CN116544677B - 基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，涉及天线技术领域，其中，基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线包括介质基片、传输结构、开口缝隙与电偶极子臂结构，本发明技术方案通过传输结构传输电磁波，且将电磁波传输至开口缝隙处，以便于激励电偶极子臂结构，利用开口缝隙扩大辐射口径以提高天线的增益，基于天线单层的PCB结构，实现了具有稳定辐射方向图的高增益宽带圆极化辐射。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线。
背景技术
随着新一代无线通信技术的高速发展，现代通信系统对数据传输的容量、速度以及无线传输的距离和质量提出了越来越高的要求。通信系统的信道容量与天线带宽是正比关系，提高系统的工作带宽是实现大容量和高速率通信的重要解决方法。另外，天线的增益在某种程度上影响着通信系统信号的传输距离和质量。为了满足上述需求，作为通信系统的信号收发器件，天线的工作带宽应具备宽带特性，且带内的增益也应该足够高。
对于缝隙天线而言，传统单层缝隙天线带宽窄，而目缺乏实现圆极化波辐射的手段。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，旨在提供一种实现圆极化波辐射的天线。
为实现上述目的，本发明提出的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，包括：
介质基片，所述介质基片表面设置开口缝隙；
传输结构，所述传输结构设置于所述介质基片内，且包围所述开口缝隙；以及
电偶极子臂结构，所述电偶极子臂结构设置于所述介质基片上，且位于所述开口缝隙内，所述电偶极子臂结构与所述传输结构连接。
可选地，所述开口缝隙长度大于所述传输结构的长度，且所述开口缝隙边侧宽度大于所述开口缝隙中间宽度。
可选地，所述介质基片上设置有两个所述开口缝隙，且两个所述开口缝隙中心对称设置于所述介质基片表面，所述开口缝隙在所述介质基片上对应的区域填充有气体。
可选地，所述传输结构包括两条传输线，所述介质基片的两个相对侧面分别设置有端口，且两条所述传输线分别与两个所述端口连接，两条所述传输线分别向着两个所述开口缝隙延伸，且所述传输线宽度扩大而包围所述开口缝隙。
可选地，所述传输线包围所述电偶极子臂结构，且所述电偶极子臂结构与所述传输线连接。
可选地，所述电偶极子臂结构包括两组电偶极子臂组，两组所述电偶极子臂组分别与两条所述传输线连接，且位于所述开口缝隙内，所述传输线包围所述电偶极子臂组，两组所述电偶极子臂组呈中心对称设置。
可选地，所述传输线背离所述端口的部分为匹配末端，所述电偶极子臂组均与所述匹配末端以及所述传输线宽度扩大的开口处连接。
可选地，所述电偶极子臂组包括上电偶极子臂与下电偶极子臂，所述上电偶极子臂与所述下电偶极子臂均设置于所述介质基片内，所述上电偶极子臂与所述传输线宽度扩大的开口处连接，所述下电偶极子臂与所述匹配末端连接。
可选地，所述传输线包括多个中空金属件，多个所述中空金属件间隔设置于所述介质基片内，多个所述中空金属件包围所述开口缝隙设置。
可选地，所述介质基片包括基片主体与金属层，所述基片主体上下表面均设置有金属层。
本发明技术方案通过传输结构传输电磁波，且将电磁波传输至开口缝隙处，以便于激励电偶极子臂结构，利用开口缝隙扩大辐射口径以提高天线的增益，基于天线单层的PCB结构，实现了具有稳定辐射方向图的高增益宽带圆极化辐射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线一实施例的结构示意图；
图2为本发明基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线另一实施例的俯视结构示意图；
图3是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线的S参数、增益随频率变化情况；
图4是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线的轴比随频率变化情况；
图5是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线在73GHz的归一化辐射方向图时的归一化辐射方向图；
图6是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线在74GHz的归一化辐射方向图时的归一化辐射方向图；
图7是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线在75GHz的归一化辐射方向图时的归一化辐射方向图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线。
参照图1至图7，图1为本发明基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线一实施例的结构示意图；图2为本发明基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线另一实施例的俯视结构示意图；图3是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线的S参数、增益随频率变化情况；图4是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线的轴比随频率变化情况；图5是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线在73GHz的归一化辐射方向图时的归一化辐射方向图；图6是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线在74GHz的归一化辐射方向图时的归一化辐射方向图；图7是本发明实施例一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线在75GHz的归一化辐射方向图时的归一化辐射方向图。
在本发明实施例中，该基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线100；如图1至图7所示，包括：
介质基片10，所述介质基片10表面设置开口缝隙20；
传输结构30，所述传输结构30设置于所述介质基片10内，且包围所述开口缝隙20；以及
电偶极子臂结构40，所述电偶极子臂结构40设置于所述介质基片10上，且位于所述开口缝隙20内，所述电偶极子臂结构40与所述传输结构30连接。
本实施例中，所述介质基片10的厚度为0.508mm，所述介质基片10的材质为罗杰斯高频材料，所述开口缝隙被刻蚀在所述介质基片的表面。
本实施例中，所述介质基片10的介电常数为2.2，对于上述所述介质基片10的厚度以及介质常数而言，有利于改善天线的阻抗匹配特性。
本实施例中，所述介质基片10的长度和宽度分别设置为天线中心工作频率的3.5倍波长和2倍波长。
本发明技术方案通过所述传输结构30传输电磁波，且将电磁波传输至所述开口缝隙20处，以便于激励所述电偶极子臂结构40，利用所述开口缝隙20扩大辐射口径以提高天线的增益，基于天线单层的PCB结构，实现了具有稳定辐射方向图的高增益宽带圆极化辐射。
可选地，所述开口缝隙20长度大于所述传输结构30的长度，且所述开口缝隙20边侧宽度大于所述开口缝隙20中间宽度。
本实施例中，所述开口缝隙20长度大于所述传输结构30的长度，且所述开口缝隙20边侧宽度大于所述开口缝隙20中间宽度，所述开口缝隙20设置在所述介质基片10的表面，以此构成天线的辐射口径，且所述开口缝隙20的设置扩大了辐射口径，提高了天线的增益。
本实施例中，所述开口缝隙20呈“Ｉ”字形或呈“工”字形。
可选地，所述介质基片10上设置有两个所述开口缝隙20，且两个所述开口缝隙20中心对称设置于所述介质基片10表面，所述开口缝隙20在所述介质基片10上对应的区域填充有气体。
本实施例中，两个所述开口缝隙20被刻蚀在所述介质基片10的表面，且以中心对称设置，在所述传输结构30将电磁波传输至所述开口缝隙20处时。
本实施例中，所述介质基片10内填充的气体为空气，空气的相对介电常数低，导致品质因数Q值低，导致带宽宽，因而所述开口缝隙20在所述介质基片10上对应的区域填充空气后，有利于增大天线的工作带宽。
可选地，所述传输结构30包括两条传输线，所述介质基片10的两个相对侧面分别设置有端口70，且两条所述传输线分别与两个所述端口70连接，两条所述传输线分别向着两个所述开口缝隙20延伸，且所述传输线宽度扩大而包围所述开口缝隙20。
本实施例中，两个所述传输线对称设置，且由于两个所述端口70设置在所述介质基片10的两个相对侧面上，每个所述传输线均与一个所述端口70连接。
本实施例中，所述端口70为馈电端口，两个所述馈电端口馈电幅度相等、相位相差180°，以便于实现差分馈电，进而有利于改善交叉极化水平，电磁波分别通过两个馈电端口馈入，通过传输线传输到所述开口缝隙20激励电偶极子臂结构，在天线基于单层的PCB结构下，实现低交叉极化水平性能的圆极化辐射。
可选地，所述传输线包围所述电偶极子臂结构40，且所述电偶极子臂结构40与所述传输线连接。
本实施例中，所述传输线将电磁波传输至所述开口缝隙20处，激励电偶极子臂结构，电偶极子臂结构40辐射出圆极化电磁波，形成圆极化辐射，在所述开口缝隙20的作用下扩大辐射口径，提高天线的增益，以实现高增益宽带圆极化辐射。
可选地，所述电偶极子臂结构40包括两组电偶极子臂组，两组所述电偶极子臂组分别与两条所述传输线连接，且位于所述开口缝隙20内，所述传输线包围所述电偶极子臂组，两组所述电偶极子臂组呈中心对称设置。
本实施例中，两组所述电偶极子臂组分别设置在两个开口缝隙20内，在电磁波分别从两个所述端口馈入时，通过两个所述传输线电磁波分别向着两个所述开口缝隙20传输以激励两组所述电偶极子臂组，在两个对称设置的所述开口缝隙20的配合下，两组所述电偶极子臂组辐射的圆极化电磁波，能够辐射更大的范围，且稳定圆极化辐射，提高通信质量。
可选地，所述传输线背离所述端口70的部分为匹配末端60，所述电偶极子臂组均与所述匹配末端60以及所述传输线宽度扩大的开口处连接。
本实施例中，所述传输线为基于SIW（Substrate integrated waveguide，基片集成波导的矩形传输线），所述匹配末端60位于所述矩形传输线的末端，所述电偶极子臂组与所述匹配末端60以及所述传输线宽度扩大的开口处连接，使得通过所述传输线传输的电磁波传递至所述电偶极子臂组后，便于辐射出圆极化电磁波。
可选地，所述电偶极子臂组包括上电偶极子臂与下电偶极子臂，所述上电偶极子臂与所述下电偶极子臂均设置于所述介质基片10内，所述上电偶极子臂与所述传输线宽度扩大的开口处连接，所述下电偶极子臂与所述匹配末端60连接。
本实施例中，所述矩形传输线宽度扩大以包围所述开口缝隙20，所述上电偶极子臂与所述矩形传输线宽度扩大的开口处，而所述下电偶极子臂与所述匹配末端60连接，电磁波通过所述传输线进行传输时，上下电偶极子臂的合电流方向相互正交，且由于上下电偶极子臂之间的空气间隙的存在，使得上下电偶极子臂之间电流相位相差90°，进而使得上下电偶极子臂能够辐射出圆极化电磁波。
本实施例中，所述下电偶极子臂上间隔开设有多个连接槽口，靠近所述匹配末端60的所述开口缝隙20侧壁上开设有多个匹配槽口，所述下电偶极子臂与所述匹配末端60连接是，所述连接槽口与所述匹配槽口配合，进而便于实现更宽的圆极化带宽，有利于提高天线的传输速度。
可选地，所述传输线包括多个中空金属件50，多个所述中空金属件50间隔设置于所述介质基片10内，多个所述中空金属件50包围所述开口缝隙20设置。
本实施例中，所述矩形传输线由多个间隔设置的所述中空金属件50排列组成，多个所述中空金属件50在排列时扩大两列所述中空金属件50之间的间隔宽度，且讲所述开口缝隙20包围，上下电偶极子臂设置在所述开口缝隙20内，且所述矩形传输线连接。
本实施例中，两个所述中空金属件50间隔宽度为中心工作频率的介质波导波长的一半，当电磁波在所述矩形传输线内传输时，多个所述中空金属件50间距的设置，有利于提升电磁波的传输性能。
本实施例中，在高频的工作模式下，通过使用多个间隔设置的中空金属件50排列形成所述矩形传输线传输电磁波时，有利于降低损耗，提高通信质量。
本实施例中，所述匹配末端为间隔排列的一列所述中空金属件，起到改善阻抗匹配的作用。
可选地，所述介质基片10包括基片主体12与金属层11，所述基片主体12上下表面均设置有金属层11。
本实施例中，所述介质基片10的下表面金属层充当电线的底板。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，包括：
介质基片，所述介质基片包括基片主体与金属层，所述基片主体上下表面均设置有金属层，所述介质基片表面设置开口缝隙；
传输结构，所述传输结构设置于所述介质基片内，且包围所述开口缝隙，所述传输结构包括两条传输线，所述介质基片的两个相对侧面分别设置有端口，所述传输线背离所述端口的部分为匹配末端；以及
电偶极子臂结构，所述电偶极子臂结构设置于所述介质基片上，且位于所述开口缝隙内，所述电偶极子臂结构与所述传输结构连接；
所述电偶极子臂结构包括两组电偶极子臂组，所述电偶极子臂组包括上电偶极子臂与下电偶极子臂，所述上电偶极子臂与所述下电偶极子臂均设置于所述介质基片内，所述上电偶极子臂与所述传输线宽度扩大的开口处连接，所述下电偶极子臂与所述匹配末端连接。
2.如权利要求1所述的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，所述开口缝隙长度大于所述传输结构的长度，且所述开口缝隙边侧宽度大于所述开口缝隙中间宽度。
3.如权利要求2所述的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，所述介质基片上设置有两个所述开口缝隙，且两个所述开口缝隙中心对称设置于所述介质基片表面，所述开口缝隙在所述介质基片上对应的区域填充有气体。
4.如权利要求3所述的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，两条所述传输线分别与两个所述端口连接，两条所述传输线分别向着两个所述开口缝隙延伸，且所述传输线宽度扩大而包围所述开口缝隙。
5.如权利要求4所述的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，所述传输线包围所述电偶极子臂结构，且所述电偶极子臂结构与所述传输线连接。
6.如权利要求5所述的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，两组所述电偶极子臂组分别与两条所述传输线连接，且位于所述开口缝隙内，所述传输线包围所述电偶极子臂组，两组所述电偶极子臂组呈中心对称设置。
7.如权利要求4所述的基于开口缝隙结构的宽带低剖面差分馈电圆极化天线，其特征在于，所述传输线包括多个中空金属件，多个所述中空金属件间隔设置于所述介质基片内，多个所述中空金属件包围所述开口缝隙设置。
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