小于3dB，回波损耗和两端口隔离度均小于10dB。
所述圆极化天线的总高度为0.03λ，其中λ为2.05GHz在自由空间中的对应波长。
所述圆极化天线上层介质基板采用板材FR4_epoxy，厚度为0.8mm，相对介电常数为4.4。
所述圆极化天线下层介质基板采用板材RO3010，厚度为3.2mm，相对介电常数为10.2。
本发明的两个天线辐射单元，由于呈45度摆放，产生馈电激励时会使得产生一个沿着45度方向的电场，且沿着水平和竖直方向的分量大小相同，由于磁导体结构的两条分支尺寸不同，使得对于水平和竖直方向的反射相位不同，导致辐射单元产生的两个场分量经反射之后的相位不同，最终辐射出去的场为辐射单元向下辐射反射之后的场和辐射单元向上辐射的场的叠加，通过AMC结构使得最终的合场在水平和竖直方向有90度相位差，实现圆极化辐射。天线辐射单元分别放置在上层介质板的正反面，第一主体5A和第一分支5B共同组成一个辐射单元，且要求两辐射单元呈45度垂直交叉摆放，辐射单元距离AMC反射板要求设置一定距离。
如图3及图4所示，本天线可以在所需卫星通信频段实现良好的同频双圆极化辐射。
实施例2
一种移动终端，包括实施例1所述的圆极化天线。所述圆极化天线包括间隔距离设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的正面及反面印制第一辐射单元及第二辐射单元，所述下层介质基板的正面印制磁导体结构，下层介质基板的反面印制金属地，所述第一辐射单元及第二辐射单元均包括主体及分支，主体及分支印制在上层介质基板的正面或反面，且不同面。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种圆极化天线，其特征在于，包括间隔距离设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的正面及反面印制第一辐射单元及第二辐射单元，所述下层介质基板的正面印制磁导体结构，下层介质基板的反面印制金属地，所述第一辐射单元及第二辐射单元均包括主体及分支，主体及分支印制在上层介质基板的正面或反面，且不同面；
所述第一辐射单元包括第一主体及第一分支，所述第一主体位于上层介质基板的正面，第一分支位于上层介质基板的反面；
所述第二辐射单元包括第二主体及第二分支，所述第二主体位于上层介质基板的反面，第二分支位于上层介质基板的正面；
所述第一主体及第二主体夹角为90度，均由两个带切角的矩形条带构成，两个带切角的矩形条带关于上层介质基板的中心对称；
所述第一分支及第二分支均为V字形，两个分支的一个枝节同线，另外一个枝节交叉90度；
所述磁导体结构由N×M个磁导体单元构成，所述磁导体单元为十字形结构，十字形的两条边长度不同；
第一及第二辐射单元呈45度摆放，产生馈电激励时会使得产生一个沿着45度方向的电场，且沿着水平和竖直方向的分量大小相同，由于磁导体结构的两条分支尺寸不同，使得对于水平和竖直方向的反射相位不同，导致辐射单元产生的两个场分量经反射之后的相位不同，最终辐射出去的场为辐射单元向下辐射反射之后的场和辐射单元向上辐射的场的叠加，通过磁导体结构使得最终的合场在水平和竖直方向有90度相位差，实现圆极化辐射。
2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，还包括同轴线，同轴线穿过两个馈电端口连接两个辐射单元，进行馈电。
3.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，两层介质基板间隔空气层，所述空气层的厚度为0.003λ，其中λ为2.05GHz在自由空间中的对应波长。
4.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，上层介质基板的厚度为0.008λ，下层介质基板厚度为0.022λ，天线总厚度为0.033λ，其中λ为2.05GHz在自由空间中的对应波长。
5.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的圆极化天线。
6.一种如权利要求1-4任一项所述的圆极化天线在6G通信系统中应用。
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