CN115020975A - 圆极化渐变双开槽天线及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种圆极化渐变双开槽天线及其控制方法，涉及通信设备技术领域，圆极化渐变双开槽天线包括第一介质板、第一贴片结构以及馈电结构；第一介质板具有沿第一方向延伸设置的第一侧端以及沿第一方向呈相对设置两个安装侧端，第一介质板设置有四个；第一贴片结构包括对应四个第一介质板设置的四个第一金属贴片，第一金属贴片设于第一介质板背向合围空间的侧壁面上，第一金属贴片上形成有两个渐变开槽，两个渐变开槽沿第一方向间隔设置，两个渐变开槽的开口均呈朝向第一侧端且呈连通至第一侧端外设置；每一渐变开槽均包括椭圆曲率侧边以及指数曲率侧边，两个椭圆曲率侧边呈相邻间隔设置，指数曲率侧边分别延伸至第一侧端的两端顶点处。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种圆极化渐变双开槽天线及其控制方法。
背景技术
目前，随着移动通信的飞速发展，各种通信设备的不断迭代，对通信天线的要求也愈来愈高。天线作为整个通信系统中的核心部件，朝着超宽带，小型化发展已经成为了当下十分重要的方向。渐变开槽天线(Tapered slot antenna,TSA)是一种表面端射天线，依靠蚀刻在介质板上的渐变槽线实现慢波效应，在传输电磁破的过程中通过逐渐张开的槽线辐射能量。渐变开槽天线在很大的带宽上具有良好的端口匹配特性，具有重量轻、易于加工及集成的优点。圆极化天线能够接收各个极化方向的电磁波，能提高频谱的利用率，能够有效地对抗信道多径衰落，提高系统的抗干扰能力。圆极化天线不仅可以用于导航、定位、测量，还可以用于获得精确时间数据和气象数据等。
目前有多种采用渐变开槽天线构成的圆极化天线，但是存在尺寸偏大，极化隔离度差的缺点，无法兼顾装备的性能和尺寸。
发明内容
本发明提供一种圆极化渐变双开槽天线及其控制方法，用以解决无法兼顾装备的性能和尺寸的问题，实现圆极化渐变双开槽天线的便捷性。
本发明提供一种圆极化渐变双开槽天线，包括：
第一介质板，具有沿第一方向延伸设置的第一侧端以及沿所述第一方向呈相对设置两个安装侧端，所述第一介质板设置有四个，四个所述第一介质板的所述安装侧端依次连接，以在四个所述第一介质板之间形成合围空间；
第一贴片结构，包括对应四个所述第一介质板设置的四个第一金属贴片，所述第一金属贴片设于所述第一介质板背向所述合围空间的侧壁面上，所述第一金属贴片上形成有两个渐变开槽，两个所述渐变开槽沿所述第一方向中心对称设置，两个所述渐变开槽的开口均呈朝向所述第一侧端且呈连通至所述第一侧端外设置，两个所述渐变开槽的顶端还形成有圆槽；以及，
馈电结构，对应所述第一贴片结构设于第一介质板朝向所述合围空间的侧壁面上；
其中，每一所述渐变开槽均包括椭圆曲率侧边以及指数曲率侧边，两个所述椭圆曲率侧边呈相邻中心对称设置，所述指数曲率侧边分别延伸至所述第一侧端的两端顶点处。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述圆极化渐变双开槽天线还包括第二介质板，所述第二介质板的一端连接至所述第一侧端上，且与所述第一介质板处于同一平面内；
所述第二介质板背向所述合围空间的侧壁面上设置有第二贴片结构。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述第二贴片结构包括第二金属贴片，所述第二金属贴片包括第一直边以及呈椭圆曲线设置的第一曲边，所述第一直边对应所述第一侧端设置，所述第一曲边与两个所述椭圆曲率侧边对应共同形成呈椭圆曲线设置的开槽侧边；
其中，所述开槽侧边的延伸长度呈大于所述指数曲率侧边的长度设置。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述第二介质板对应所述第一介质板设置有四个。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述圆极化渐变双开槽天线还包括介质底板，所述介质底板与所述第一侧端连接，以与所述合围空间共同形成合围槽，所述介质底板背向所述合围槽的端面上形成有第三贴片结构。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述第三贴片结构包括对应四个所述第一介质板设置的四个第三金属贴片；
每一所述第三金属贴片均包括第二直边以及呈椭圆曲线设置的第二曲边，四个所述第二直边分别对应四个所述第一侧端设置，每一所述第二曲边均与对应的所述第一金属贴片的两个所述椭圆曲率侧边共同形成呈椭圆曲线设置的开槽侧边；
其中，所述开槽侧边的延伸长度呈大于所述指数曲率侧边的长度设置。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述馈电结构包括两个馈电巴伦，所述馈电巴伦包括沿所述第一方向延伸设置的带状线体以及设于所述带状线体端部的圆形贴片；
两个所述馈电巴伦沿所述第一方向间隔设置，且两个所述馈电巴伦的所述圆形贴片呈相对设置。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，两个所述馈电巴伦沿所述第一介质板的中心轴线对称设置。
根据本发明提供的圆极化渐变双开槽天线，所述馈电结构还包括馈电端口，所述馈电端口设于两个所述馈电巴伦之间，且处于所述馈电巴伦背向所述第一侧端的一侧；
所述馈电端口与两个所述馈电巴伦之间电性连接，且连通至所述第一介质板外。
本发明还提供一种圆极化渐变双开槽天线的控制方法，所述圆极化渐变双开槽天线包括四个第一介质板，每一所述第一介质板上均设置有第一贴片结构以及馈电结构；
所述圆极化渐变双开槽天线的控制方法包括以下步骤：
依次向相邻的所述第一介质板上的所述馈电结构输入输入信号；
其中，相邻的两个所述输入信号的相位相差90°。
在本发明提供的圆极化渐变双开槽天线中，在所述第一介质板背向所述合围空间的侧壁面上设置有所述第一金属贴片，所述第一金属贴片上形成有两个所述渐变开槽，形成双开槽结构，使得由所述第一介质板形成的所述圆极化渐变双开槽天线的方向性更强，且辐射效能也更强，同时，在本实施例中，所述渐变开槽的两个侧边分别由所述椭圆曲率侧边以及所述指数曲率侧边构成，使得在两个所述渐变开槽之间形成具有椭圆曲率的金属板结构，提高所述圆极化渐变双开槽天线的指向性，且降低所述圆极化渐变双开槽天线的指向高度，便于制造时的小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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渐变双开槽天线的结构示意图；
图2为图1中圆极化渐变双开槽天线第一实施例的结构示意图；
图3为图2中第一实施例的立体结构示意图；
图4为图1中圆极化渐变双开槽天线第二实施例一角度的立体结构示意图；
图5为图4中第二实施例另一角度的立体结构示意图；
图6为图1中圆极化渐变双开槽天线馈电结构的结构示意图；
图7为本发明提供的圆极化渐变双开槽天线与现有技术的仿真对比数据图；
图8给出了本发明实施例的天线的S参数仿真图；
图9给出了本发明实施例的天线轴比仿真图；
图10给出了本发明实施例的天线增益仿真图；
图11给出了本发明实施例的XOZ面和XOY面方向图仿真图。
附图标记：
100、圆极化渐变双开槽天线；1、第一介质板；21、第一金属贴片；211、渐变开槽；212、圆槽；31、馈电巴伦；32、馈电端口；4、第二介质板；41、第二金属贴片；5、介质底板；51、第三金属贴片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。
请参阅图1，本发明提供一种圆极化渐变双开槽天线100，包括第一介质板1、第一贴片结构以及馈电结构；所述第一介质板1具有沿第一方向延伸设置的第一侧端以及沿所述第一方向呈相对设置两个安装侧端，所述第一介质板1设置有四个，四个所述第一介质板1的所述安装侧端依次连接，以形成合围空间；所述第一贴片结构包括对应四个所述第一介质板1设置的四个第一金属贴片21，所述第一金属贴片21设于所述第一介质板1背向所述合围空间的侧壁面上，所述第一金属贴片21上形成有两个渐变开槽211，两个所述渐变开槽211沿所述第一方向间隔设置，两个所述渐变开槽211的开口均呈朝向所述第一侧端且呈连通至所述第一侧端外设置，两个所述渐变开槽的顶端还形成有圆槽212；所述馈电结构对应所述第一贴片结构设于第一介质板1朝向所述合围空间的侧壁面上；其中，每一所述渐变开槽211均包括椭圆曲率侧边以及指数曲率侧边，两个所述椭圆曲率侧边呈相邻间隔设置，所述指数曲率侧边分别延伸至所述第一侧端的两端顶点处。
在本发明提供的圆极化渐变双开槽天线100中，在所述第一介质板背向所述合围空间的侧壁面上设置有所述第一金属贴片，所述第一金属贴片上形成有两个所述渐变开槽211，形成双开槽结构，使得由所述第一介质板1形成的所述圆极化渐变双开槽天线100的方向性更强，且辐射效能也更强，同时，在本实施例中，所述渐变开槽211的两个侧边分别由所述椭圆曲率侧边以及所述指数曲率侧边构成，使得在两个所述渐变开槽211之间形成具有椭圆曲率的金属板结构，提高所述圆极化渐变双开槽天线100的指向性，且降低所述圆极化渐变双开槽天线100的指向高度，便于制造时的小型化。
请参阅图2，在本发明提供的第一实施例中，所述圆极化渐变双开槽天线100还包括第二介质板4，所述第二介质板4的一端连接至所述第一侧端上，且与所述第一介质板1处于同一平面内；所述第二介质板4背向所述合围空间的侧壁面上设置有第二贴片结构。在本实施例中，所述第二介质板4与所述第一介质板1处于同一平面内，所述第二贴片结构与所述第一贴片结构相互配合，使得所述第二介质板4形成的贴片结构的指向性更好。
具体的，在本实施例中，所述第二贴片结构包括第二金属贴片41，所述第二金属贴片41包括第一直边以及呈椭圆曲线设置的第一曲边，所述第一直边对应所述第一侧端设置，所述第一曲边与两个所述指数曲率侧边共同形成呈椭圆曲线设置的开槽侧边；其中，所述开槽侧边的延伸长度呈大于所述指数曲率侧边的长度设置。在本实施例中，所述第一金属贴片21与所述第二金属贴片41共同形成了中间高于两侧的金属贴片结构，实现所述渐变槽天线100的高指向性，同时减小了所述第一介质板1在所述第一方向上的宽度，便于小型化设置。
另外，请参阅图3，所述第二介质板4对应所述第一介质板1设置有四个。在本实施例中，四个所述第一介质板1与所述第二介质板4之间形成矩形孔径，形成较大的天线孔径，以此提升天线的方向性。
需要说明的是，在本实施例中，所述椭圆曲率侧边以及所述指数曲线侧边通过所述圆槽212的圆心位置进行设置。
在本实施例中，两个所述圆槽212的圆心坐标分别设置为（0，-a）、（0，a）；所述第一侧端的两端顶点的坐标分别为（b，-c）、（b，c）。
所述指数曲率侧边的指数方程为：
所述椭圆曲率侧边的椭圆方程为：
以上方程式中，e为自然常数，x、y为变量，a、b、c、d、f为固定参数，具体值通过仿真优化取得。
请参阅图4，在本发明提供的第二实施例中，所述圆极化渐变双开槽天线100还包括介质底板5，所述介质底板5与四个所述第一侧端连接，以与所述合围空间共同形成合围槽，所述介质底板5背向所述合围槽的端面上形成有第三贴片结构。在本实施例中，通过所述第一介质板1与所述介质底板5共同形成盒体结构，在所述第一介质板1与所述介质底板5之间形成合围槽，将所述介质底板上设置第三贴片结构，以降低所述圆极化渐变双开槽天线100沿天线指向的长度，整体空间进行了弯折，降低了垂直所述介质底板5方向上的尺寸，使得所述圆极化渐变双开槽天线100更加小型化。
具体的，请参阅图5，在本实施例中，所述第三贴片结构包括对应四个所述第一介质板设置的四个第三金属贴片51；每一所述第三金属贴片51包括第二直边以及呈椭圆曲线设置的第二曲边，四个所述第二直边分别对应四个所述第一侧端设置，每一所述第二曲边均与对应的所述第一金属贴片的两个所述椭圆曲率侧边共同形成呈椭圆曲线设置的开槽侧边；其中，所述开槽侧边的延伸长度呈大于所述指数曲率侧边的长度设置。在本实施例中，通过所述第三金属贴片51与所述第一金属贴片21共同形成贴片结构，增强所述圆极化渐变双开槽天线的辐射特性。
另一方面，请参阅图6，所述馈电结构包括两个馈电巴伦31，所述馈电巴伦包括沿所述第一方向延伸设置的带状线体以及设于所述带状线体端部的圆形贴片；两个所述馈电巴伦31沿所述第一方向间隔设置，且两个所述馈电巴伦31的所述圆形贴片呈相对设置。在本实施例中，两个所述馈电巴伦31（即耦合单元）的朝向相对，相比采用朝向相同的耦合单元，其天线的主极化增益与交叉极化增益更加平稳，差值更大且基本恒定，增益也得到一定程度的提升且随着增益的增大而增大，表现出更好更稳定的辐射特性及交叉极化水平。
请参阅图7至图11，为本发明中朝向相对与现有技术朝向相同的耦合单元的方针对比数据图，可以看出采用朝向相对的耦合单元相比采用朝向相同的耦合单元，其天线的主极化增益与交叉极化增益更加平稳，差值更大且基本恒定，增益也得到一定程度的提升且随着增益的增大而增大，表现出更好更稳定的辐射特性及交叉极化水平。
其中，在图8中，S11参数为输入匹配参数；图9中，Axial Ratio为轴向比；图10中，Gain为天线增益，GainLHCP为左旋圆极化增益，GainRHCP为右旋圆极化增益，Fequency为频率。
进一步的，两个所述馈电巴伦31沿所述第一介质板1的中心轴线对称设置。在本实施例中，两个所述馈电巴伦3关于所述第一介质基板1中心线中心对称，目的是实现稳定的辐射特性，改善交叉极化。
另外，在本实施例中，所述馈电结构还包括馈电端口32，所述馈电端口32设于两个所述馈电巴伦31之间，且处于所述馈电巴伦31背向所述第一侧端的一侧；所述馈电端口32与两个所述馈电巴伦31之间电性连接，且连通至所述第一介质板1外。在本实施例中，彼岸图通过所述馈电端口32向所述馈电结构内输入信号。
基于上述圆极化渐变双开槽天线100，本发明还提供一种圆极化渐变双开槽天线的控制方法，所述圆极化渐变双开槽天线100包括四个第一介质板1，每一所述第一介质板1上均设置有第一贴片结构以及馈电结构；
所述圆极化渐变双开槽天线的控制方法包括以下步骤：
S10、依次向相邻的所述第一介质板上的所述馈电结构输入输入信号；
其中，相邻的两个所述输入信号的相位相差90°。
在本实施例的控制方法中，四个所述馈电结构按照顺/逆时钟方向输入信号的相位依次相差90°，从而形成左/右旋转圆极化电磁波。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，包括：
第一介质板，具有沿第一方向延伸设置的第一侧端以及沿所述第一方向呈相对设置两个安装侧端，所述第一介质板设置有四个，四个所述第一介质板的所述安装侧端依次连接，以在四个所述第一介质板之间形成合围空间；
第一贴片结构，包括对应四个所述第一介质板设置的四个第一金属贴片，所述第一金属贴片设于所述第一介质板背向所述合围空间的侧壁面上，所述第一金属贴片上形成有两个渐变开槽，两个所述渐变开槽沿所述第一方向中心对称设置，两个所述渐变开槽的开口均呈朝向所述第一侧端且呈连通至所述第一侧端外设置，两个所述渐变开槽的顶端还形成有圆槽；以及，
馈电结构，对应所述第一贴片结构设于第一介质板朝向所述合围空间的侧壁面上；
其中，每一所述渐变开槽均包括椭圆曲率侧边以及指数曲率侧边，两个所述椭圆曲率侧边呈相邻中心对称设置，所述指数曲率侧边分别延伸至所述第一侧端的两端顶点处。
2.根据权利要求1所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述圆极化渐变双开槽天线还包括第二介质板，所述第二介质板的一端连接至所述第一侧端上，且与所述第一介质板处于同一平面内；
所述第二介质板背向所述合围空间的侧壁面上设置有第二贴片结构。
3.根据权利要求2所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述第二贴片结构包括第二金属贴片，所述第二金属贴片包括第一直边以及呈椭圆曲线设置的第一曲边，所述第一直边对应所述第一侧端设置，所述第一曲边与两个所述椭圆曲率侧边对应共同形成呈椭圆曲线设置的开槽侧边；
其中，所述开槽侧边的延伸长度呈大于所述指数曲率侧边的长度设置。
4.根据权利要求2所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述第二介质板对应所述第一介质板设置有四个。
5.根据权利要求1所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述圆极化渐变双开槽天线还包括介质底板，所述介质底板与四个所述第一侧端连接，以与所述合围空间共同形成合围槽，所述介质底板背向所述合围槽的端面上形成有第三贴片结构。
6.根据权利要求5所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述第三贴片结构包括对应四个所述第一介质板设置的四个第三金属贴片；
每一所述第三金属贴片均包括第二直边以及呈椭圆曲线设置的第二曲边，四个所述第二直边分别对应四个所述第一侧端设置，每一所述第二曲边均与对应的所述第一金属贴片的两个所述椭圆曲率侧边共同形成呈椭圆曲线设置的开槽侧边；
其中，所述开槽侧边的延伸长度呈大于所述指数曲率侧边的长度设置。
7.根据权利要求1所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述馈电结构包括两个馈电巴伦，所述馈电巴伦包括沿所述第一方向延伸设置的带状线体以及设于所述带状线体端部的圆形贴片；
两个所述馈电巴伦沿所述第一方向间隔设置，且两个所述馈电巴伦的所述圆形贴片呈相对设置。
8.根据权利要求7所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，两个所述馈电巴伦沿所述第一介质板的中心轴线对称设置。
9.根据权利要求7所述的圆极化渐变双开槽天线，其特征在于，所述馈电结构还包括馈电端口，所述馈电端口设于两个所述馈电巴伦之间，且处于所述馈电巴伦背向所述第一侧端的一侧；
所述馈电端口与两个所述馈电巴伦之间电性连接，且连通至所述第一介质板外。
10.一种圆极化渐变双开槽天线的控制方法，其特征在于，所述圆极化渐变双开槽天线包括四个第一介质板，每一所述第一介质板上均设置有第一贴片结构以及馈电结构；
所述圆极化渐变双开槽天线的控制方法包括以下步骤：
依次向相邻的所述第一介质板上的所述馈电结构输入输入信号；
其中，相邻的两个所述输入信号的相位相差90°。
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