CN117525912A - 一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列 - Google Patents
一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117525912A CN117525912A CN202311564134.1A CN202311564134A CN117525912A CN 117525912 A CN117525912 A CN 117525912A CN 202311564134 A CN202311564134 A CN 202311564134A CN 117525912 A CN117525912 A CN 117525912A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal
- right triangle
- isosceles right
- patch
- triangle metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 177
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 177
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 54
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列，该天线阵列包括馈电结构、介质板，等腰直角三角形金属贴片，金属接地板，金属传输带。介质板上下层分别与四条金属传输带和金属接地板紧密贴合，辐射体结构是在金属传输带的两侧连接放置两个等腰直角三角形金属贴片，一个周期内的两个等腰直角三角形以另外一条直角边翻转呈现镜像的关系，分别赋予两侧两个等腰直角三角形之间不同的间隙，形成一个周期结构。在等腰直角三角形金属贴片上增加长方形槽来增加轴比带宽，长方形槽垂直于等腰直角三角形斜边蚀刻。在漏波天线本发明通过调整三角形金属贴片之间的间距，等腰直角三角形的边长，实现了圆极化。馈电结构由金属探针和外导体构成。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信应用领域，特别是一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列。
背景技术
近年来，科学技术不断发展，无线通信技术也在蓬勃发展，移动通信一直在追求在更短的时间内传输更加稳定，更加正确的数据。天线在无线通信设备中，承担着发射信号与接受信号的重要责任，提高天线的性能，使得数据传输更加安全。5G的到来加上毫米波的应用，天线设计的越来越精密，实现的功能越来越强大。
基片集成波导漏波天线具有平面性好，低成本，易于集成元器件，馈电简单和增益高的特点，加上固有的频率扫描特性，受到人们的广泛关注，基片集成波导圆极化漏波天线辐射性能好，具有一定的研究价值。圆极化天线发射圆极化波，圆极化波适应性强，在雨雪天气中衰减小，对接受端的要求低，传统的圆极化阵列漏波天线在达到圆极化的同时难以顾及到天线的增益，因此需要改进天线结构，保持天线增益稳定。圆极化天线可降低多径效应给通信系统带来的影响，并且可以解决法拉第旋转效应带来的信号失配问题。因此，基片集成波导圆极化漏波天线成为当前天线领域的研究热点之一，针对实际应用需求，设计具有宽轴比宽带特性且高增益的基片集成波导圆极化漏波天线。
发明内容
为解决上述提出的天线圆极化和增益问题，针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列，包括介质板、金属传输带、金属接地板、长方形槽、等腰直角三角形金属贴片、金属探针和外导体；所述介质板上下层分别与所述金属传输带、等腰直角三角形金属贴片和金属接地板紧密贴合，四条金属传输带及其连接的等腰直角三角形金属贴片平行地紧密贴合在介质板上表面,通过金属传输带两两级联在一起，组成天线阵列辐射体结构；所述金属接地板、金属传输带和等腰直角三角形金属贴片为平面结构，所述金属传输带沿着其长度周期性地连接等腰直角三角形金属贴片,等腰直角三角形金属贴片的一个锐角与金属传输带在图形上重叠小部分，每个等腰直角三角形金属贴片内都垂直于斜边蚀刻长方形槽,一个周期由4个等腰直角三角形金属贴片和四个长方形槽组成，相邻周期的等腰直角三角形金属贴片在图形上重合大于半个直角边的长度，形成天线的辐射体结构；四条金属传输带平行放置，形成宽带圆极化高增益漏波天线阵列；所述金属探针和外导体组成馈电结构，金属探针与天线辐射体结构连接，外导体与金属接地板连接，天线通过馈电结构以侧馈方式馈电。
优选的，每个等腰三角形金属贴片上都蚀刻长方形槽,单个周期内金属传输带右边的等腰三角形金属贴片以单位周期中线与单位周期左边的等腰直角三角形金属贴片呈镜像放置。
优选的，单个周期内相邻的等腰直角三角形金属贴片之间按照1/4个波长间隙放置。
优选的，等腰直角三角形金属贴片的直角边设置为4mm。为了金属传输带与等腰直角三角形金属贴片更好地耦合，金属传输带与等腰直角三角形金属贴片的一个锐角在图形上有重合部分，将等腰直角三角形金属贴片的一条直角边向金属传输带缩进0.4mm。
优选的，所述等腰直角三角形金属贴片与长方形槽的位置关系，长方形槽的长边垂直于等腰直角三角形金属贴片的斜边居中放置，长方形槽的中心与等腰直角三角形金属贴片的在斜边上作的高的中点重合；长方形槽的长度设置为1.5mm，宽度为0.3mm。
优选的，一个周期内相邻的两个等腰直角三角形金属贴片其垂直于金属传输带的直角边之间的距离相等，单个周期内金属传输带上侧的第一个的等腰直角三角形金属贴片的直角边与下侧的第一个等腰直角三角形金属贴片的直角边距离为2.4mm，与下侧的第二个等腰直角三角形金属贴片直角边距离为4.8mm，与同侧的第二个等腰直角三角形金属贴片距离为7.2mm，在水平方向上两个相邻最近的等腰直角三角形金属贴片带的直角边的距离都为2.4mm。
优选的，单条金属传输带上相邻周期的等腰直角三角形金属贴片在图形上的重合，前个周期的上侧右边的等腰直角三角形金属贴片的直角边与后一个周期的上侧左边等腰直角三角形金属贴片的直角边距离为3.8mm，小于等腰直角三角形金属贴片的边长4mm，两个周期的等腰直角三角形金属贴片共同作用形成了带有上角的‘冈’字型金属贴片。
优选的，所述天线阵列由四条金属传输带和其连接的等腰直角三角形金属贴片构成，金属传输带宽度为2.6mm；每条金属传输带上有15个单位周期，单位周期长度为11mm；将四条金属传输带两两级联起来，通过馈电结构进行馈电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的宽带圆极化高增益漏波天线阵列平面性好，低成本，易于集成元器件，增益高。本发明通过三角形金属贴片以及蚀刻在金属贴片上的长方形槽，实现了宽带圆极化漏波天线。本发明通过将单条漏波天线复制到介质板的上表面，形成四条漏波天线，并用金属传输带进行连接，使得天线阵列获得良好的增益效果，达到高增益的性能。
附图说明
图1是本发明实施例正面结构示意图；
图2是本发明实施例背面结构示意图；
图3是本发明实施例侧面结构示意图；
图4是本发明实施例S参数曲线；
图5是本发明实施例在工作范围内主波束指向角随频率变化的曲线图。
附图标记：1、外导体；2、金属探针；3、介质板；4、长方形槽；5、等腰直角三角形金属贴片；6、金属传输带；7、金属接地板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1，如图1-图3是本发明提供的宽带圆极化高增益漏波天线阵列示意图，该漏波天线阵列包括介质板3、金属接地板7、辐射体结构、馈电结构，辐射体结构包括金属传输带6和等腰直角三角形金属贴片5，馈电结构包括金属探针2和外导体1。
金属传输带6为直线，等腰直角三角形金属贴片5分别连接与金属传输带6的两侧，在等腰直角三角形金属贴片5上蚀刻长方形槽4，从而构成金属辐射体。金属辐射体与金属接地板7分别紧密贴合在介质板3的两侧。所述馈电结构包括外导体1和中心馈电金属探针2，外导体1与金属接地板7连接，中心馈电金属探针2与金属辐射体连接。
在本实施例中，介质板3的形状为长方形，介质板3内部的介质为一种固体介质。本实施例中使用了Rogers 5880的介质板材料。本实施例中，金属辐射体的材料选择为铜，可采用电路板印刷的方式印制。
如图1-图3所示，发明的天线结构，具体实施如下：
金属传输带6沿着其长度向周期性地连接等腰直角三角形金属贴片5，在等腰直角三角形金属贴片5上垂直于斜边蚀刻长方形槽4，长方形槽4的中心与等腰直角三角形金属贴片5的高的中点重合，由四个等腰直角三角形金属贴片5构成一个周期，前后两个周期重合略大于半个等腰三角形金属贴片5直角边的一半长，上一个周期的最后一个等腰直角三角形金属贴片5的直角边与下一个周期的等腰直角三角形金属贴片5的直角边距离为3.8mm。由15个周期构成一条漏波天线，将四条漏波天线用金属传输带6级联起来，用馈电结构进行馈电。
相邻等腰直角三角形金属贴片5的距离设计为1/4个波长，实现了圆极化。
具体实施中，在宽带圆极化高增益漏波天线阵列的实物中，总共有60个周期，完整的等腰直角三角形金属贴片5个数需要128个，由两个等腰直角三角形金属贴片5组合而成的‘冈’字形金属贴片需要56个。
本实施例所用介质板1为Rogers 5880，其介电常数εr＝2.2，介质板1厚度h＝0.8mm，宽度W＝64mm，损耗角正切为0.0009。金属传输带6宽度W1＝2.6mm。
天线的S11反射系数如图4所示。由图4中可看出，在17GHz至20.5GHz的频率范围内，S11值稳定保持在-10dB以下，达到工业生产所需的标准，具有良好的性能。
图5是本实施例在工作范围内的辐射方向图，横坐标为主波束指向角度。图5中波束对应频率从左到右依次增加，展现了在17GHz至20.5GHz的工作频率内主波束的变化情况，体现了本实施例的频率扫描特性。在整个工作范围内，增益展现了较高的稳定性，增益幅度波动范围较小；另一方面，在主波束指向角为0°的位置处，增益没有发生衰减，开阻带被成功消除。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“缩进”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的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体地连接；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：包括介质板(3)、金属传输带(6)、金属接地板(7)、长方形槽(4)、等腰直角三角形金属贴片(5)、金属探针(2)和外导体(1)；所述介质板(3)上下层分别与所述金属传输带(6)、等腰直角三角形金属贴片(5)和金属接地板(7)紧密贴合，四条金属传输带(6)及其连接的等腰直角三角形金属贴片(5)平行地紧密贴合在介质板(3)上表面,通过金属传输带(6)两两级联在一起，组成天线阵列辐射体结构；所述金属接地板(7)、金属传输带(6)和等腰直角三角形金属贴片(5)为平面结构，所述金属传输带(6)沿着其长度周期性地连接等腰直角三角形金属贴片(5),等腰直角三角形金属贴片(5)的一个锐角与金属传输带(6)在图形上重叠小部分，每个等腰直角三角形金属贴片(5)内都垂直于斜边蚀刻长方形槽(4),一个周期由4个等腰直角三角形金属贴片(5)和四个长方形槽(4)组成，相邻周期的等腰直角三角形金属贴片(5)在图形上重合大于半个直角边的长度，形成天线的辐射体结构；四条金属传输带(6)平行放置，形成宽带圆极化高增益漏波天线阵列；所述金属探针(2)和外导体(1)组成馈电结构，金属探针(2)与天线辐射体结构连接，外导体(1)与金属接地板(7)连接，天线通过馈电结构以侧馈方式馈电。
2.根据权利要求1所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：每个等腰三角形金属贴片(5)上都蚀刻长方形槽(4),单个周期内金属传输带(6)右边的等腰三角形金属贴片(5)以单位周期中线与单位周期左边的等腰直角三角形金属贴片(5)呈镜像放置。
3.根据权利要求2所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：单个周期内相邻的等腰直角三角形金属贴片(5)之间按照1/4个波长间隙放置。
4.根据权利要求1所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：等腰直角三角形金属贴片(5)的直角边设置为4mm；所述金属传输带(6)与等腰直角三角形金属贴片(5)的一个锐角在图形上有重合部分，将等腰直角三角形金属贴片(5)的一条直角边向金属传输带(6)缩进0.4mm。
5.根据权利要求1所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：所述等腰直角三角形金属贴片(5)与长方形槽(4)的位置关系，长方形槽(4)的长边垂直于等腰直角三角形金属贴片(5)的斜边居中放置，长方形槽(4)的中心与等腰直角三角形金属贴片(5)的在斜边上作的高的中点重合；长方形槽(4)的长度设置为1.5mm，宽度为0.3mm。
6.根据权利要求1所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：一个周期内相邻的两个等腰直角三角形金属贴片(5)其垂直于金属传输带(6)的直角边之间的距离相等，单个周期内金属传输带(6)上侧的第一个的等腰直角三角形金属贴片(5)的直角边与下侧的第一个等腰直角三角形金属贴片(5)的直角边距离为2.4mm，与下侧的第二个等腰直角三角形金属贴片(5)直角边距离为4.8mm，与同侧的第二个等腰直角三角形金属贴片(5)距离为7.2mm，在水平方向上两个相邻最近的等腰直角三角形金属贴片(5)带的直角边的距离都为2.4mm。
7.根据权利要求4所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：单条金属传输带(6)上相邻周期的等腰直角三角形金属贴片(5)在图形上的重合，前个周期的上侧右边的等腰直角三角形金属贴片(5)的直角边与后一个周期的上侧左边等腰直角三角形金属贴片(5)的直角边距离为3.8mm，小于等腰直角三角形金属贴片(5)的边长4mm，两个周期的等腰直角三角形金属贴片(5)共同作用形成了带有上角的‘冈’字型金属贴片。
8.根据权利要求1所述的宽带圆极化高增益漏波天线阵列，其特征在于：所述天线阵列由四条金属传输带(6)和其连接的等腰直角三角形金属贴片(5)构成，金属传输带(6)宽度为2.6mm；每条金属传输带(6)上有15个单位周期，单位周期长度为11mm；将四条金属传输带(6)两两级联起来，通过馈电结构进行馈电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311564134.1A CN117525912A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311564134.1A CN117525912A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117525912A true CN117525912A (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89749130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311564134.1A Pending CN117525912A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117525912A (zh) |
-
2023
- 2023-11-22 CN CN202311564134.1A patent/CN117525912A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5070340A (en) | Broadband microstrip-fed antenna | |
| US20080024366A1 (en) | Dual band flat antenna | |
| CN112072294B (zh) | 一种宽带低剖面高隔离度双圆极化二维宽角扫描稀疏阵列 | |
| CN113300089A (zh) | 低频振子、天线阵列与天线装置 | |
| CN110112562B (zh) | 一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线 | |
| CN111129750B (zh) | 5g天线及其辐射单元 | |
| CN113506989B (zh) | 一种5g毫米波介质谐振器天线及其阵列 | |
| CN112332094B (zh) | 一种用于无线定位系统的缝隙阵列天线 | |
| CN114039208A (zh) | 一种多频段缝隙耦合天线 | |
| CN104953295B (zh) | 一种小型化定向缝隙天线 | |
| CN111244604B (zh) | 一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线 | |
| US6879296B2 (en) | Horizontally polarized slot antenna with omni-directional and sectorial radiation patterns | |
| US6768464B1 (en) | Antenna element and portable information terminal | |
| CN210489820U (zh) | 一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线 | |
| EP0487053A1 (en) | Improved antenna structure | |
| CN112054307A (zh) | 一种周期性加载寄生贴片增益稳定的微带漏波天线 | |
| CN114243274B (zh) | 一种具有宽轴比带宽的差分馈电圆极化超表面天线 | |
| CN117525912A (zh) | 一种宽带圆极化高增益漏波天线阵列 | |
| CN215989232U (zh) | 天线及天线阵列 | |
| CN210006906U (zh) | 一种宽带圆极化阵列天线 | |
| CN113383464A (zh) | 双频双极化天线及电子设备 | |
| CN102760944A (zh) | 加载型耦合馈电的全向辐射振子阵列天线 | |
| Das et al. | Mutual Coupling and RCS Reduction of MIMO Antenna using a hybrid technique | |
| TWI389388B (zh) | 雙頻平面天線 | |
| CN219246926U (zh) | 适用于5GHz频宽的天线结构及无线模组 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |