CN115275619A - 一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，包括介质基板、半圆环形辐射单元、同轴馈电结构、金属地板；所述半圆环形辐射单元包括同圆心设置的第一半圆环条带、第二半圆环条带，以及用于分别连接第一半圆环条带、第二半圆环条带的矩形条带，第一半圆环条带上开设有锥形槽，所述锥形槽沿所述第一半圆环条带圆心处直面段的法线对称设置；所述锥形槽的宽度从所述第一半圆环条带内侧向外侧渐进变小。本申请半圆环形辐射单元由于锥形槽的加载产生容性模，与半圆环形结构自带的感性模相互正交；通过在锥形槽附近利用同轴馈电对半圆环形贴片上的电流微扰，最终使得天线实现良好的圆极化辐射性能；且尺寸仅为传统圆环天线的一半，应用范围广。

Description

一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体为一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，无线通信设备内部的器件集成度越来越高，留给天线的设计空间越来越少，而天线作为无线通信设备中必不可少的一部分，其性能好坏直接影响整个通信系统的通信质量；因此在保证天线性能的情况下，如何缩减天线尺寸成为了当前天线领域的研究热点。此外圆极化天线能够接收具有任何极化形式的电磁波，如何避免因极化失配造成的能量损耗，且有效的抑制多径干扰也是圆极化天线需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有介质基板、半圆环形辐射单元、同轴馈电结构、金属地板；
所述半圆环形辐射单元设置在所述介质基板上，所述金属地板设置在所述介质基板下表面，所述同轴馈电结构的内导体与所述半圆环形辐射单元连接，所述同轴馈电结构的外导体与所述金属地板连接。
进一步，所述半圆环形辐射单元包括同圆心设置且半径不同的第一半圆环条带、第二半圆环条带，以及用于分别连接所述第一半圆环条带、第二半圆环条带两端直面段的两个矩形条带，所述第一半圆环条带的内径大于所述第二半圆环条带的外径；
所述第一半圆环条带上开设有锥形槽，所述锥形槽沿所述第一半圆环条带圆心处直面段的法线对称设置；所述锥形槽的宽度从所述第一半圆环条带内侧向外侧渐进变小；
所述同轴馈电结构的内导体与第一半圆环条带连接，其连接点为馈电点。
进一步，所述介质基板材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，长度L为70mm，宽度W为53.16mm，厚度H为4mm。
进一步，所述第一半圆环条带圆心处直面段的法线沿顺时针选转到所述馈电点的角度αfeed为24°，所述馈电点与所述第一半圆环条带圆心的距离Rfeed为8.6mm。
进一步，所述第一半圆环条带的外径R1为11～13mm，内径R2为6～8mm；
所述第二半圆环条带的外径R3为4～6mm，内径R4为1.5～2mm；
所述矩形条带的宽度W1为1～1.3mm，长度为第一半圆环条带的外径减去第二半圆环条带的内径；
所述锥形槽位于第一半圆环条带内径上两点与第一半圆环条带圆心的夹角α1为11°～14°，所述锥形槽位于第一半圆环条带外径上两点与第一半圆环条带圆心的夹角α2为3°～5°。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、本申请通过在锥形槽附近利用同轴馈电对半圆环形贴片上的电流微扰，最终使得天线实现良好的圆极化辐射性能，能够应对多径效应，同时避免了由于极化失配带来的能量损耗。
2、本申请相较于传统圆环开槽天线，在保证天线性能的情况下，具有明显的尺寸缩减，能够应用于更广泛的天线通讯设备。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明天线的结构示意图。
图2为本发明半圆环形辐射单元的俯视图。
图3为本发明半圆环形辐射单元的尺寸图。
图4为本发明实施例中天线的反射系数(|S11|)随频率变化的曲线示意图。
图5为本发明实施例中天线的轴比曲线示意图。
图6为本发明实施例中天线在5.5GHz频点的圆极化辐射方向图。
图中：1-介质基板；2-半圆环形辐射单元；3-同轴馈电结构；4-金属地板；201-第一半圆环条带；202-第二半圆环条带；203-矩形条带；204-锥形槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
如图1-图3所示的一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，包括介质基板1、半圆环形辐射单元2、同轴馈电结构3、金属地板4；
所述半圆环形辐射单元2设置在所述介质基板1上，所述金属地板4设置在所述介质基板1下表面，所述同轴馈电结构3的内导体与所述半圆环形辐射单元2连接，所述同轴馈电结构3的外导体与所述金属地板4连接。
作为本发明的一种实施例，所述半圆环形辐射单元2包括同圆心设置且半径不同的第一半圆环条带201、第二半圆环条带202，以及用于分别连接所述第一半圆环条带201、第二半圆环条带202两端直面段的两个矩形条带203，所述第一半圆环条带201的内径大于所述第二半圆环条带202的外径；
所述第一半圆环条带201上开设有锥形槽204，所述锥形槽204沿所述第一半圆环条带201圆心处直面段的法线对称设置；所述锥形槽204的宽度从所述第一半圆环条带201内侧向外侧渐进变小；
所述同轴馈电结构3的内导体与第一半圆环条带201连接，其连接点为馈电点。
在本发明实例中，通过在第一半圆环条带201上加载锥形槽204以实现圆极化，半圆环形辐射单元2由于锥形槽204的加载产生容性模，与半圆环形结构自带的感性模相互正交；同时，通过在锥形槽附近利用同轴馈电对半圆环形贴片上的电流微扰，最终使得天线实现良好的圆极化辐射性能，能够应对多径效应，同时避免了由于极化失配带来的能量损耗。
作为本发明的一种实施例，所述介质基板1材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，长度L为70mm，宽度W为53.16mm，厚度H为4mm。
作为本发明的一种实施例，所述第一半圆环条带201的外径R1为11～13mm，内径R2为6～8mm；
所述第二半圆环条带202的外径R3为4～6mm，内径R4为1.5～2mm；
所述矩形条带203的宽度W1为1～1.3mm，长度为第一半圆环条带201的外径减去第二半圆环条带202的内径；
所述锥形槽204位于第一半圆环条带201内径上两点与第一半圆环条带201圆心的夹角α1为11°～14°，所述锥形槽204位于第一半圆环条带201外径上两点与第一半圆环条带201圆心的夹角α2为3°～5°。
完成上述的初始设计后，使用高频电磁仿真软件HFSS进行仿真分析，经过仿真优化之后的各参数最佳尺寸如表1所示，其中，αfeed为所述第一半圆环条带201圆心处直面段的法线沿顺时针选转到所述馈电点的角度，Rfeed为所述馈电点与所述第一半圆环条带201圆心的距离。
表1本发明各参数最佳尺寸表
Figure BDA0003820250450000041
依照上述参数，使用HFSS对所设计的双频天线阵列的反射系数特性参数进行仿真分析和测试，其分析结果如下：
图4为本发明小型化圆极化天线的各端口反射系数|S11|仿真曲线。仿真结果表示天线能够工作在5.25-5.8GHz。
图5为本发明小型化圆极化天线的轴比特性曲线，仿真结果显示圆极化带宽范围为5.41～5.61GHz，与线极化阻抗带宽的重叠范围为5.41～5.61GHz。
图6为本发明小型化圆极化天线在5.5GHz处的方向图特性，测试结果表明天线在电场面方向上表现出良好的边射辐射特性，天线的极化方式为左旋圆极化。
本申请的半圆形小型化圆极化天线的尺寸仅为圆环开槽天线尺寸的一半，且具有更好的辐射性能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，其特征在于，包括介质基板(1)、半圆环形辐射单元(2)、同轴馈电结构(3)、金属地板(4)；
所述半圆环形辐射单元(2)设置在所述介质基板(1)上，所述金属地板(4)设置在所述介质基板(1)下表面，所述同轴馈电结构(3)的内导体与所述半圆环形辐射单元(2)连接，所述同轴馈电结构(3)的外导体与所述金属地板(4)连接。
2.如权利要求1所述的一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，其特征在于，所述半圆环形辐射单元(2)包括同圆心设置且半径不同的第一半圆环条带(201)、第二半圆环条带(202)，以及用于分别连接所述第一半圆环条带(201)、第二半圆环条带(202)两端直面段的两个矩形条带(203)，所述第一半圆环条带(201)的内径大于所述第二半圆环条带(202)的外径；
所述第一半圆环条带(201)上开设有锥形槽(204)，所述锥形槽(204)沿所述第一半圆环条带(201)圆心处直面段的法线对称设置；所述锥形槽(204)的宽度从所述第一半圆环条带(201)内侧向外侧渐进变小；
所述同轴馈电结构(3)的内导体与第一半圆环条带(201)连接，其连接点为馈电点。
3.如权利要求1所述的一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，其特征在于，所述介质基板(1)材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，长度L为70mm，宽度W为53.16mm，厚度H为4mm。
4.如权利要求2所述的一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，其特征在于，所述第一半圆环条带(201)圆心处直面段的法线沿顺时针选转到所述馈电点的角度αfeed为24°，所述馈电点与所述第一半圆环条带(201)圆心的距离Rfeed为8.6mm。
5.如权利要求2所述的一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，其特征在于，所述第一半圆环条带(201)的外径R1为11～13mm，内径R2为6～8mm；
所述第二半圆环条带(202)的外径R3为4～6mm，内径R4为1.5～2mm；
所述矩形条带(203)的宽度W1为1～1.3mm，长度为第一半圆环条带(201)的外径减去第二半圆环条带(202)的内径；
所述锥形槽(204)位于第一半圆环条带(201)内径上两点与第一半圆环条带(201)圆心的夹角α1为11°～14°，所述锥形槽(204)位于第一半圆环条带(201)外径上两点与第一半圆环条带(201)圆心的夹角α2为3°～5°。
6.如权利要求5所述的一种结构紧凑的半圆形小型化圆极化天线，其特征在于，所述第一半圆环条带(201)的外径R1为12mm，内径R2为6.67mm；
所述第二半圆环条带(202)的外径R3为4.51mm，内径R4为1.72mm；
所述矩形条带(203)的宽度W1为1.14mm，长度为10.28mm；
所述锥形槽(204)位于第一半圆环条带(201)内径上两点与第一半圆环条带(201)圆心的夹角α1为12°，所述锥形槽(204)位于第一半圆环条带(201)外径上两点与第一半圆环条带(201)圆心的夹角α2为4°。
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