CN114300845A

CN114300845A - 一种双偶极子圆极化天线

Info

Publication number: CN114300845A
Application number: CN202210053305.3A
Authority: CN
Inventors: 肖晨; 张梓栋
Original assignee: Fuzhou East Of Technology Co ltd
Current assignee: Fuzhou East Of Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明涉及一种双偶极子圆极化天线，包括：馈电结构、间隔有一定距离的辐射板与反射板；所述辐射板一面设置有正交的第一偶极子和第二偶极子；第一偶极子包括第一辐射单元和第二辐射单元，第二偶极子包括第三辐射单元和第四辐射单元；所述四个辐射单元均设有用于提供相位移的移相网络，且四个移相网络呈中心对称分布；所述馈电结构与各辐射单元电连接，用于向第一辐射单元和第四辐射单元馈送第一电流，以及向第二辐射单元和第三辐射单元馈送与第一电流幅值相等相位相反的第二电流。

Description

一种双偶极子圆极化天线

技术领域

本发明涉及一种双偶极子圆极化天线，属于圆极化天线领域。

背景技术

微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，工作原理为：利用微带线或同轴线等馈线给微带天线进行馈电,从而在导体贴片与反射板之间激励起射频电磁场,并通过贴片四周与反射板间的缝隙向外辐射。微带天线可以分为四种基本类型：微带贴片天线、微带偶极子天线、微带缝隙天线、微带行波天线。^[1]天线的极化分为线极化和圆极化,圆极化天线较线极化天线在抗衰落和抗干扰方面更具优势。

偶极子天线通过一对正交的偶极子以及用于提供等幅且具有90°相位差馈电的外部功分移相馈电网络(即将移相网络集成于馈电网络中，工作方式参见图8)，保证圆极化工作条件^[2]，如公开号为CN113131204A的专利《圆极化天线》。但移相馈电网络需要能将2端口输入转换为4端口输出的的馈电结构以实现等幅同相馈电，天线复杂度高，难以实现天线小型化。此外，移相馈电网络与辐射单元之间传输线尚不能很好解决匹配损耗和介入损耗。生产的焊接尺寸误差还会引入其他相位误差和幅度误差，以至于无法实现圆极化的馈电基本需求。

综上，需要一种复杂度低的新型双偶极子圆极化天线。

公开号为CN112688057A《一种基于交叉偶极子的宽带圆极化微带天线》，所述宽带圆极化微带天线包括两层介质板、四个辐射单元、宽带等功分90°相移网络和金属柱平衡馈电结构；两层介质板具有一定距离并且上下平行设置，在上层介质板的上表面分别印制第一辐射单元和第二辐射单元，在上层介质板的下表面分别印制第三辐射单元和第四辐射单元，第一辐射单元和第三辐射单元相对设置，第二辐射单元和第四辐射单元相对设置，四个辐射单元依次相差90°馈电实现了圆极化的工作方式，在下层介质板的下表面印制宽带等功分90°相移网络。该技术方案仍采用外部功分移相馈电网络，通过不同面设置的辐射单元减低天线复杂度。

[1]《宽带圆极化微带天线分析与设计》卞磊P3

http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10288-2009214512.htm

[2]《宽带圆极化天线研究》薛海皋P45

http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10280-1017017363.htm

发明内容

如背景技术所述，现有双偶极子圆极化天线技术中实质上存在一种思维定势即将移相网络集成于馈电结构中，导致天线复杂度高，难以小型化。而本发明提供一种双偶极子圆极化天线，将移相网络集成于辐射单元，使各辐射单元上电流幅值相等且相邻辐射单元之间电流相位差为±90°，精确满足组成圆极化天线对正交辐射单元的馈电要求，得到的圆极化天线复杂度低，易于小型化，同时也避免了功分移相馈电网络与辐射单元之间存在的匹配损耗和介入损耗。

本发明的技术方案如下：

一种双偶极子圆极化天线，包括：馈电结构、间隔有一定距离的辐射板与反射板；

所述辐射板一面设置有正交的第一偶极子和第二偶极子；第一偶极子包括第一辐射单元和第二辐射单元，第二偶极子包括第三辐射单元和第四辐射单元；所述四个辐射单元均设有用于提供相位移的移相网络，且四个移相网络呈中心对称分布；

所述馈电结构与各辐射单元电连接，用于向第一辐射单元和第四辐射单元馈送第一电流，以及向第二辐射单元和第三辐射单元馈送与第一电流幅值相等相位相反的第二电流。

进一步地，所述馈电结构包括与各辐射单元电连接的馈电转换板；所述馈电转换板一面设有第一馈电层，另一面设有第二馈电层。

进一步地，所述馈电结构还包括同轴线；所述同轴线包括同轴线芯线和同轴线屏蔽层，同轴线芯线与所述第一馈电层电连接，同轴线屏蔽层与第二馈电层电连接。

进一步地，所述反射板表面设置有接地层。

进一步地，所述第一辐射单元和第四辐射单元电性连接形成辐射单元第一节点，辐射单元第一节点与第一馈电层上端电连接；所述第二辐射单元和第三辐射单元电性连接形成辐射单元第二节点，辐射单元第二节点与第二馈电层上端电连接。

进一步地，还包括支撑结构；所述支撑结构包括若干个螺钉、若干个螺母柱及若干个螺母；

所述辐射板上开有若干个第一通孔，所述反射板上开有若干个第四通孔；

所述各螺母柱均一端穿过第一通孔与螺母固定连接，另一端穿过第四通孔与螺钉固定连接。

进一步地，所述馈电转换板上端穿过辐射板上开设的第一通孔，馈电转换板下端穿过反射板上开设的第二通孔。

进一步地，所述各辐射单元上开有至少一个第三通孔。

进一步地，所述四个移相网络均包括微带电路，且四个微带电路长度一致

本发明具有如下有益效果：

1、本发明将移相网络集成在辐射单元，使各辐射单元电流幅值相等且相邻辐射单元之间电流相位差为±90°，精确满足组成圆极化天线对正交辐射单元的馈电要求，得到的圆极化天线复杂度低，易于小型化，还避免了移相馈电网络与辐射单元之间存在的匹配损耗和介入损耗。

2、本发明各移相网络提供正负45°相位移，辐射单元的长度一致，易于加工，损耗非常小，一致性好，精确满足组成圆极化天线对正交辐射单元的馈电要求。

附图说明

图1为本发明具体实施例的爆炸示意图；

图2为本发明具体实施例的结构示意图；

图3为本发明具体实施例的局部细节图；

图4为本发明具体实施例的辐射板的正视图；

图5为本发明具体实施例的馈电转换板的示意图；

图6为本发明具体实施例的反射板的示意图；

图7为本发明具体实施例的电流流向示意图；

图8为现有技术中移相网络示意图。

附图标记：1、辐射板；11、第一偶极子；11a、第一辐射单元；11b、第二辐射单元；11c、第一移相网络；11d、第二移相网络；12、第二偶极子；12a、第三辐射单元；12b、第四辐射单元；12c、第三移相网络；12d、第四移相网络；13、第一通孔；14、第二通孔；15、第三通孔；16、辐射单元第一节点；17、辐射单元第二节点；2、馈电转换板；21、第一馈电层；21a、第一馈电层上端；21b、第一馈电层下端；22、第二馈电层；22a、第二馈电层上端；22b、第二馈电层下端；3、反射板；31、上接地层；32、下接地层；33、第四通孔；34、第五通孔；4、同轴线；41、同轴线芯线；42、同轴线屏蔽层；5、螺钉；6、螺母柱；7、螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一

参见图1至图4，一种双偶极子圆极化天线，包括：辐射板1、馈电结构和反射板3。辐射板1和反射板3之间设有一定间隔且平行设置。

辐射板1上表面设置有正交的第一偶极子11和第二偶极子12。第一偶极子11包括第一辐射单元11a和第二辐射单元11b；第二偶极子12包括第三辐射单元12a和第四辐射单元12b。辐射板1为FR4覆铜板，辐射单元为覆铜层。在实际使用时，根据所需工作频率计算辐射单元的形状及尺寸参数，从而制作不同的辐射板。一般来说，工作频率越高，辐射单元尺寸越小。

馈电结构与各辐射单元电连接。馈电结构向第一辐射单元11a和第四辐射单元12b馈送第一电流，向第二辐射单元11b和第三辐射单元12a馈送与第一电流幅值相等相位相反的第二电流。

第一辐射单元11a设有第一移相网络11c；第二辐射单元11b设有第二移相网络11d；第三辐射单元12a设有第三移相网络12c；第四辐射单元12b设有第四移相网络12d。四个移相网络呈中心对称分布，为输入电流提供相位移。各辐射单元的原始阻抗为R，加入移相网络后，阻抗变为R±jR，则第一辐射单元11a和第四辐射单元12b互为共轭匹配单元，电流相位差为90°；第二辐射单元11b和第三辐射单元12a互为共轭匹配单元，电流相位差为90°。

如背景技术所述，现有圆极化双偶极子天线技术中实质上存在一种思维定势(即将移相网络集成于馈电结构中)。本实施例的有益效果在于，将移相网络集成于辐射单元，使各辐射单元上电流幅值相等且相邻辐射单元之间电流相位差为±90°，精确满足组成圆极化天线对正交辐射单元的馈电要求，得到的圆极化天线复杂度低，易于小型化，同时也避免了功分移相馈电网络与辐射单元之间存在的匹配损耗和介入损耗。

实施例二

本实施例中，移相网络采用微带电路，微带电路提供的相位移与微带电路的长度相关。在实践中，根据工作要求预先设计好微带电路的长度。优选的，本实施例中各微带电路的长度一致。

第一移相网络11c提供正45°相位移，第二移相网络11d提供负45°相位移，第三移相网络12c提供负45°相位移，第四移相网络12d提供正45°相位移，具体如图7所示：第一电流i₂₁分别流向第一辐射单元11a和第四辐射单元12b，经其上的第一移相网络11c和第四移相网络12d变为电流i_11a、i_12b；第二电流i₂₂分别流向第二辐射单元11b和第三辐射单元12a，经其上的第二移相网络11d和第三移相网络12c变为电流i_11b、i_12a；等幅且相位依次相差90°的i_11a、i_12b、i_11b、i_12a形成圆极化信号。

本实施例的有益效果在于，各移相网络提供正负45°相位移，辐射单元的长度一致，易于加工，损耗非常小，一致性好，精确满足组成圆极化天线对正交辐射单元的馈电要求。

实施例三

如图6所示，反射板上表面与下表面整面覆盖有接地层。在本实施例中，反射板具体为FR4覆铜板，接地层为覆铜层。第四通孔内侧壁设有电镀锡涂层。反射板的上表面接地层与下表面接地层之间通过第四通孔33电连接，成为同一接地层。

本实施例的进步之处在于，通过反射板上设置的接地层，提高天线指向性。

实施例四

在本实施例中，利用同轴线4对各辐射单元进行馈电，并利用馈电转换板2解决同轴线馈电不平衡的问题。同轴线4包括同轴线芯线41和同轴线屏蔽层42。馈电转换板2为平衡-不平衡变换器(BALUN)，同时兼作阻抗变换器。馈电转换板2一面设有第一馈电层21，另一面设有第二馈电层22。

如图3所示，同轴线芯线41与第一馈电层下端21b通过焊接电连接；同轴线屏蔽层42焊接在反射板3上的下接地层32，第二馈电层22下端22b焊接在反射板3上的上接地层33，同轴线屏蔽层42借助反射板的接地层与第二馈电层22电连接。同轴线4另一端接口接入设备或产品的射频端口。

如图4所示，第一辐射单元11a和第四辐射单元12b电性连接形成辐射单元第一节点16即第一馈电点；第二辐射单元11b和第三辐射单元12a电性连接形成辐射单元第二节点17即第二馈电点。第一馈电层上端21a与辐射单元第一节点16通过焊接实现电性连接，第二馈电层上端22a与辐射单元第二节点17通过焊接实现电性连接。

当然，也可利用其他方式向第一辐射单元11a和第四辐射单元12b馈送第一电流，以及向第二辐射单元11b和第三辐射单元12a馈送与第一电流幅值相等相位相反的第二电流，如：不使用馈电转换板2和同轴线4，利用变压器法直接加装BALUN变压器。

实施例五

馈电转换板2卡接在辐射板1和反射板3之间，具体为：

馈电转换板2上端延伸出一凸起，该凸起穿过辐射板1上开设的与其形状配合的第一通孔13。

馈电转换板2下端延伸出一凸起，该凸起穿过反射板3上开设的第五通孔34，第五通孔34在馈电转换板2第一馈电层侧留出一定空间以满足将同轴线芯线41与第一馈电层下端21b电连接的需求。

实施例六

辐射板1和反射板3之间利用支撑结构进行支撑。在本实施例中，支撑结构包括四个螺钉5、四个螺母柱6及四个螺母7。

辐射板1和反射板3上分别开有四个第一通孔14、第四通孔33。

各螺母柱6均一端穿过第一通孔14与螺母7固定连接，另一端穿过第四通孔33与螺钉5配合固定连接。

若需要将天线的圆极化方向调向反方向，仅需将辐射板1反过来安装。

实施例七

同轴线4接入射频端口后天线的工作过程：工作频率的射频电流通过同轴线传到馈电转换板2，被馈电转换板2转换成幅值相等相位相反的两电流，经辐射单元第一节点16、辐射单元第二节点17分别馈电至各辐射单元。由于连接同一馈电点的辐射单元互为共轭匹配单元，其与馈电点电流相位差分别为±45°。则各辐射单元的电流幅值相等且电流相位依次相差90°，构成圆极化辐射阵列，产生圆极化信号。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，包括：馈电结构、间隔有一定距离的辐射板(1)与反射板(3)；

所述辐射板(1)一面设置有正交的第一偶极子(11)和第二偶极子(12)；第一偶极子(11)包括第一辐射单元(11a)和第二辐射单元(11b)，第二偶极子(12)包括第三辐射单元(12a)和第四辐射单元(12b)；所述四个辐射单元均设有用于提供相位移的移相网络，且四个移相网络呈中心对称分布；

所述馈电结构与各辐射单元电连接，用于向第一辐射单元(11a)和第四辐射单元(12b)馈送第一电流，以及向第二辐射单元(11b)和第三辐射单元(12a)馈送与第一电流幅值相等相位相反的第二电流。

2.根据权利要求1所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述馈电结构包括与各辐射单元电连接的馈电转换板(2)；所述馈电转换板(2)一面设有第一馈电层(21)，另一面设有第二馈电层(22)。

3.根据权利要求2所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述馈电结构还包括同轴线(4)；所述同轴线(4)包括同轴线芯线(41)和同轴线屏蔽层(42)，同轴线芯线(41)与所述第一馈电层(21)电连接，同轴线屏蔽层(42)与第二馈电层(22)电连接。

4.根据权利要求3所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述反射板(3)表面设置有接地层。

5.根据权利要求2所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射单元(11a)和第四辐射单元(12b)电性连接形成辐射单元第一节点(16)，辐射单元第一节点(16)与第一馈电层上端(21a)电连接；所述第二辐射单元(11b)和第三辐射单元(12a)电性连接形成辐射单元第二节点(17)，辐射单元第二节点(17)与第二馈电层上端(22a)电连接。

6.根据权利要求1所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，还包括支撑结构；所述支撑结构包括若干个螺钉(5)、若干个螺母柱(6)及若干个螺母(7)；

所述辐射板(1)上开有若干个第一通孔(14)，所述反射板(3)上开有若干个第四通孔(33)；

所述各螺母柱(6)均一端穿过第一通孔(14)与螺母(7)固定连接，另一端穿过第四通孔(33)与螺钉(5)固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述馈电转换板(2)上端穿过辐射板(1)上开设的第一通孔(13)，馈电转换板(2)下端穿过反射板(1)上开设的第二通孔(34)。

8.根据权利要求1所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述各辐射单元上开有至少一个第三通孔(15)。

9.根据权利要求1所述的一种双偶极子圆极化天线，其特征在于，所述四个移相网络均采用微带电路，且四个微带电路长度一致。