CN115458929A - 一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线 - Google Patents

一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线 Download PDF

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CN115458929A CN202211132626.9A CN202211132626A CN115458929A CN 115458929 A CN115458929 A CN 115458929A CN 202211132626 A CN202211132626 A CN 202211132626A CN 115458929 A CN115458929 A CN 115458929A
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Abstract

本申请提供一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，包括第一介质基板，以及设置在第一介质基板上相互正交放置的第二介质基板和第三介质基板，所述第二介质基板、第三介质基板上均设置有相互耦合的裂口环形辐射体和Z字型馈电结构，第一介质基板上刻蚀有两个方形贴片，两个方形贴片均与两个Z字型馈电结构连接，第一介质基板下方设置有同轴线缆，同轴线缆的内外导体分别与两个方形贴片连接，同轴线缆外壁还套设有套筒巴伦，套筒巴伦的底部与同轴线缆的外导体连接。本申请的天线通过使用线极化接收器对准各向同性天线的信号进行接收，实现准各向同性覆盖。

Description

一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体为一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，通信容量在不断增强，物联网的运用也变得日益广泛，使得万物互联成为不可阻挡的趋势，因而全向天线得到越来越多的运用。而对于万物互联的场景，我们希望来自各个方向的信号都可以被检测到，而不仅仅局限于一个方向或者一个面的信号，所以具有辐射特性各向同性的天线就具有了更大的潜在运用价值。因为各向同性天线具有三维空间信号覆盖的能力，所以它可以各种通信之间建立稳定的连接，在各种应用环境中得到了深入的研究，例如射频识别和各种测量系统等等。由于移动终端在时事移动，所以稳定的信号接收与发射也显得尤其重要，例如智能家居和交通运输设备等等，准各向同性天线都为其信号接受和发射提供了很好的解决方案。
目前，有多种方式实现准各向同性辐射，例如采用多个单极子或者偶极子依次排列，通过添加功分达到准各向同性辐射，或者使用贴片、单极子和地板形成准各向同性覆盖，或者通过互补的电偶极子和磁偶极子形成准各向同性辐射。但是大多数研究者都停留在研究准各向同性天线的辐射特性上，并没有关注天线的极化特性，然而天线极化特性又是一个不可忽略的关键工程性问题。所以针对于线极化接收器，准各向同性天线作为发射天线，它们之间的极化接受问题，同时兼顾准各向同性天线的辐射均一性和紧凑的天线尺寸，就成为目前天线工作者关注的问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括第一介质基板，以及设置在所述第一介质基板上且与第一介质基板垂直的第二介质基板和第三介质基板，所述第二介质基板和第三介质基板相互正交放置；
所述第二介质基板上设置有相互耦合的第一裂口环形辐射体和第一Z字型馈电结构，所述第三介质基板设置有相互耦合的第二裂口环形辐射体和第二Z字型馈电结构；
所述第一介质基板上刻蚀有第一方形贴片、第二方形贴片，所述第一方形贴片、第二方形贴片均与第一Z字型馈电结构、第二Z字型馈电结构连接，所述第一介质基板下方设置有同轴线缆，所述同轴线缆的内外导体分别与第一方形贴片、第二方形贴片连接，所述同轴线缆外壁还套设有套筒巴伦，所述套筒巴伦的底部与同轴线缆的外导体连接。
进一步，所述第一裂口环形辐射体包括第一环形贴片、两个第一矩形贴片，所述第一环形贴片靠近第一介质基板的一端开设有第一裂口，相互平行的两个第一矩形贴片设置在所述第一裂口处，且两个第一矩形贴片的一端均与所述第一环形贴片连接；
所述第二裂口环形辐射体包括第二环形贴片、两个第二矩形贴片，所述第二环形贴片靠近第一介质基板的一端开设有第二裂口，相互平行的两个第二矩形贴片设置在所述第二裂口处，且两个第二矩形贴片的一端均与所述第二环形贴片连接；
所述第一环形贴片上还开设有用于避让第二裂口环形辐射体的第一避让槽，所述第二环形贴片上还开设有用于避让第一裂口环形辐射体的第二避让槽。
进一步，所述第一Z字型馈电结构对称设置的两个第一Z字型贴片，所述第一Z字型贴片均包括第一竖直条带、第一水平条带、第二竖直条带；
所述第一竖直条带、第二竖直条带与第一水平条带垂直设置，所述第一竖直条带、第二竖直条带与所述第一矩形贴片平行设置；
所述第一水平条带的一端与第一竖直条带靠近第一矩形贴片的一端连接，所述第二竖直条带与第一水平条带的另一端连接，两个第一竖直条带的另一端分别与第一方形贴片、第二方形贴片连接；
所述第二Z字型馈电结构对称设置的两个第二Z字型贴片，所述第二Z字型贴片均包括第三竖直条带、第二水平条带、第三竖直条带；
所述第三竖直条带、第四竖直条带与第二水平条带垂直设置，所述第三竖直条带、第四竖直条带与所述第二矩形贴片平行设置；
所述第二水平条带的一端与第三竖直条带靠近第二矩形贴片的一端连接，所述第四竖直条带与第二水平条带的另一端连接，两个第三竖直条带的另一端分别与第一方形贴片、第二方形贴片连接；
所述第二竖直条带与第一矩形贴片之间相互耦合，所述第三竖直条带与第二矩形贴片之间相互耦合。
进一步，所述第一介质基板为圆形，所述第二介质基板、第三介质基板为矩形，所述第二介质基板馈电端中间开设有用于安装第三介质基板的第三避让槽，所述第三介质基板远离馈电的一端中间开设有用于安装第二介质基板的第四避让槽；
所述第二介质基板靠近第一介质基板的一端固接有两个第一卡块，所述第三介质基板靠近第一介质基板的一端固接有两个第二卡块，所述第一介质基板上绕圆心均匀开设有四个用于卡接第一卡块和第二卡块的第一卡槽；
所述第一介质基板上开设有用于固定整体结构的第一通孔，所述第一介质基板上还开设有两个沿其圆心旋转180°设置的第二通孔，两个第二通孔分别用于分别连接同轴线缆的内外导体。
进一步，所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板的材料都是为RT/Duroid 5880，其介电常数约2.2，损耗角正切约0.0009；
所述第二介质基板的长度Lh1以及第三介质基板的长度Lv1均为74.6-75.6mm，所述第二介质基板的宽度Lh2以及第三介质基板的长度Lv2均为60-61mm，所述第一介质基板的半径rc1为10.5-11mm；
所述第三避让槽的长度为69-70mm，所述第四避让槽的长度为5.8-6mm，所述第三避让槽的宽度lh8、第四避让槽的宽度lv8均为0.58-0.6mm；
所述第一卡块的长度lh2、第二卡块的长度lv2、所述第一卡槽的长度lc2均为3.8-4mm，所述第一卡块的宽度lh3、第二卡块的宽度lv3、第一卡槽的宽度wc1均为1.25-1.27mm；
所述第一方形贴片的宽度lc1为5.2-5.4mm，第二方形贴片的宽度lc3为6.3-6.4mm，所述第二通孔的直径dc1为0.45-0.48mm；
所述同轴电缆的内导体半径为0.45-0.53mm，同轴电缆长度为125-126mm；同轴电缆的外导体内径为1.5-1.6mm，外径为1.7-1.8mm；所述套筒巴伦的长度为95-96mm。
进一步，所述第二介质基板的长度Lh1以及第三介质基板的长度Lv1均为75.6mm，所述第二介质基板的宽度Lh2以及第三介质基板的长度Lv2均为60mm，所述第一介质基板的半径rc1为10.5mm；
所述第三避让槽的宽度lh8、第四避让槽的宽度lv8均为0.6mm；
所述第一卡块的长度lh2、第二卡块的长度lv2、所述第一卡槽的长度lc2均为4mm，所述第一卡块的宽度lh3、第二卡块的宽度lv3、第一卡槽的宽度wc1均为1.27mm；
所述第一方形贴片的宽度lc1为5.4mm，第二方形贴片的宽度lc3为6.4mm，所述第一通孔的直径dc2为0.72mm，所述第二通孔的直径dc1为0.48mm。
进一步，所述第一环形贴片的内半径rh1为18.5-19.5mm，所述第一环形贴片外半径rh2为23.8-24.8mm，所述第一环形贴片的厚度为0.016-0.018mm；
所述第二环形贴片的内半径rv1为18.5-19.5mm，所述第二环形贴片外半径rv2为23.8-24.8mm，所述第二环形贴片的厚度为0.016-0.018mm；
所述第一矩形贴片的长度wh4为15.5-16.5mm，所述第二矩形贴片的长度wv4为14.5-15.5mm。
进一步，所述第一环形贴片的内半径rh1为19mm，所述第一环形贴片外半径rh2为24.8mm，所述第一环形贴片的厚度为0.017mm；所述第二环形贴片的内半径rv1为19mm，所述第二环形贴片外半径rv2为24.8mm，所述第二环形贴片的厚度为0.017mm；
所述第一矩形贴片的长度wh4为16.5mm，两个第一矩形贴片之间的间距lh7为5.6mm；所述第二矩形贴片的长度wv4为15.5mm，两个第二矩形贴片之间的间距lv7为5.2mm；
所述第一避让槽的长度lh9为5mm，所述第一避让槽处第一环形贴片的宽度wh6为2mm；所述第二避让槽的长度lv9为5mm，所述第二避让槽处第一环形贴片的宽度wv6为2.15mm。
进一步，所述第一Z字型贴片的总长度wh5为21-22mm，所述第二Z字型贴片的总长度wv5为19.1-20.1mm；
所述第二竖直条带的长度wh3为11-12mm，所述第二竖直条带的宽度lh6为1.2-1.5mm，所述第四竖直条带的长度wv3为9.1-10.1mm，所述第四竖直条带的宽度lv6为1.2-1.5mm。
10.如权利要求9所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一Z字型贴片的总长度wh5为22mm，所述第二Z字型贴片的总长度wv5为20.1mm；
所述第一竖直条带的宽度lh1为4mm，两个第一竖直条带之间的距离lh4为3mm；所述第一水平条带的长度lh5为3.5mm，所述第一水平条带的宽度wh1为1.5mm；所述第二竖直条带的长度wh3为12mm，所述第二竖直条带的宽度lh6为1.5mm；
所述第三竖直条带的宽度lv1为4mm，两个第三竖直条带之间的距离lv4为3mm；所述第二水平条带的长度lh5为3.5mm，所述第二水平条带的宽度wv1为1.5mm；所述第四竖直条带的长度wv3为10.1mm，所述第四竖直条带的宽度lv6为1.5mm；
所述第一水平条带与第一矩形贴片之间的间距wh2为1mm，所述第二水平条带与第二矩形贴片之间的间距wv2为0.53mm。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、本申请的天线通过使用线极化接收器对准各向同性天线的信号进行接收，实现准各向同性覆盖。
2、本申请通过采用裂口环形结构使天线尺寸达到电小(ka＝0.89)。
3、本申请通过采用裂口环形辐射体产生准各向同性辐射。
4、本申请通过采用两个正交的线极化裂口环形结构产生圆极化辐射特性。
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为本发明准各向同性天线的结构示意图。
图2为本发明准各向同性天线同轴和巴伦部分的水平视图。
图3为本发明准各向同性天线第二介质基板的正视图。
图4为本发明准各向同性天线第二介质基板、第一裂口环形辐射体、第一Z字型馈电结构的尺寸图。
图5为本发明准各向同性天线第二介质基板的正视图。
图6为本发明准各向同性天线第三介质基板、第二裂口环形辐射体、第二Z字型馈电结构的尺寸图。
图7为本发明准各向同性天线第一介质基板的正视图。
图8为本发明准各向同性天线第一介质基板、第一方形贴片、第二方形贴片的尺寸图。
图9为本发明准各向同性天线的仿真阻抗带宽。
图10为本发明准各向同性天线的仿真的可实现增益。
图11为本发明准各向同性天线的仿真的总效率。
图12为本发明准各向同性天线在748.5MHz频点处分别在XY、XZ、YZ面的二维方向图。
图13为本发明准各向同性天线在φ＝90°轴比图。
图14为本发明准各向同性天线对于线极化接收天线，在φ＝90°的匹配&失配水平图。
图15为本发明准各向同性天线的可实现增益和对线极化接收器的接收增益在φ＝90°的对比图。
图中：1-第一介质基板；2-第二介质基板；3-第三介质基板；4-第一裂口环形辐射体；5-第一Z字型馈电结构；6-第二裂口环形辐射体；7-第二Z字型馈电结构；8-第一方形贴片；9-第二方形贴片；10-同轴线缆；11-套筒巴伦；12-第一卡槽；13-第一通孔；14-第二通孔；21-第三避让槽；22-第一卡块；31-第四避让槽；32-第二卡块；41-第一环形贴片；42-第一矩形贴片；43-第一避让槽；51-第一竖直条带52-第一水平条带；53-第二竖直条带；61-第二环形贴片；62-第二矩形贴片；63-第二避让槽；71-第三竖直条带；72-第二水平条带；73-第三竖直条带。
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8所示的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，包括第一介质基板1，以及设置在所述第一介质基板1上且与第一介质基板1垂直的第二介质基板2和第三介质基板3，所述第二介质基板2和第三介质基板3相互正交放置；
所述第二介质基板2上设置有相互耦合的第一裂口环形辐射体4和第一Z字型馈电结构5，所述第三介质基板3设置有相互耦合的第二裂口环形辐射体6和第二Z字型馈电结构7；
所述第一介质基板1上刻蚀有第一方形贴片8、第二方形贴片9，所述第一方形贴片8、第二方形贴片9均与第一Z字型馈电结构5、第二Z字型馈电结构7连接，所述第一介质基板1下方设置有同轴线缆10，所述同轴线缆10的内外导体分别与第一方形贴片8、第二方形贴片9连接，所述同轴线缆10外壁还套设有套筒巴伦11，所述套筒巴伦11的底部与同轴线缆10的外导体连接。
在本发明实施中，位于正交第二介质基板2和第三介质基板3上的第一裂口环形辐射体4和第二裂口环形辐射体6用于形成准各向同性辐射，形成具有良好一致性辐射的特性。环形的大小可以直接控制谐振频点的位置，“Z”字形的馈电结构，用于增强与裂口环辐射体之间的耦合，使裂口环辐射体作为近场谐振寄生的结构，便于减小天线尺寸并调整阻抗匹配。通过调整环形谐振器，可以得到90°的相位差，进而产生圆极化辐射特性，这样在整个电小天线的三维空间内，就分布有线极化特性和圆极化的特性。
作为本发明的一种实施例，所述第一裂口环形辐射体4包括第一环形贴片41、两个第一矩形贴片42，所述第一环形贴片41靠近第一介质基板1的一端开设有第一裂口，相互平行的两个第一矩形贴片42设置在所述第一裂口处，且两个第一矩形贴片42的一端均与所述第一环形贴片41连接；
所述第二裂口环形辐射体6包括第二环形贴片61、两个第二矩形贴片62，所述第二环形贴片61靠近第一介质基板1的一端开设有第二裂口，相互平行的两个第二矩形贴片62设置在所述第二裂口处，且两个第二矩形贴片62的一端均与所述第二环形贴片61连接；
所述第一环形贴片41上还开设有用于避让第二裂口环形辐射体6的第一避让槽43，所述第二环形贴片61上还开设有用于避让第一裂口环形辐射体4的第二避让槽63。
作为本发明的一种实施例，所述第一Z字型馈电结构5对称设置的两个第一Z字型贴片，所述第一Z字型贴片均包括第一竖直条带51、第一水平条带52、第二竖直条带53；
所述第一竖直条带51、第二竖直条带53与第一水平条带52垂直设置，所述第一竖直条带51、第二竖直条带53与所述第一矩形贴片42平行设置；
所述第一水平条带52的一端与第一竖直条带51靠近第一矩形贴片42的一端连接，所述第二竖直条带53与第一水平条带52的另一端连接，两个第一竖直条带51的另一端分别与第一方形贴片8、第二方形贴片9连接；
所述第二Z字型馈电结构7对称设置的两个第二Z字型贴片，所述第二Z字型贴片均包括第三竖直条带71、第二水平条带72、第三竖直条带73；
所述第三竖直条带71、第四竖直条带73与第二水平条带72垂直设置，所述第三竖直条带71、第四竖直条带73与所述第二矩形贴片62平行设置；
所述第二水平条带72的一端与第三竖直条带71靠近第二矩形贴片62的一端连接，所述第四竖直条带73与第二水平条带72的另一端连接，两个第三竖直条带71的另一端分别与第一方形贴片8、第二方形贴片9连接；
所述第二竖直条带53与第一矩形贴片42之间相互耦合，所述第三竖直条带73与第二矩形贴片62之间相互耦合。
作为本发明的一种实施例，所述第一介质基板1为圆形，所述第二介质基板2、第三介质基板3为矩形，所述第二介质基板2馈电端中间开设有用于安装第三介质基板3的第三避让槽21，所述第三介质基板3远离馈电的一端中间开设有用于安装第二介质基板2的第四避让槽31；
所述第二介质基板2靠近第一介质基板1的一端固接有两个第一卡块22，所述第三介质基板3靠近第一介质基板1的一端固接有两个第二卡块32，所述第一介质基板1上绕圆心均匀开设有四个用于卡接第一卡块22和第二卡块32的第一卡槽12；
所述第一介质基板1上开设有用于固定整体结构的第一通孔13，所述第一介质基板1上还开设有两个沿其圆心旋转180°设置的第二通孔14，两个第二通孔14分别用于分别连接同轴线缆10的内外导体。
作为本发明的一种实施例，所述第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3的材料都是为RT/Duroid 5880，其介电常数约2.2，损耗角正切约0.0009；
所述第二介质基板2的长度Lh1以及第三介质基板3的长度Lv1均为74.6-75.6mm，所述第二介质基板2的宽度Lh2以及第三介质基板3的长度Lv2均为60-61mm，所述第一介质基板1的半径rc1为10.5-11mm；
所述第三避让槽21的长度为69-70mm，所述第四避让槽31的长度为5.8-6mm，所述第三避让槽的宽度lh8、第四避让槽的宽度lv8均为0.58-0.6mm；
所述第一卡块22的长度lh2、第二卡块32的长度lv2、所述第一卡槽12的长度lc2均为3.8-4mm，所述第一卡块22的宽度lh3、第二卡块32的宽度lv3、第一卡槽12的宽度wc1均为1.25-1.27mm；
所述第一方形贴片8的宽度lc1为5.2-5.4mm，第二方形贴片9的宽度lc3为6.3-6.4mm，所述第二通孔14的直径dc1为0.45-0.48mm；
所述同轴电缆10的内导体半径为0.45-0.53mm，同轴电缆10长度为125-126mm；同轴电缆10的外导体内径为1.5-1.6mm，外径为1.7-1.8mm；所述套筒巴伦11的长度为95-96mm。
所述第一环形贴片41的内半径rh1为18.5-19.5mm，所述第一环形贴片41外半径rh2为23.8-24.8mm，所述第一环形贴片41的厚度为0.016-0.018mm；
所述第二环形贴片61的内半径rv1为18.5-19.5mm，所述第二环形贴片61外半径rv2为23.8-24.8mm，所述第二环形贴片61的厚度为0.016-0.018mm；
所述第一矩形贴片42的长度wh4为15.5-16.5mm，所述第二矩形贴片62的长度wv4为14.5-15.5mm。
所述第一Z字型贴片的总长度wh5为21-22mm，所述第二Z字型贴片的总长度wv5为19.1-20.1mm；
所述第二竖直条带53的长度wh3为11-12mm，所述第二竖直条带53的宽度lh6为1.2-1.5mm，所述第四竖直条带73的长度wv3为9.1-10.1mm，所述第四竖直条带73的宽度lv6为1.2-1.5mm。
在本发明实例中，第一裂口环形辐射体4、第一Z字型馈电结构5、第二裂口环形辐射体6、第二Z字型馈电结构7、第一方形贴片8、第二方形贴片9均为厚度相同的0.017mm的覆铜薄膜。
完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过仿真优化之后得到各项参数尺寸如下表1所示，其中dc2为所述第一通孔13的直径，lh7为两个第一矩形贴片42之间的间距；lv7为两个第二矩形贴片62之间的间距，lh9为所述第一避让槽43的长度，wh6为所述第一避让槽43处第一环形贴片41的宽度，lv9为所述第二避让槽63的长度，wv6为所述第二避让槽63处第一环形贴片61的宽度，lh1为所述第一竖直条带51的宽度，lh4为两个第一竖直条带51之间的距离，lh5为所述第一水平条带52的长度，wh1为所述第一水平条带52的宽度，lv1为所述第三竖直条带71的宽度，lv4为两个第三竖直条带71之间的距离，lh5为所述第二水平条带72的长度，wv1为所述第二水平条带72的宽度，wh2为所述第一水平条带52与第一矩形贴片42之间的间距，wv2为所述第二水平条带72与第二矩形贴片62之间的间距。
表1 本发明各参数最佳尺寸表
Figure BDA0003850728900000091
Figure BDA0003850728900000101
依照上述最优参数，使用HFSS对所设计的对线极化接收器可以实现准各向同性覆盖的电小天线的S参数，二维辐射方向图，辐射增益等特性参数进行仿真分析，并且基于此得到最终实物并进行测试，仿真和测试结果如图9-13所示，结果基本吻合，并对结果具体分析如下：
如图9所示为本发明准各向同性电小天线在仿真和测试下反射系数，其中插入的小图是天线在749MHz下的3D辐射方向图，该天线可以完整覆盖整个空间。测试仿真结果表明，在中心频点748.5MHz(749MHz)时，频带内有两个谐振频点，分别为747.5MHz(748MHz)和750MHz(751MHz)，-10dB带宽为12MHz(12MHz)，从743.5到755.5MHz(从744到756MHz)。仿真和测试的相对带宽都为1.6％。
图10所示为本发明准各向同性电小天线在仿真和测试下的可实现增益。在θ＝90°,φ＝90°时，测试和仿真的可实现增益在中心频点为748.5和749MHz的时候分别为1.52dBi和1.96dBi。图11所示为本发明准各向同性电小天线在仿真和测试下的总效率分别为96％和91％。
图12所示为本发明准各向同性电小天线在仿真和测试下，归一化后得到的二维方向图。该二维方向图在中心频点为748.5MHz，分别对应水平面xy面，垂直面xz和yz面，他们大体上都呈现出圆形，仿真与测试结果基本一致，体现了电小天线良好的辐射一致性。
图13所示为本发明准各向同性电小天线在理论、仿真、测试下的轴比值。该轴比值是在φ＝90°处得到的，测试结果与理论值和仿真结果基本一致。
图14所示为本发明准各向同性电小天线在理论、仿真、测试下的用线极化天线接收该电小天线的能量时，极化匹配&失配水平。图中显示在θ＝±90°，最大极化损失为50％，而在θ＝0°&±180°时，能量损失达到最低水平。
图15所示为本发明准各向同性电小天线仿真和测试下电小天线的可实现增益，和用线极化天线时，实现准各向同性覆盖特性的图线。测试和仿真结果显示，该准各向同性电小天线的可实现增益差分别为3.33和2.77dB。对线极化接收天线，通过计算，准各向同性覆盖可以实现，测试和仿真结果的线极化天线接收增益差分别为1.42和0.83dB。
综上说明，因为该电小天线的最大可实现增益的方向恰好沿着圆极化的方向，天线可实现的增益差值约为3dB(理论值正好为3dB),所以极化匹配和适配的水平在圆极化出恰好可以抵消掉线极化和圆极化的3dB增益差值，进而对于线极化接收器而言可以实现准各向同性覆盖。同时本电小天线也具有较好的辐射一致性，本身也具有准各向同性的特性。
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 (10)

1.一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，包括第一介质基板(1)，以及设置在所述第一介质基板(1)上且与第一介质基板(1)垂直的第二介质基板(2)和第三介质基板(3)，所述第二介质基板(2)和第三介质基板(3)相互正交放置；
所述第二介质基板(2)上设置有相互耦合的第一裂口环形辐射体(4)和第一Z字型馈电结构(5)，所述第三介质基板(3)设置有相互耦合的第二裂口环形辐射体(6)和第二Z字型馈电结构(7)；
所述第一介质基板(1)上刻蚀有第一方形贴片(8)、第二方形贴片(9)，所述第一方形贴片(8)、第二方形贴片(9)均与第一Z字型馈电结构(5)、第二Z字型馈电结构(7)连接，所述第一介质基板(1)下方设置有同轴线缆(10)，所述同轴线缆(10)的内外导体分别与第一方形贴片(8)、第二方形贴片(9)连接，所述同轴线缆(10)外壁还套设有套筒巴伦(11)，所述套筒巴伦(11)的底部与同轴线缆(10)的外导体连接。
2.如权利要求1所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一裂口环形辐射体(4)包括第一环形贴片(41)、两个第一矩形贴片(42)，所述第一环形贴片(41)靠近第一介质基板(1)的一端开设有第一裂口，相互平行的两个第一矩形贴片(42)设置在所述第一裂口处，且两个第一矩形贴片(42)的一端均与所述第一环形贴片(41)连接；
所述第二裂口环形辐射体(6)包括第二环形贴片(61)、两个第二矩形贴片(62)，所述第二环形贴片(61)靠近第一介质基板(1)的一端开设有第二裂口，相互平行的两个第二矩形贴片(62)设置在所述第二裂口处，且两个第二矩形贴片(62)的一端均与所述第二环形贴片(61)连接；
所述第一环形贴片(41)上还开设有用于避让第二裂口环形辐射体(6)的第一避让槽(43)，所述第二环形贴片(61)上还开设有用于避让第一裂口环形辐射体(4)的第二避让槽(63)。
3.如权利要求2所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一Z字型馈电结构(5)对称设置的两个第一Z字型贴片，所述第一Z字型贴片均包括第一竖直条带(51)、第一水平条带(52)、第二竖直条带(53)；
所述第一竖直条带(51)、第二竖直条带(53)与第一水平条带(52)垂直设置，所述第一竖直条带(51)、第二竖直条带(53)与所述第一矩形贴片(42)平行设置；
所述第一水平条带(52)的一端与第一竖直条带(51)靠近第一矩形贴片(42)的一端连接，所述第二竖直条带(53)与第一水平条带(52)的另一端连接，两个第一竖直条带(51)的另一端分别与第一方形贴片(8)、第二方形贴片(9)连接；
所述第二Z字型馈电结构(7)对称设置的两个第二Z字型贴片，所述第二Z字型贴片均包括第三竖直条带(71)、第二水平条带(72)、第三竖直条带(73)；
所述第三竖直条带(71)、第四竖直条带(73)与第二水平条带(72)垂直设置，所述第三竖直条带(71)、第四竖直条带(73)与所述第二矩形贴片(62)平行设置；
所述第二水平条带(72)的一端与第三竖直条带(71)靠近第二矩形贴片(62)的一端连接，所述第四竖直条带(73)与第二水平条带(72)的另一端连接，两个第三竖直条带(71)的另一端分别与第一方形贴片(8)、第二方形贴片(9)连接；
所述第二竖直条带(53)与第一矩形贴片(42)之间相互耦合，所述第三竖直条带(73)与第二矩形贴片(62)之间相互耦合。
4.如权利要求4所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一介质基板(1)为圆形，所述第二介质基板(2)、第三介质基板(3)为矩形，所述第二介质基板(2)馈电端中间开设有用于安装第三介质基板(3)的第三避让槽(21)，所述第三介质基板(3)远离馈电的一端中间开设有用于安装第二介质基板(2)的第四避让槽(31)；
所述第二介质基板(2)靠近第一介质基板(1)的一端固接有两个第一卡块(22)，所述第三介质基板(3)靠近第一介质基板(1)的一端固接有两个第二卡块(32)，所述第一介质基板(1)上绕圆心均匀开设有四个用于卡接第一卡块(22)和第二卡块(32)的第一卡槽(12)；
所述第一介质基板(1)上开设有用于固定整体结构的第一通孔(13)，所述第一介质基板(1)上还开设有两个沿其圆心旋转180°设置的第二通孔(14)，两个第二通孔(14)分别用于分别连接同轴线缆(10)的内外导体。
5.如权利要求4所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)、第三介质基板(3)的材料都是为RT/Duroid 5880，其介电常数约2.2，损耗角正切约0.0009；
所述第二介质基板(2)的长度Lh1以及第三介质基板(3)的长度Lv1均为74.6-75.6mm，所述第二介质基板(2)的宽度Lh2以及第三介质基板(3)的长度Lv2均为60-61mm，所述第一介质基板(1)的半径rc1为10.5-11mm；
所述第三避让槽(21)的长度为69-70mm，所述第四避让槽(31)的长度为5.8-6mm，所述第三避让槽的宽度lh8、第四避让槽的宽度lv8均为0.58-0.6mm；
所述第一卡块(22)的长度lh2、第二卡块(32)的长度lv2、所述第一卡槽(12)的长度lc2均为3.8-4mm，所述第一卡块(22)的宽度lh3、第二卡块(32)的宽度lv3、第一卡槽(12)的宽度wc1均为1.25-1.27mm；
所述第一方形贴片(8)的宽度lc1为5.2-5.4mm，第二方形贴片(9)的宽度lc3为6.3-6.4mm，所述第二通孔(14)的直径dc1为0.45-0.48mm；
所述同轴电缆(10)的内导体半径为0.45-0.53mm，同轴电缆(10)长度为125-126mm；同轴电缆(10)的外导体内径为1.5-1.6mm，外径为1.7-1.8mm；所述套筒巴伦(11)的长度为95-96mm。
6.如权利要求5所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第二介质基板(2)的长度Lh1以及第三介质基板(3)的长度Lv1均为75.6mm，所述第二介质基板(2)的宽度Lh2以及第三介质基板(3)的长度Lv2均为60mm，所述第一介质基板(1)的半径rc1为10.5mm；
所述第三避让槽的宽度lh8、第四避让槽的宽度lv8均为0.6mm；
所述第一卡块(22)的长度lh2、第二卡块(32)的长度lv2、所述第一卡槽(12)的长度lc2均为4mm，所述第一卡块(22)的宽度lh3、第二卡块(32)的宽度lv3、第一卡槽(12)的宽度wc1均为1.27mm；
所述第一方形贴片(8)的宽度lc1为5.4mm，第二方形贴片(9)的宽度lc3为6.4mm，所述第一通孔(13)的直径dc2为0.72mm，所述第二通孔(14)的直径dc1为0.48mm。
7.如权利要求2所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一环形贴片(41)的内半径rh1为18.5-19.5mm，所述第一环形贴片(41)外半径rh2为23.8-24.8mm，所述第一环形贴片(41)的厚度为0.016-0.018mm；
所述第二环形贴片(61)的内半径rv1为18.5-19.5mm，所述第二环形贴片(61)外半径rv2为23.8-24.8mm，所述第二环形贴片(61)的厚度为0.016-0.018mm；
所述第一矩形贴片(42)的长度wh4为15.5-16.5mm，所述第二矩形贴片(62)的长度wv4为14.5-15.5mm。
8.如权利要求2所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一环形贴片(41)的内半径rh1为19mm，所述第一环形贴片(41)外半径rh2为24.8mm，所述第一环形贴片(41)的厚度为0.017mm；所述第二环形贴片(61)的内半径rv1为19mm，所述第二环形贴片(61)外半径rv2为24.8mm，所述第二环形贴片(61)的厚度为0.017mm；
所述第一矩形贴片(42)的长度wh4为16.5mm，两个第一矩形贴片(42)之间的间距lh7为5.6mm；所述第二矩形贴片(62)的长度wv4为15.5mm，两个第二矩形贴片(62)之间的间距lv7为5.2mm；
所述第一避让槽(43)的长度lh9为5mm，所述第一避让槽(43)处第一环形贴片(41)的宽度wh6为2mm；所述第二避让槽(63)的长度lv9为5mm，所述第二避让槽(63)处第一环形贴片(61)的宽度wv6为2.15mm。
9.如权利要求3所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一Z字型贴片的总长度wh5为21-22mm，所述第二Z字型贴片的总长度wv5为19.1-20.1mm；
所述第二竖直条带(53)的长度wh3为11-12mm，所述第二竖直条带(53)的宽度lh6为1.2-1.5mm，所述第四竖直条带(73)的长度wv3为9.1-10.1mm，所述第四竖直条带(73)的宽度lv6为1.2-1.5mm。
10.如权利要求9所述的一种基于线极化接收器实现准各向同性信号覆盖的电小天线，其特征在于，所述第一Z字型贴片的总长度wh5为22mm，所述第二Z字型贴片的总长度wv5为20.1mm；
所述第一竖直条带(51)的宽度lh1为4mm，两个第一竖直条带(51)之间的距离lh4为3mm；所述第一水平条带(52)的长度lh5为3.5mm，所述第一水平条带(52)的宽度wh1为1.5mm；所述第二竖直条带(53)的长度wh3为12mm，所述第二竖直条带(53)的宽度lh6为1.5mm；
所述第三竖直条带(71)的宽度lv1为4mm，两个第三竖直条带(71)之间的距离lv4为3mm；所述第二水平条带(72)的长度lh5为3.5mm，所述第二水平条带(72)的宽度wv1为1.5mm；所述第四竖直条带(73)的长度wv3为10.1mm，所述第四竖直条带(73)的宽度lv6为1.5mm；
所述第一水平条带(52)与第一矩形贴片(42)之间的间距wh2为1mm，所述第二水平条带(72)与第二矩形贴片(62)之间的间距wv2为0.53mm。
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