CN114597640B - 一种极化可重构天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极化可重构天线，属于天线技术领域，包括辐射机构、阻抗机构和连接机构，辐射机构和阻抗机构互相平行且通过连接机构连接；辐射机构包括上层介质板、分别连接在上层介质板上下方的圆环形天线和第一扇形金属贴片；阻抗机构包括下层介质板、分别连接在下层介质板上下方的第二扇形金属贴片和金属地；上层介质板和下层介质板均为圆盘形且两者的圆心位于同一轴线上；在所述圆环形天线的一个圆上均匀分布有三个馈电端口，第一扇形金属贴片分布在三个馈电端口的下方且和连接机构连接；实现天线小型化、低后瓣、高增益，实现角平面任意方向的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化。

Description

一种极化可重构天线
技术领域
本发明涉及一种极化可重构天线，属于天线技术领域。
背景技术
随着无线通信系统的飞速发展，可重构天线因其在避免噪声源干扰、增加 信道容量和克服多径衰落等方面的优势而备受关注；如今，随着第五代(5G) 移动通信与4G、蓝牙、物联网(IoT)和无线局域网(WLAN)等其他无线网络 共存，天线工作环境变得更加复杂，因此进一步推动了可重构天线的研究。
现有的微基站天线大多是定向辐射，一般在天线下方四分之一波长处放置 金属反射板，从而导致天线有较大的体积；现有的极化可重构天线大多是基于 二极管的通断控制其极化方向，控制过程繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种极化可重构天线，解决现有技术中天线体积较 大等缺陷，实现天线小型化、低后瓣、高增益和极化重构。
为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种极化可重构天线，包括辐射机构、阻抗机构和连接机构， 辐射机构和阻抗机构互相平行且通过连接机构连接；辐射机构包括上层介质板、 分别连接在上层介质板上下方的圆环形天线和第一扇形金属贴片；阻抗机构包 括下层介质板、分别连接在下层介质板上下方的第二扇形金属贴片和金属地； 上层介质板和下层介质板均为圆盘形且两者的圆心位于同一轴线上；
在所述圆环形天线的一个圆上均匀分布有三个馈电端口，第一扇形金属贴 片分布在三个馈电端口的下方且和连接机构连接。
进一步的，所述圆环形天线印刷于上层介质板的上表面。
进一步的，所述第一扇形金属贴片印刷于上层介质板的下表面，第一扇形 金属贴片带有环形槽，用于连接所述连接机构。
进一步的，上层介质板和下层介质板的间距为6-6.5mm。
进一步的，所述第二扇形金属贴片设置有六个且均以下层介质板的圆心为 圆心均匀分布，各第二扇形金属贴片之间的圆心角间隔为8-10°，第二扇形金 属贴片的外半径为30-30.4mm。
进一步的，所述上层介质板的材质是Rogers 5880，介电常数为2.2，损耗正 切角为0.0009，半径为23-24mm，厚度为0.25-0.5mm。
进一步的，所述圆环形天线的外环半径为16-17mm，内环半径为11mm。
进一步的，所述下层介质板的材质是Rogers 5880，介电常数为2.2，损耗正 切角为0.0009，半径为39-40mm，厚度为2.5-3mm。
进一步的，所述金属地的半径和下层介质板相同，金属地印刷于下层介质 板的下表面。
进一步的，所述第二扇形金属贴片印刷于下层介质板的上表面。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明提供的一种极化可重构天线，采用圆环形天线作为辐射器，下方采 用圆形的阻抗机构，由第二扇形金属贴片、下层介质板和金属地组成高阻抗表 面，由高阻抗表面代替金属反射板，高阻抗表面具有理想磁导体的特性，能够 减小天线与阻抗机构的距离，大大减小天线的剖面，实现天线的小型化，且能 够实现天线的低后瓣和高增益；在所述圆环形天线的一个圆上均匀分布有三个馈电端口，通过最大功率传输效率法改变三个馈电端口的幅值和相位，能够实 现角平面任意方向的线极化、左旋圆极化和右旋圆极化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种极化可重构天线的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种极化可重构天线的侧视图；
图3是本发明实施例提供的一种极化可重构天线的仿真反射系数图；
图4是本发明实施例提供的一种极化可重构天线的左旋圆极化辐射方向图；
图5是本发明实施例提供的一种极化可重构天线的右旋圆极化辐射方向图；
图6是本发明实施例提供的一种极化可重构天线在方位角平面方向 线极化辐射方向图；
图7是本发明实施例提供的一种极化可重构天线在方位角平面方向 线极化辐射方向图。
图中：1-1、圆环形天线；1-2、上层介质板；1-3、第一扇形金属贴片；2-1、 第二扇形金属贴片；2-2、下层介质板；2-3、金属地；3-1、同轴内芯；3-2、同 轴外芯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种极化可重构天线，包括辐射 机构、阻抗机构和连接机构，在本实施例中，辐射机构和阻抗机构都是圆盘形， 且两者的圆心在同一竖向轴线上，辐射机构和阻抗机构通过连接机构连接；辐 射机构包括从上之下依次连接的圆环形天线1-1、上层介质板1-2和第一扇形金 属贴片1-3，阻抗机构包括从上至下依次连接的第二扇形金属贴片2-1、下层介 质板2-2和金属地2-3，连接机构包括同轴内芯3-1和套接在同轴内芯3-1下部 的同轴外芯3-2。
圆环形天线1-1印刷于上层介质板1-2的上表面，本实施例中，以圆环形天 线1-1作为辐射器，且在所述圆环形天线1-1的一个圆上均匀分布有三个馈电端 口，即圆环形天线1-1在角度120°、240°上设有馈电端口。
上层介质板1-2的下表面印刷有三个带环形槽的第一扇形金属贴片1-3，第 一扇形金属贴片1-3位于馈电端口正下方，且和同轴内芯3-1一端相连接，同轴 内芯3-1另一端连接下层介质板2-2，实现辐射机构和阻抗机构的连接。
在本实施例中，上层介质板1-2和下层介质板2-2之间的距离为6-6.5mm， 下层介质板2-2的上表面印刷有六个第二扇形金属贴片2-1，第二扇形金属贴片 2-1均以下层介质板2-2的圆心为圆心，下层介质板2-2的下表面印刷有金属地 2-3，由第二扇形金属贴片2-1、下层介质板2-2和金属地2-3形成阻抗机构，也 即高阻抗表面，以实现天线的小型化、低后瓣以及高增益，能够大大减小天线 的剖面，满足天线小型化的要求。
在本实施例中，上层介质板1-2的材料是Rogers 5880，其介电常数为2.2， 损耗正切角为0.0009，半径为23-24mm，厚度为0.25-0.5mm。
在本实施例中，圆环形天线1-1的外径为16-17mm，内径为11mm。
在本实施例中，下层介质板2-2的材料是Rogers 5880，其介电常数为2.2， 损耗正切角为0.0009，半径为39-40mm，厚度为2.5-3mm，使得高阻抗表面的0° 反射相位落在3.5GHz附近，能够很好的发挥圆形高阻抗表面的PMC(Perfect Magnetic Conductor，理想磁导体)特性，使本发明天线具有高增益、低后瓣的特点。
在本实施例中，第二扇形金属贴片2-1的外径为30-30.4mm，两个第二扇形 金属贴片2-1之间的圆心角间隔为8-10°，金属地2-3的半径为39-40mm。
图3为本发明实施例提供的一种极化可重构天线的仿真反射系数图，从图 中可以看出该天线的带宽为3.26-3.68GHz，谐振频率为3.5GHz，可以很好的覆盖中国电信的5G频段。
图4为本发明实施例提供的一种极化可重构天线的左旋圆极化辐射方向图， 从图4中的(a)和(b)可以看出，该天线在xz平面、yz平面上的左旋圆极化 辐射方向的半功率波束宽度均为60°，在θ＝0°方向上的最大增益为9.33dBic，前后比为15db，说明本发明中的圆形高阻抗表面有很好的抑制后向辐射的效果。
图5为本发明实施例提供的一种极化可重构天线的右旋圆极化辐射方向图， 同理，从图5中的(a)和(b)可以看出，该天线在xz平面、yz平面上的右旋 圆极化辐射方向的半功率波束宽度为60°左右，在θ＝0°方向上最大增益为9.33dBic左右，前后比为15db，说明本发明中的圆形高阻抗表面有很好的抑制后向 辐射的效果。
图6为本发明实施例提供的一种极化可重构天线在方位角平面方向 线极化辐射方向图，从图6中的(a)和(b)可以看出，在方位角平面φ＝0° 方向线极化时，半功率波束宽度为60°左右，在θ＝0°方向上的最大增益为9.33 dBi左右，前后比为15db，说明本发明中的圆形高阻抗表面有很好的抑制后向辐射的效果。
图7是本发明实施例提供的一种极化可重构天线在方位角平面方向线极化辐射方向图，在方位角平面φ＝45°方向线极化时， 半功率波束宽度为60°左右，在θ＝0°方向上的最大增益为9.33dBi 左右，前后比在15db左右，说明本发明中的圆形高阻抗表面有很好 的抑制后向辐射的效果。
本发明实施例提供的一种极化可重构天线，通信稳定，能够实现在方位角 平面实现任意方向线极化及左右旋圆极化。
该极化可重构天线能够有效避免极化失配，同时在天线位置发生改变时仍 能与外界保持良好的通信，加载的高阻抗表面结构能够很好的抑制后瓣，有效 减小天线的体积，非常适用于未来的微基站系统。
本发明实施例提供的一种极化可重构天线的工作频段为3.26-3.68GHz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种极化可重构天线，其特征在于，包括辐射机构、阻抗机构和连接机构，辐射机构和阻抗机构互相平行且通过连接机构连接；辐射机构包括上层介质板、分别连接在上层介质板上下方的圆环形天线和第一扇形金属贴片；阻抗机构包括下层介质板、分别连接在下层介质板上下方的第二扇形金属贴片和金属地；上层介质板和下层介质板均为圆盘形且两者的圆心位于同一轴线上；
在所述圆环形天线的一个圆上均匀分布有三个馈电端口，第一扇形金属贴片分布在三个馈电端口的下方且和连接机构连接；
所述圆环形天线印刷于上层介质板的上表面；
所述第一扇形金属贴片印刷于上层介质板的下表面，第一扇形金属贴片带有环形槽，用于连接所述连接机构；
上层介质板和下层介质板的间距为6-6.5mm；
所述第二扇形金属贴片设置有六个且均以下层介质板的圆心为圆心均匀分布，各第二扇形金属贴片之间的圆心角间隔为8-10°，第二扇形金属贴片的外半径为30-30.4mm；
所述上层介质板的材质是Rogers 5880，介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009，半径为23-24mm，厚度为0.25-0.5mm；
所述圆环形天线的外环半径为16-17mm，内环半径为11mm；
所述下层介质板的材质是Rogers 5880，介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009，半径为39-40mm，厚度为2.5-3mm；
所述金属地的半径和下层介质板相同，金属地印刷于下层介质板的下表面；
所述第二扇形金属贴片印刷于下层介质板的上表面。
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