CN206225547U - 一种差分馈电宽带圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种差分馈电宽带圆极化天线，包括天线辐射单元、介质基板、反射板及馈电结构，天线辐射单元蚀刻在介质基板的背面，所述馈电结构蚀刻在介质基板的正面，所述介质基板通过支撑结构固定在反射板的上方；所述天线辐射单元由第一弯折振子、第二弯折振子、共面微带线及馈电结构构成，第一及第二弯折振子通过共面微带线连接，两个第一弯折振子及两个第二弯折振子关于介质基板的中心对称。本实用新型具有差分馈电结构，便于与射频前端集成。
Description
技术领域
本实用新型涉及移动通信领域，具体涉及一种差分馈电宽带圆极化天线。
背景技术
天线是无线通信中必不可少的一部分，随着无线通信技术的迅猛发展，天线技术也得到了飞速发展，同时也促进了全集成射频前端产品的需要。集成射频前端通常采用差分技术，而传统的天线多设计为单端口器件，不能很好的与射频前端集成，为了解决这个问题，通常采用巴伦把差分信号转化为单端口信号。差分天线与传统天线不同的是，差分天线改变了传统的设计方法，采用两个馈电端口，直接把差分信号馈入到天线的两个端口，从而避免了巴伦的使用，亦即避免了由于巴伦的使用而引起的射频前端的损耗，提高了天线的效率。同时由于差分天线能直接与射频前端连接，从而更利于与射频前端的集成，因此差分天线的研究具有非常重要的现实意义和良好的应用前景。
圆极化天线具有如下的一些性质：1)圆极化的旋向具有正交性，即左旋圆极化波只能被左旋圆极化天线接收，而不能被右旋圆极化天线接收，反之亦然，这一性质使圆极化天线被广泛应用于极化分集技术中，以提高通信信道容量；2)圆极化天线能够接收任意极化的来波，且圆极化波也能够由任意极化的波接收到，这可以降低天线间的极化失配；3)极化波入射到对称物体时，其反射波旋向会发生逆转，不同旋向的圆极化波具有较大的隔离。因此，圆极化天线在无线通信系统中有着重要应用。
常见的圆极化天线的实现方法一般为以下几种：微带天线、螺旋天线和正交振子等。微带天线具有结构简单、重量轻等优点，但是微带天线的带宽窄，无法满足当前无线通信系统的要求。螺旋天线的结构一般是圆柱式的，占用空间较大，不易于与通讯系统二等集成。正交振子要实现圆极化，需要馈入幅度相等、相位相差90度的电流，因此通常需要复杂的馈电网络。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种差分馈电宽带圆极化天线。本天线是一种辐射增益高，且方向图稳定的差分馈电宽带圆极化天线，该天线能实现45％的阻抗带宽和圆极化带宽，覆盖1.7-2.7GHz的频段。
本实用新型采用如下技术方案：
一种差分馈电宽带圆极化天线，包括天线辐射单元、介质基板、反射板及馈电结构，所述天线辐射单元蚀刻在介质基板的背面，所述馈电结构蚀刻在介质基板的正面，所述介质基板通过支撑结构固定在反射板的上方；
所述天线辐射单元为平面结构，由第一弯折振子、第二弯折振子、共面微带线及馈电结构构成，第一及第二弯折振子通过共面微带线连接，第一弯折振子及第二弯折振子关于介质基板的中心对称。
所述共面微带线以介质基板的中心为旋转中心，沿着介质基板的中轴线向左旋0-30度。
所述共面微带线由两条窄微带线及一条宽微带线构成，所述两条窄微带线连接在宽微带线的两端，所述第一及第二弯折振子通过窄微带线馈电。
所述第一弯折振子及第二弯折振子均由长臂及短臂构成，长臂的一端与窄微带线连接，长臂的另一端弯折一次后，其末端再向共面微带线方向弯折一次，所述弯折角度为90度；短臂的一端与窄微带线连接，其另一端弯折一次，其弯折角度为90度。
所述宽微带线与窄微带线的特征阻抗不同。
还包括用于馈入幅度相等且相位相差180度差分信号的第一及第二馈线，所述第一及第二馈线的内芯分别通过两个非金属化过孔与馈电结构的两端连接，第一及第二馈线的外芯与宽微带线连接，所述两个非金属化过孔位于馈电结构的两端。
所述第一及第二弯折振子的长度为0.6λL-λL，其中λL为该天线中心频率2.2GHz在自由空间中所对应波长。
所述支撑结构具体由四根支撑柱构成，所述支撑柱由绝缘材料制成。
所述宽微带线的特征阻抗为130-160Ω，所述窄微带线的特征阻抗为200-240Ω。
所述馈电结构的特征阻抗为50Ω。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型采用差分馈电，避免了巴伦的使用，减少了由于巴伦的使用而引起的射频前端的损耗，提高了天线的效率，同时采用差分馈电提高了射频前端的集成度；
(2)本实用新型具有平面结构，其结构简单，易于制作；
(3)本实用新型通过非中心馈电弯折振子本身的正交部分产生幅度相等、相位相差90度的电流来实现圆极化；
(4)本实用新型实现了移动通信基站1.7-2.7GHz的频带覆盖，且在该频段上的增益达到9.5dBi以上，同时具有稳定的方向图；
(5)本实用新型结构简单，组成部件少，易于加工，且性能稳定。
附图说明
图1是本实用新型的结构图；
图2是本实用新型的天线辐射单元的结构图；
图3是本实用新型的剖面图；
图4是本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线的阻抗带宽；
图5是本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线的轴比带宽；
图6是本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线的增益；
图7是本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线在2.2GHz的水平面方向图；
图8是本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线在2.2GHz的垂直面方向图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1及图3所示，一种差分馈电宽带圆极化天线，包括天线辐射单元1、介质基板11、反射板2、第一、第二馈线3A、3B及馈电结构9，所述天线辐射单元1蚀刻在介质基板的背面，所述馈电结构9蚀刻在介质基板的正面，所述反射板2是边长为200mm的正方形，可采用铝板等板材，支撑结构4由绝缘材料制成，所述天线辐射单元1通过支撑结构固定在反射板的正上方，距离反射板的高度为0.1λL-0.5λL，其中λL为该天线中心频率2.2GHz处所对应的自由空间波长，本实施例中的距离33mm。
如图2所示，所述天线辐射单元1为平面结构，由两个弯折振子及两个特征阻抗不同的共面微带线构成，两个弯折振子通过共面微带线馈电，介质基板11采用高频板材Rogers4350B，其厚度为0.76mm，相对介电常数为3.48，所述共面微带线以介质基板的中心为旋转中心，从介质基板的中轴线向左旋转一定的角度，这个角度的范围为0-30度。
所述馈电结构的长度为9.6mm，其中宽度为1.7mm，对应的特征阻抗为50Ω。
如图2所示，所述第一弯折振子及第二弯折振子均由两个长度不等的臂构成，第一及第二弯折振子关于介质基板的中心对称，所述两个长度不等臂包括长臂及短臂，第一弯折振子的长臂6及第一弯折振子的短臂5的一端与窄微带线连接，第一弯折振子的长臂另一端弯折一次后，其末端再向共面微带线方向弯折一次，所述弯折角度为90度；第一弯折振子的短臂的另一端弯折一次，其弯折角度为90度。
所述第二弯折振子的长臂6A及第二弯折振子的短臂5A的一端与窄微带线连接，其长臂的另一端另一端弯折一次后，其末端再向共面微带线方向弯折一次，所述弯折角度为90度；第二弯折振子的短臂的另一端弯折一次，其弯折角度为90度。
两个弯折振子通过窄微带线馈电，所述共面微带线由两个窄微带线7、12及一个宽微带线8构成，所述两个窄微带线7、12与宽微带线8的两端连接，所述第一及第二弯折振子通过共面微带线连接。
如图2所示，第一弯折振子的短臂5及第一弯折振子的长臂6其一端与窄微带线连接，另一端弯折；第二弯折振子的短臂5A、第二弯折振子的长臂6A与第一弯折振子结构相同。
所述第一及第二弯折振子的长度为0.6λL-λL，其中λL为该天线中心频率2.2GHz在自由空间中所对应波长。
所述宽微带线的特征阻抗为130-160Ω，所述窄微带线的特征阻抗为200-240Ω。
所述第一及第二馈线用于馈入幅度相等，相位相差180度的差分信号，本实施例中馈线采用软同轴，还包括两个非金属化过孔，两个非金属化过孔位于馈电结构9的两端，所述馈电结构具体为馈电微带线；
所述第一馈线的内芯的一端穿过非金属化过孔10A与馈电结构的一端焊接，所述第二馈线的内芯一端穿过非金属化过孔10B与馈电结构的另一端焊接，所述第一及第二馈线的外导体的一端分别与宽微带线焊接，另一端与反射板连接。
如图4所示，是本实施例的阻抗带宽，如图5所示，是本实施例的轴比带宽，由图4和图5可以得出结论，本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线具有1.7-2.7GHz的阻抗带宽和轴比带宽，回波损耗基本达-15dB，轴比小于3dB，可完全覆盖移动天线基站的1710-2690MHz频段，且由如图6所示，可知本实施例在1.7-2.7GHz的频段内增益达到9.5dBi以上。
如图7及图8所示，是本实施例在中心频率2.2GHz的天线水平面方向图，由此图可知，本实用新型的差分馈电宽带圆极化天线具有稳定的辐射方向图。
本实施例仅用一个辐射单元就可以实现圆极化辐射，具有简单的平面结构，制作简单；且本实施例有利于与射频前端的集成；工作带宽大，阻抗带宽和轴比带宽可完全覆盖移动天线基站的1710-2690MHz频段，天线增益高，同时辐射方向图稳定。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，包括天线辐射单元、介质基板、反射板及馈电结构，所述天线辐射单元蚀刻在介质基板的背面，所述馈电结构蚀刻在介质基板的正面，所述介质基板通过支撑结构固定在反射板的上方；
所述天线辐射单元为平面结构，由第一弯折振子、第二弯折振子、共面微带线及馈电结构构成，第一及第二弯折振子通过共面微带线连接，第一弯折振子及第二弯折振子关于介质基板的中心对称。
2.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述共面微带线以介质基板的中心为旋转中心，沿着介质基板的中轴线向左旋0-30度。
3.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述共面微带线由两条窄微带线及一条宽微带线构成，所述两条窄微带线连接在宽微带线的两端，所述第一及第二弯折振子通过窄微带线馈电。
4.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述第一弯折振子及第二弯折振子均由长臂及短臂构成，长臂的一端与窄微带线连接，长臂的另一端弯折一次后，其末端再向共面微带线方向弯折一次，所述弯折角度为90度；短臂的一端与窄微带线连接，其另一端弯折一次，其弯折角度为90度。
5.根据权利要求3所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述宽微带线与窄微带线的特征阻抗不同。
6.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，还包括用于馈入幅度相等且相位相差180度差分信号的第一及第二馈线，所述第一及第二馈线的内芯分别通过两个非金属化过孔与馈电结构的两端连接，第一及第二馈线的外芯与宽微带线连接，所述两个非金属化过孔位于馈电结构的两端。
7.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述第一及第二弯折振子的长度为0.6λL-λL，其中λL为该天线中心频率2.2GHz在自由空间中所对应波长。
8.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述支撑结构具体由四根支撑柱构成，所述支撑柱由绝缘材料制成。
9.根据权利要求5所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述宽微带线的特征阻抗为130-160Ω，所述窄微带线的特征阻抗为200-240Ω。
10.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带圆极化天线，其特征在于，所述馈电结构的特征阻抗为50Ω。
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| CN109286075A (zh) * | 2017-12-06 | 2019-01-29 | 上海交通大学 | 差分馈电的平面倒f型天线 |
| CN110224217A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-10 | 樊明延 | 一种新型平面电小宽带圆极化天线 |
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