CN117650361B - 宽带低剖面小型圆极化天线及无线通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带低剖面小型圆极化天线及无线通信设备，所述天线包括第一层、第二层和同轴电缆，所述第一层和第二层上下平行设置；所述第一层包括辐射贴片和第一介质板，所述辐射贴片设置在第一介质板的上表面，辐射贴片包括矩形环路贴片和扇形贴片，所述扇形贴片为四个，四个扇形贴片关于第一介质板的中心对称分布，形成两对偶极子，且四个扇形贴片分别与矩形环路贴片的四个边缘内侧相连；所述第二层包括金属地板、微带馈线和第二介质板，所述金属地板设置在第二介质板的上表面，所述微带馈线设置在第二介质板的下表面；所述同轴电缆的内导体与微带馈线相连，同轴电缆的外导体与金属地板相连。本发明具有宽频带、高度低、小型化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种圆极化天线，尤其是一种宽带低剖面小型圆极化天线及无线通信设备，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，越来越多的研究人员关注圆极化天线，圆极化天线结构结构简单、成本低，易于制造卫星通信、雷达系统和远程遥测，作为信道容量大，传输数据速率快的代表，圆极化天线成为了第五代无线通信系统的热门话题，在现代无线通信方面拥有较大的技术价值。
中国专利公开号为CN105144483A的发明专利申请采用90度相位差的馈电结构，使得天线产生圆极化偏振模式，从而实现获得轴比带宽；中国专利公开号为CN102280704A的发明专利申请采用辐射元件设置不同相位间隔进行摆放产生圆极化偏振。目前这些天线的馈电结构或辐射体设计不同的相位，来进行辐射圆极化，这不仅使天线变得复杂，而且阻抗和轴比带宽的重合度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种宽带低剖面小型圆极化天线，该天线具有宽频带、高度低、小型化的优点。
本发明的另一目的在于提供一种包含上述宽带低剖面小型圆极化天线的无线通信设备。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种宽带低剖面小型圆极化天线，包括第一层、第二层和同轴电缆，所述第一层和第二层上下平行设置；
所述第一层包括辐射贴片和第一介质板，所述辐射贴片设置在第一介质板的上表面，辐射贴片包括矩形环路贴片和扇形贴片，所述扇形贴片为四个，四个扇形贴片关于第一介质板的中心对称分布，形成两对偶极子，且四个扇形贴片分别与矩形环路贴片的四个边缘内侧相连；
所述第二层包括金属地板、微带馈线和第二介质板，所述金属地板设置在第二介质板的上表面，所述微带馈线设置在第二介质板的下表面；
所述同轴电缆的内导体与微带馈线相连，同轴电缆的外导体与金属地板相连。
进一步的，所述微带馈线为Γ型微带馈线。
进一步的，所述Γ型微带馈线包括馈电点、第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节、第六枝节、第七枝节和第八枝节，所述馈电点分别与同轴电缆的内导体、第一枝节相连，所述第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节、第六枝节、第七枝节和第八枝节依次相连。
进一步的，所述第一枝节、第五枝节、第二枝节、第六枝节、第七枝节、第八枝节、第三枝节和第四枝节的长度依次递减，所述第四枝节、第五枝节、第二枝节、第一枝节、第三枝节、第六枝节和第八枝节的宽度依次递减，且第六枝节和第七枝节的宽度相同。
进一步的，所述同轴电缆水平设置在第二介质板的边缘处。
进一步的，所述第二层还包括金属焊盘，所述同轴电缆的外导体与金属焊盘相连，所述金属焊盘的两侧分布有金属化过孔，金属焊盘通过金属化过孔与金属地板相连。
进一步的，所述矩形环路贴片的四个对角处设置有切角。
进一步的，所述金属地板覆盖第二介质板的上表面，且中心处设置有十字槽。
进一步的，所述第一介质板和第二介质板的横截面形状均为正方形，且第一介质板和第二介质板的边长相同。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种无线通信设备，包括上述的宽带低剖面小型圆极化天线。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的辐射贴片包括矩形环路贴片和扇形贴片，其中扇形贴片为四个，四个扇形贴片对称分布形成两对偶极子，且四个扇形贴片分别与矩形环路贴片的四个边缘内侧相连，在偶极子基础上外接矩形环路贴片，使得天线可以激发圆极化模式，从而产生阻抗带宽，且不改变天线单项辐射性能，方向图稳定。
2、本发明天线的工作频段为3.24GHz-3.83GHz，其工作频带极宽，相对阻抗带宽为16.95％，采用长度和宽度不同的Γ型馈电线给辐射贴片耦合馈电，并且采用矩形环路贴片切角的方式提高天线的轴比带宽，使得天线的轴比带宽为3.3GHz-3.7GHz，阻抗带宽和轴比带宽重叠度较好，重合度达到67.43％。
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为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的第一层结构图。
图3为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的第二层上表面结构图。
图4为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的第二层下表面结构图。
图5为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的第一层尺寸示意图。
图6为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的第二层上表面尺寸示意图。
图7为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的各枝节尺寸示意图。
图8为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的阻抗特性曲线图。
图9为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的轴比特性曲线图。
图10为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的增益曲线图。
图11为本发明实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的辐射方向图。
其中，1-第一层，101-矩形环路贴片，102-第一介质板，103-扇形贴片，104-环路贴片四个切角，2-第二层，201-金属地板，202-十字槽，203-金属化过孔，204-第二介质板，205-金属焊盘，206-馈电点，207-第一枝节，208-第二枝节，209-第三枝节，210-第四枝节，211-第五枝节，212-第六枝节，213-第七枝节，214-第八枝节，3-同轴电缆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。
实施例：
如图1所示，本实施例提供了一种宽带低剖面小型圆极化天线，该天线能够应用于各种无线通信设备中，其包括第一层1、第二层2和同轴电缆3，第一层1和第二层2上下平行设置。
如图1和图2所示，第一层包括辐射贴片和第一介质板102，辐射贴片通过印刷的方式设置在第一介质板102的上表面，辐射贴片包括矩形环路贴片101和扇形贴片103，矩形环路贴片101用于产生圆偏振模式，扇形贴片103为四个，四个扇形贴片103关于第一介质板102的中心对称分布，形成两对偶极子，且四个扇形贴片103分别与矩形环路贴片101的四个边缘内侧相连，在偶极子基础上外接矩形环路贴片101，使得天线可以激发圆极化模式，从而产生阻抗带宽，可以得到3dB轴比的带宽，且不改变天线单项辐射性能，方向图稳定。
进一步地，矩形环路贴片101的四个对角处设置有切角104，切角104通过腐蚀的方式进行设置，用于提高轴比带宽。
如图1、图3和图4所示，第二层包括金属地板201、微带馈线和第二介质板204，金属地板201通过印刷的方式设置在第二介质板204的上表面，微带馈线通过印刷的方式设置在第二介质板204的下表面；同轴电缆3的内导体与微带馈线相连，同轴电缆3的外导体与金属地板201相连。
进一步地，微带馈线为Γ型微带馈线，本实施例的Γ型微带馈线采用平面的微带Γ型结构，Γ型微带馈线包括馈电点206、第一枝节207、第二枝节208、第三枝节209、第四枝节210、第五枝节211、第六枝节212、第七枝节213和第八枝节214，馈电点206分别与同轴电缆3的内导体、第一枝节207相连，第一枝节207、第二枝节208、第三枝节209、第四枝节210、第五枝节211、第六枝节212、第七枝节213和第八枝节214依次相连；具体地，第一枝节207的一端与馈电点206相连，第一枝节207的另一端与第二枝节208的一端相连，第二枝节208的另一端与第三枝节209的一端相连，第三枝节209的另一端与第四枝节210的一端相连，第四枝节210的另一端与第五枝节211的一端相连，第五枝节211的另一端与第六枝节212的一端相连，第六枝节212的另一端与第七枝节213的一端相连，第七枝节213的另一端与第八枝节214的一端相连，采用多枝节的设计为了更好的是阻抗带宽和轴比带宽进行匹配吻合。
进一步地，同轴电缆3水平设置在第二介质板204的边缘处，本实施例设置在第二介质板204的右边缘处；第二层还包括金属焊盘205，同轴电缆3的外导体与金属焊盘205相连，金属焊盘205的两侧分布有金属化过孔203，金属焊盘205通过金属化过孔203与金属地板201相连；金属地板201覆盖第二介质板204的上表面，且中心处设置有十字槽202，使得同轴电缆3能够通过Γ型微带馈线给辐射贴片耦合馈电。
如图1～图7所示，本实施例的宽带低剖面小型圆极化天线整体高度H为4mm；第一介质板102和第二介质板204的横截面形状均为正方形，第一介质板102的边长S1为80mm，矩形环路贴片101的边长S2为44mm，扇形贴片103可看作直径长度D1为42.5mm的圆中间挖去一个宽度E1为3.5mm的十字槽；第二介质板204与第一介质板102的边长相同，即为80mm，第二介质板204印刷同样边长的金属地板201，金属地板201的中心挖去一个长度D1为23.4mm，宽度E2为1.6mm的十字槽202，金属化过孔203的直径为0.8mm；Γ型微带馈线中，第一枝节207长度L1为13.5mm，宽度W1为2.4mm，第二枝节208长度L2为7.3mm，宽度W2为3mm，第三枝节209长度L3为3mm，宽度W3为2mm，第四枝节210长度L4为0.6mm，宽度W4为5.1mm，第五枝节211长度L5为8.5mm，宽度W5为3.6mm，第六枝节212长度L6为6.7mm，宽度W6为1.4mm，第七枝节213长度L7为6.3mm，宽度W7为1.4mm，第八枝节214长度L8为6.2mm，宽度W8为1.3mm。
如图8、图9、图10和图11所示，分别为本实施例的宽带低剖面小型圆极化天线的阻抗特性曲线图，轴比特性曲线图、增益曲线图、辐射方向图，可以看到，此天线的工作频段为3.24GHz-3.83GHz，相对带宽为16.95％，天线的轴比带宽为3.3GHz-3.7GHz；阻抗带宽和轴比带宽重合度较好，重合度达到67.43％，该天线具有良好的辐射特性，方向图具有稳定的左旋极化辐射特性。
综上所述，本发明的辐射贴片包括矩形环路贴片和扇形贴片，其中扇形贴片为四个，四个扇形贴片对称分布形成两对偶极子，且四个扇形贴片分别与矩形环路贴片的四个边缘内侧相连，在偶极子基础上外接矩形环路贴片，使得天线可以激发圆极化模式，从而产生阻抗带宽，工作频带极宽，且不改变天线单项辐射性能，方向图稳定。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，包括第一层、第二层和同轴电缆，所述第一层和第二层上下平行设置；
所述第一层包括辐射贴片和第一介质板，所述辐射贴片设置在第一介质板的上表面，辐射贴片包括矩形环路贴片和扇形贴片，所述扇形贴片为四个，四个扇形贴片关于第一介质板的中心呈两两中心对称分布，形成两对偶极子，且四个扇形贴片的弧形部分分别与矩形环路贴片的四个边缘内侧相连；
所述第二层包括金属地板、金属焊盘、微带馈线和第二介质板，所述金属地板设置在第二介质板的上表面，所述微带馈线设置在第二介质板的下表面，所述金属焊盘的两侧分布有金属化过孔，金属焊盘通过金属化过孔与金属地板相连；
所述同轴电缆水平设置在第二介质板的边缘处，同轴电缆的内导体与微带馈线相连，同轴电缆的外导体与金属焊盘相连。
2.根据权利要求1所述的宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，所述微带馈线为Γ型微带馈线。
3.根据权利要求2所述的宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，所述Γ型微带馈线包括馈电点、第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节、第六枝节、第七枝节和第八枝节，所述馈电点分别与同轴电缆的内导体、第一枝节相连，所述第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节、第六枝节、第七枝节和第八枝节依次相连。
4.根据权利要求3所述的宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，所述第一枝节、第五枝节、第二枝节、第六枝节、第七枝节、第八枝节、第三枝节和第四枝节的长度依次减少，所述第四枝节、第五枝节、第二枝节、第一枝节、第三枝节、第六枝节和第八枝节的宽度依次减少，且第六枝节和第七枝节的宽度相同。
5.根据权利要求1所述的宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，所述矩形环路贴片的四个角处设置有切角。
6.根据权利要求1所述的宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，所述金属地板覆盖第二介质板的上表面，且中心处设置有十字槽。
7.根据权利要求1-6任一项所述的宽带低剖面小型圆极化天线，其特征在于，所述第一介质板和第二介质板的横截面形状均为正方形，且第一介质板和第二介质板的边长相同。
8.一种无线通信设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的宽带低剖面小型圆极化天线。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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