CN117913515B - 宽带双圆极化磁电偶极子天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，属于天线技术领域，包括由上到下依次垂直设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板；第一介质基板上设置有天线辐射单元，天线辐射单元包括寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件；寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件均关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布，第一金属通孔关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布。采用上述结构的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，通过天线辐射单元实现天线的双圆极化特性，且抗干扰能力强。

Description

宽带双圆极化磁电偶极子天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种宽带双圆极化磁电偶极子天线。

背景技术

现在无线通信技术正飞速发展，现有技术对通信频段的开发与利用也日益提高，其中所涉及到的X波段（频率范围覆盖在9-12GHz）应用也十分广泛，涉及到通信、雷达、卫星通信以及医疗等多个领域，因此X波段的天线需求也显得尤为重要；另外在上述领域应用的天线往往需要考虑多天线间的电磁干扰，而利用不同旋向的圆极波所设计的天线具有天然的正交性，因此该设计下的圆极化天线具备较高的隔离度，以应对复杂的电磁干扰环境。因此具有双极化特性的天线研究也变得越来越重要。

经检索，申请号为201810718852.2的发明专利提出一种高增益圆极化天线，所述天线包括横向的安装板，安装板顶面开设多个均匀分布的圆孔，圆孔上端均设有第一筒体，第一筒体内部为上端大下端小的喇叭形腔体，第一筒体的下端均设有第二筒体，第二筒体的上端插入到对应的圆孔内，第二筒体的下端均设有第三筒体，位于同一竖直方向的第一筒体、第二筒体、第三筒体三者同轴，第二筒体内部为低频谐振腔，第三筒体内部为高频谐振腔，低频谐振腔和高频谐振腔均为椭圆柱形状。通过相配合的两个半圆盖板将喇叭形腔体上端口随时进行关闭可以避免外界的杂质进入到低频谐振腔和高频谐振腔而影响本发明的信号发出的稳定性，该天线采用模块化设计，降低加工难度，但天线设计仅仅只能实现单一的圆极化，没有双圆极化特性，使用环境较为单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，通过天线辐射单元实现天线的双圆极化特性，且抗干扰能力强。

为实现上述目的，本发明提供了一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，包括由上到下依次垂直设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板；

第一介质基板上设置有天线辐射单元，天线辐射单元包括寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件以及第二辐射微带贴片单元组件；第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件上均设置有第一金属通孔，寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件均关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布，第一金属通孔关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布。

优选的，寄生耦合微带线组件包括两个耦合微带线，两个耦合微带线关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布。

优选的，第一辐射微带贴片单元组件包括两个关于第一介质基板的中心点中心对称分布的第一辐射微带贴片；

第一辐射微带贴片为L形微带贴片，对L形微带贴片顶点做切角处理，对L形微带贴片两端靠内顶点做切角处理，切角为等腰直角三角形。

优选的，第二辐射微带贴片单元组件包括两个关于第一介质基板的中心点中心对称分布的第二辐射微带贴片，第二辐射微带贴片为六边形微带贴片；

第二辐射微带贴片由正方形微带贴片对其进行切角处理得到，正方形微带贴片与第一辐射微带贴片相对的两个顶点做切角处理，切角为等腰直角三角形。

优选的，第一辐射微带贴片与第二辐射微带贴片交替设置，第一辐射微带贴片与第二辐射微带贴片相对的边上均设置有至少一个第一金属通孔，第一金属孔依次贯穿第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板。

优选的，在第一介质基板中部水平设置有第一馈电微带贴片，第一馈电微带贴片为矩形电微带贴片，第一馈电微带贴片的两个长边关于X轴对称设置，第一馈电微带贴片一端设置有第二金属通孔且设置有半圆形辐射环，第二金属通孔关于X轴对称设置，第二金属通孔依次贯穿第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板。

优选的，第三介质基板中部竖直设置有第二馈电微带贴片，第二馈电微带贴片为矩形电微带贴片，第二馈电微带贴片的两个长边关于Y轴对称设置，第二馈电微带贴片一端设置有第三金属通孔且设置有半圆形辐射环，第三金属通孔关于Y轴对称设置，第三金属通孔贯穿第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板。

优选的，第四介质基板的上层和下层均设置有增强金属贴片，增强金属贴片与第四介质基板的尺寸相同，增强金属贴片材质为金或铜。

优选的，第五介质基板的底部设置有两个垂直设置的第三馈电微带贴片，两个第三馈电微带贴片一端通过弧形微带相连接，弧形微带对应角度的角度为270°。

优选的，第三介质基板的厚度大于第一介质基板的厚度，第一介质基板的厚度大于第五介质基板的厚度，第五介质基板的厚度大于第二介质基板的厚度，第二介质基板的厚度与第四介质基板的厚度相等。

因此，本发明采用上述结构的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，具有以下有意效果：

（1）本发明天线结构简单，具有尺寸小的优点。

（2）通过两个馈电端口相互切换实现双圆极化的相互转换，从而实现天线辐射单元实现天线的双圆极化特性。

（3）通过第一金属通孔、第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件的设置，模拟电路中LC并联，拓展天线工作带宽的同时提高天线高抗干扰能力。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种宽带双圆极化磁电偶极子天线爆炸图；

图2为本发明一种宽带双圆极化磁电偶极子天线俯视图；

图3为本发明提供的实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线的S11参数示意图；

图4为本发明提供的实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线的S12参数示意图；

图5为本发明提供的实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线在工作频段内轴比AR参数示意图；

图6为本发明提供的实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线增益Gain随工作频率变化曲线示意图；

图7为本发明提供的实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线在11GHz频段下，天线E方向图示意图；

图8为本发明提供的实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线在11GHz时轴比AR随相位变化曲线示意图；

图9为本发明第一辐射微带贴片切角过程图；

图10为本发明第二辐射微带贴片切角过程图。

附图标记

1、第一介质基板；2、第二介质基板；3、第三介质基板；4、第四介质基板；5、第五介质基板；6、天线辐射单元；61、耦合微带线；62、第一辐射微带贴片；63、第二辐射微带贴片；7、第一金属通孔；8、第一馈电微带贴片；9、第二金属通孔；10、第二馈电微带贴片；11、第三金属通孔；12、第三馈电微带贴片；13、弧形微带。

具体实施方式

实施例

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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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，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。

下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明。

如图1-2所示，一种宽带双圆极化磁电偶极子天线包括由上到下依次垂直贴合设置的第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、第四介质基板4以及第五介质基板5。第一介质基板1、第三介质基板3和第三介质基板3均采用Rogers5880，介电常数为2.2，介质基板的损耗角tanδ=0.0009。第二介质基板2和第四介质基板4采用采用Rogers4450，介电常数为3.52，介质基板的损耗角tanδ=0.004。宽带双圆极化磁电偶极子天线采用多层PCB结构。第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、第四介质基板4以及第五介质基板5均为35mm宽正方形，建立空间直角坐标系，坐标中心点设置在第四介质基板4的顶面中心处，x轴为第四介质基板4的水平方向，y轴为第四介质基板4的竖直方向，z轴为第四介质基板4的厚度方向。第三介质基板3的厚度h3=3.175mm，第三介质基板3的厚度大于第一介质基板1的厚度，第一介质基板1厚度h1=0.787mm，第一介质基板1的厚度大于第五介质基板5的厚度，第五介质基板5厚度h5=0.381mm，第五介质基板5的厚度大于第二介质基板2的厚度，第二介质基板2的厚度与第四介质基板4的厚度相等，h2=h4=0.1mm。针对X无线通信系统工作天线，本实施例可覆盖9-12GHz频带。

第一介质基板1上设置有天线辐射单元6，天线辐射单元6包括寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件以及第二辐射微带贴片单元组件。

寄生耦合微带线组件包括两个耦合微带线61，两个耦合微带线61关于第一介质基板1的中心点呈中心对称分布，耦合微带线61作为寄生的枝节拓展天线带宽同时，提高天线在工作频段内的隔离度。

第一辐射微带贴片单元组件包括两个关于第一介质基板1的中心点中心对称分布的第一辐射微带贴片62。如图9所示，第一辐射微带贴片62为L形微带贴片，L形微带贴片的长为6.6mm，宽为3.3mm，对L形微带贴片顶点做切角处理，对L形微带贴片两端靠内顶点做切角处理，切角为等腰直角三角形，等腰直角三角形的直角边为2mm。有效减少天线尺寸，拓展天线在低频处的带宽，同时避免与耦合微带线61的接触。

第二辐射微带贴片单元组件包括两个关于第一介质基板1的中心点中心对称分布的第二辐射微带贴片63，第二辐射微带贴片63为六边形微带贴片。

如图10所示，六边形微带贴片由一个7.5mm宽的正方形微带贴片做切角设计形成，切角为等腰三角形，对正方形微带贴片的“左上”角和“右下”角均做一个直角边为3.4mm的切角处理得到。

第一辐射微带贴片62与第二辐射微带贴片63交替设置，第一辐射微带贴片62与第二辐射微带贴片63相对的边上均设置有第一金属通孔7，第一辐射微带贴片62上设置有四个第一金属通孔7，第二辐射微带贴片63设置有5个第一金属通孔7。第一金属孔依次贯穿第一介质基板1、第二介质基板2以及第三介质基板3。

在第一介质基板1中部水平设置有第一馈电微带贴片8，第一馈电微带贴片8设置在第一辐射微带贴片62与第二辐射微带贴片63之间，第一馈电微带贴片8为矩形微带贴片且两个长边关于X轴对称，第一馈电微带贴片8一端设置有第二金属通孔9且设置有半圆形辐射环，第二金属通孔9关于X轴对称设置，第二金属通孔9依次贯穿第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、第四介质基板4以及第五介质基板5。第三介质基板3中部竖直设置有第二馈电微带贴片10，第二馈电微带贴片10水平方向设置在第一辐射微带贴片62与第二辐射微带贴片63之间，第二馈电微带贴片10为矩形微带贴片且两个长边关于Y轴对称，第二馈电微带贴片10一端设置有第三金属通孔11且设置有半圆形辐射环，第三金属通孔11关于Y轴对称设置，第三金属通孔11贯穿第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、第四介质基板4以及第五介质基板5。第一馈电微带贴片8与第二馈电微带贴片10尺寸相同。第一金属通孔7、第二金属通孔9以及第三金属通孔11的侧壁均为金属铜。

第四介质基板4的上层和下层均设置有增强金属贴片，用于增强天线的性能，本实施例采用铜材质的增强金属贴片，成本低且方便后续加工。第五介质基板5的底部设置有两个垂直设置的第三馈电微带贴片12，两个第三馈电微带贴片12一端通过弧形微带13相连接，弧形微带13对应角度的角度为270°。

天线辐射单元6采用第三馈电微带贴片12对天线进行馈电，具体的，宽带双圆极化磁电偶极子天线采用第一馈电微带贴片8和第二馈电微带贴片10通过第二金属通孔9、第三金属通孔11与第三馈电微带贴片12连接实现对天线的馈电，当其中一个第三馈电微带贴片12给予射频信号激励时，另一个第三馈电微带贴片12连接50Ω射频负载，天线将在工作频段内实现左旋圆极化效果，相反的操作将会使天线产生右旋圆极化效果。

第一辐射微带贴片62和第二辐射微带贴片63对称分布在所述第一介质基板1顶部，作为天线辐射单元6的主体，当天线馈电至顶部时，第一辐射微带贴片62和第二辐射微带贴片63会在x轴和y轴上产生矢量电流，从而产生有效辐射，由此当切换天线端口时，天线可实现双圆极化相互切换。

本实施例的宽带双圆极化磁电偶极子天线S11参数如图3所示。图3说明了本发明在工作频段内均具有良好的匹配特性。宽带双圆极化磁电偶极子天线S21参数如图4所示。图4说明本发明提出的宽带双圆极化磁电偶极子天线单元在工作频段中始终保持较好的隔离度，天线具有较好的抗干扰能力。图5为天线在工作频段内的轴比AR示意图。图5说明本发明提出的天线在工作频段内具有较好的圆极化特性。图6为所述天线的双圆极化增益曲线示意图。图6说明本发明天线具有较高的极化增益。图7为天线在11GHz时E面、H面圆极化方向图。图7可以说明本发明在具有良好稳定的辐射模式。图8为所述天线在11GHz时轴比随相位变化曲线示意图。图7结合图8说明本发明天线在辐射左旋圆极化时，天线增益稳定，E面H面上3-dB轴比AR的波束宽度均大于115°，天线具有较高增益同时具有较宽的圆极化辐射波束宽度。

本发明通过多个对称单元组成对偶极子天线，两个馈电端口相互切换实现双圆极化的相互转换，利用寄生枝节的加载提高天线单元间隔离度，具有制作工艺简单，成本较低的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：包括由上到下依次垂直设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板；

第一介质基板上设置有天线辐射单元，天线辐射单元包括寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件以及第二辐射微带贴片单元组件；第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件上均设置有第一金属通孔，寄生耦合微带线组件、第一辐射微带贴片单元组件和第二辐射微带贴片单元组件均关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布，第一金属通孔关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布；

第一辐射微带贴片单元组件包括两个关于第一介质基板的中心点中心对称分布的第一辐射微带贴片；第二辐射微带贴片单元组件包括两个关于第一介质基板的中心点中心对称分布的第二辐射微带贴片，第二辐射微带贴片为六边形微带贴片；

第一辐射微带贴片与第二辐射微带贴片交替设置，第一辐射微带贴片与第二辐射微带贴片相对的边上均设置有至少一个第一金属通孔，第一金属孔依次贯穿第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板；在第一介质基板中部水平设置有第一馈电微带贴片，第一馈电微带贴片为矩形电微带贴片，第一馈电微带贴片的两个长边关于X轴对称设置，第一馈电微带贴片一端设置有第二金属通孔且设置有半圆形辐射环，第二金属通孔关于X轴对称设置，第二金属通孔依次贯穿第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板；

第三介质基板中部竖直设置有第二馈电微带贴片，第二馈电微带贴片为矩形电微带贴片，第二馈电微带贴片的两个长边关于Y轴对称设置，第二馈电微带贴片一端设置有第三金属通孔且设置有半圆形辐射环，第三金属通孔关于Y轴对称设置，第三金属通孔贯穿第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板以及第五介质基板；第五介质基板的底部设置有两个垂直设置的第三馈电微带贴片，两个第三馈电微带贴片一端通过弧形微带相连接，弧形微带对应角度的角度为270°。

2.根据权利要求1所述的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：寄生耦合微带线组件包括两个耦合微带线，两个耦合微带线关于第一介质基板的中心点呈中心对称分布。

3.根据权利要求2所述的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：第一辐射微带贴片为L形微带贴片，对L形微带贴片顶点做切角处理，对L形微带贴片两端靠内顶点做切角处理，切角为等腰直角三角形。

4.根据权利要求3所述的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：第二辐射微带贴片由正方形微带贴片对其进行切角处理得到，正方形微带贴片与第一辐射微带贴片相对的两个顶点做切角处理，切角为等腰直角三角形。

5.根据权利要求1所述的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：第四介质基板的上层和下层均设置有增强金属贴片，增强金属贴片与第四介质基板的尺寸相同，增强金属贴片材质为金或铜。

6.根据权利要求1所述的一种宽带双圆极化磁电偶极子天线，其特征在于：第三介质基板的厚度大于第一介质基板的厚度，第一介质基板的厚度大于第五介质基板的厚度，第五介质基板的厚度大于第二介质基板的厚度，第二介质基板的厚度与第四介质基板的厚度相等。