CN211980892U - 小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，包括天线辐射层、馈电网络层和固定支撑结构组成，所述天线辐射层由上层微带天线和下层微带天线组成的结构。本实用新型采用叠层式的微带天线，使天线具有小型化的整体结构，方便加工制造；采用在天线辐射器的上下两层均采用带有缝隙结构的微带贴片，不仅有利于增加双频段的阻抗带宽，而且有助于提高双频段的3dB轴比带宽；采用Wilkinson功率分配器实现对下层微带天线的双端口馈电，保证天线的圆极化辐射特性；天线辐射层的上下两层微带天线采用相似结构，可方便调整双频段的中心频率之比。

Description

小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线。

背景技术

圆极化天线由于能抵抗电磁波在传输过程中的多径效应、抑制云雨雾引起的去极化效应和具备较高的抗干扰能力等特点，目前已广泛的应用于无线通信系统尤其是卫星通信领域。随着现代无线通信技术的不断发展，一方面要求天线以全双工的方式工作在不同的频段，同时实现电磁波的收发，以提高通信效率和通信容量；另一方面随着通信设备的集成化程度越来越高，天线作为电磁波收发的前端也朝着小型化的方向发展。然而，天线的小型化设计与其工作频带宽度是相互矛盾的，尤其是在圆极化天线处于双频段的工作条件下，同时提高两个频段的阻抗带宽和3dB轴比带宽，实现天线几何尺寸的小型化更难做到。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有的双频圆极化微带天线，存在天线的阻抗带宽和3dB轴比带宽与天线几何尺寸的小型化难以兼顾的问题，提供了一种同时具有尺寸小型化和在双频段内具有宽阻抗和 3dB轴比带宽的天线结构。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，包括天线辐射层、馈电网络层和固定支撑结构组成，所述天线辐射层由上层微带天线和下层微带天线组成，所述上层微带天线上设有第一方形微带贴片，所述第一方形微带贴片上蚀刻有第一缝隙结构，所述下层微带天线设有第二方形微带贴片，所述第二方形微带贴片上蚀刻有第二缝隙结构；所述馈电网络层为双面覆铜的单层介质板，在所述单层介质板的下表面覆铜层上蚀刻出一分二微带线形式的Wilkinson功率分配器，在四分之一介质波长的微带线枝节末端之间连接有隔离电阻，在所述 Wilkinson功率分配器的两个输出端口引出金属探针，所述金属探针穿过馈电网络层以及所述下层微带天线，和所述第二方形微带贴片连接，Wilkinson功率分配器的输入端口通过微带线引至所述馈电网络层介质板的侧边，实现馈电，所述介质板的上表面作为天线辐射层和 Wilkinson功率分配器的公用金属地板；所述固定支撑结构包括介质螺钉、螺帽和中空介质圆柱，所述中空介质圆柱设在所述上层微带天线和所述下层微带天线之间，所述介质螺钉穿过所述上层微带天线、所述中空介质圆柱、所述下层微带天线和所述馈电网络层后，和所述螺帽螺纹连接。

对于本实用新型的改进，所述第一缝隙结构和所述第二缝隙结构呈U形。

对于本实用新型的改进，所述第一缝隙结构和所述第二缝隙结构的形状相同。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，包括天线辐射层、馈电网络层和固定支撑结构组成，所述天线辐射层由上层微带天线和下层微带天线组成，所述上层微带天线上设有第一方形微带贴片，所述第一方形微带贴片上蚀刻有第一缝隙结构，所述下层微带天线设有第二方形微带贴片，所述第二方形微带贴片上蚀刻有第二缝隙结构；所述馈电网络层为双面覆铜的单层介质板的结构。本实用新型采用叠层式的微带天线，使天线具有小型化的整体结构，方便加工制造；采用在天线辐射器的上下两层均采用带有缝隙结构的微带贴片，不仅有利于增加双频段的阻抗带宽，而且有助于提高双频段的3dB轴比带宽；采用Wilkinson功率分配器实现对下层微带天线的双端口馈电，保证天线的圆极化辐射特性；天线辐射层的上下两层微带天线采用相似结构，可方便调整双频段的中心频率之比。

附图说明

图1为本实用新型双频叠层圆极化微带天线的整体结构示意图。

图2为图1中A处放大后的结构示意图。

图3为本实用新型天线辐射层的上层微带天线的俯视示意图。

图4为本实用新型天线辐射层的下层微带天线的俯视示意图。

图5为本实用新型天线馈电网络层的俯视示意图。

图6为本实用新型天线增益和天顶处轴比的仿真和测试结果图。

图7为本实用新型天线电压驻波比的仿真和测试结果图。

图8为本实用新型天线在低频段中心频率处的方向图仿真和测试结果图。

图9为本实用新型天线在高频段中心频率处的方向图仿真和测试结果图。

本实用新型目的的实现、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

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，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，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。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实用新型的具体含义。

如附图1所示，本实用新型提供的一种小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，该天线为方形结构，其整体尺寸为45mm(0.33λl) ×45mm(0.33λl)×14.5mm(0.1λl)，所有介质基板的相对介电常数为10.2损耗角正切为0.0035(λl为低频段处中心频率的介质波长)；所述双频叠层圆极化微带天线包括天线辐射层1、馈电网络层2和固定支撑结构3，所述天线辐射层1由上层微带天线4和下层微带天线 5组成，所述上层微带天线4上设有第一方形微带贴片7，所述第一方形微带贴片7上蚀刻有第一缝隙结构6，所述下层微带天线5设有第二方形微带贴片8，所述第二方形微带贴片8上蚀刻有第二缝隙结构81；所述馈电网络层2为双面覆铜的单层介质板，在所述单层介质板的下表面覆铜层上蚀刻出一分二微带线形式的Wilkinson功率分配器9，在四分之一介质波长的微带线枝节末端之间连接有隔离电阻10，在所述Wilkinson功率分配器9的两个输出端口引出金属探针11，所述金属探针11穿过馈电网络层2以及所述下层微带天线5，和所述第二方形微带贴片8连接，Wilkinson功率分配器9的输入端口12 通过微带线引至所述馈电网络层2介质板的侧边，实现馈电，所述介质板的上表面作为天线辐射层1和Wilkinson功率分配器9的公用金属地板；所述固定支撑结构3包括介质螺钉13、螺帽14和中空介质圆柱15，所述中空介质圆柱15设在所述上层微带天线4和所述下层微带天线5之间，形成空气层，保证上层微带天线4和下层微带天线 5之间的合理的耦合强度，所述介质螺钉13穿过所述上层微带天线4、所述中空介质圆柱15、所述下层微带天线5和所述馈电网络层2后，和所述螺帽14螺纹连接。

优选的，所述第一缝隙结构6和所述第二缝隙结构81呈U形。

优选的，所述第一缝隙结构6和所述第二缝隙结构81的形状相同。

如附图3所示，天线辐射层1的上层微带天线4的外观为方形结构，其上表面为方形的第一方形微带贴片7，在第一方形微带贴片7 中蚀刻出臂长为A1、底边长为B1和宽度为C1的第一缝隙结构6，通过合理设计A、B和C的长度可调整低频段的阻抗带宽。如附图4 所示，天线辐射层1的下层微带天线5的外观为方形结构，其上为方形的第二方形微带贴片8，在第二方形微带贴片8中蚀刻出臂长为a、底边长为b和宽度为c的第二缝隙结构81，金属探针11分别位于方形微带贴片8的对角线上，且一个探针位于第二缝隙结构81的开口处，另一个探针位于第二缝隙结构81的外侧，通过合理设计a、b和 c的长度可调整高频段的阻抗带宽。

如附图5所示，馈电网络层2的上表面为覆铜层，下表面为一分二微带线形式的Wilkinson功率分配器9，并焊接有封装电阻10提高输出端口间的隔离度，输出端口和金属探针11相连对下层微带天线 5进行馈电，Wilkinson功率分配器9的输入端口通过微带线引到馈电网络层2的侧边实现馈电。通过改变微带线段t的长度调节两输出端口之间的相位差，以保证天线的圆极化特性和实现上下频段上合理的 3dB轴比带宽。

上述结构的天线可工作在S波段的双频段内，如附图6所示，天线在低频段的中心频率为2250MHz，测试的3dB轴比带宽为8.4％ (2180MHz～2370MHz)，3dB轴比带宽内的增益不低于4.3dBi，天线在高频段的中心频率为3100MHz，测试的轴比带宽为7.4％ (2900MHz～3130MHz)，3dB轴比带宽内的增益不低于3.6dBi，测试和仿真的结果吻合较好；如附图7所示，天线电压驻波比小于1.5的阻抗带宽为36.6％(2140MHz～3100MHz)，完全覆盖天线上下频段的 3dB轴比带宽；如附图8所示，在低频段中心频率2250MHz时测试的方向图的半功率波束宽度大于93°，方向图的对称性较好；如附图9所示，在高频段中心频率3100MHz时测试的方向图的半功率波束宽度大于59°，方向图的对称性较好。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，其特征在于：包括天线辐射层(1)、馈电网络层(2)和固定支撑结构(3)组成，所述天线辐射层(1)由上层微带天线(4)和下层微带天线(5)组成，所述上层微带天线(4)上设有第一方形微带贴片(7)，所述第一方形微带贴片(7)上蚀刻有第一缝隙结构(6)，所述下层微带天线(5)设有第二方形微带贴片(8)，所述第二方形微带贴片(8)上蚀刻有第二缝隙结构(81)；所述馈电网络层(2)为双面覆铜的单层介质板，在所述单层介质板的下表面覆铜层上蚀刻出一分二微带线形式的Wilkinson功率分配器(9)，在四分之一介质波长的微带线枝节末端之间连接有隔离电阻(10)，在所述Wilkinson功率分配器(9)的两个输出端口引出金属探针(11)，所述金属探针(11)穿过馈电网络层(2)以及所述下层微带天线(5)，和所述第二方形微带贴片(8)连接，Wilkinson功率分配器(9)的输入端口(12)通过微带线引至所述馈电网络层(2)介质板的侧边，实现馈电，所述介质板的上表面作为天线辐射层(1)和Wilkinson功率分配器(9)的公用金属地板；所述固定支撑结构(3)包括介质螺钉(13)、螺帽(14)和中空介质圆柱(15)，所述中空介质圆柱(15)设在所述上层微带天线(4)和所述下层微带天线(5)之间，所述介质螺钉(13)穿过所述上层微带天线(4)、所述中空介质圆柱(15)、所述下层微带天线(5)和所述馈电网络层(2)后，和所述螺帽(14)螺纹连接。

2.如权利要求1所述的小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，其特征在于：所述第一缝隙结构(6)和所述第二缝隙结构(81)呈U形。

3.如权利要求1或2所述的小型化宽带宽的双频叠层圆极化微带天线，其特征在于：所述第一缝隙结构(6)和所述第二缝隙结构(81)的形状相同。

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