CN212257683U - 一种l波段天线结构及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种L波段天线结构，L波段天线结构包括：依次层叠设置的匹配电路部、接收部和发射部；发射部包括第一介质基板和第一主辐射体；第一主辐射体包括第一矩形主体，第一矩形主体的每一边设置有支节；接收部包括第二介质基板和第二主辐射体；第二主辐射体包括第二矩形主体和设置于第二矩形主体上的两个馈电点；匹配电路部包括馈电电路；天线结构还包括两条馈电线。本实用新型还公开了一种包含上述L波段天线结构的移动终端。本实用新型的L波段天线结构接收与发送结构一体化设计，同时采用异极化方向设计，提高接收、发送结构的隔离度，且实现多频点谐振、具有更大的覆盖角度范围，同时缩小了整体天线尺寸。

Description

一种L波段天线结构及移动终端

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体地涉及一种L波段天线结构及移动终端。

背景技术

卫星通信是近年来发展最为迅猛的通信手段之一，不论是在通信覆盖范围，通信距离，通信成本还是在传输容量和安全性上，较之于其他通信方式都存在巨大的优势。卫星通信可解决当前地面物联网受地域限制、易受自然环境等因素影响，经常作为救灾应急，远程通信的首选，对卫星通信的研究也具有重大的意义。无线通信系统的不断发展对个人通信终端模块提出了更高的要求。

对于一个完整的通信系统而言，天线是其中至关重要的构成元素，性能优良的天线更能够提高无线系统的整体精度。

国外已经建成了一些卫星物联网系统，但国内还没有专门用于物联网的卫星通信系统。国内主流的卫星通信设备，有北斗短报文和天通一号卫星通信两种，都可以做到全国范围无盲区覆盖，也各自推出了小型化终端产品。

卫星终端越来越向着小型化、便携的趋势发展，因此迫切需要研制更加小型化且性能高的天线结构。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供小型且高性能的L波段天线结构及移动终端。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

在一个总体方面，提供一种L波段天线结构，所述天线结构包括：依次层叠设置的匹配电路部、接收部和发射部；

发射部包括第一介质基板和第一主辐射体；第一介质基板包括相对的第一发射表面和第二发射表面，第一主辐射体设置于第一发射表面上；第一主辐射体包括第一矩形主体，第一矩形主体的每一边设置有支节；第二发射表面接地；

接收部包括第二介质基板和第二主辐射体；第二介质基板包括相对的第一接收表面和第二接收表面，第一接收表面与第二发射表面相对设置，第二主辐射体设置于第一接收表面上，第二主辐射体包括第二矩形主体和设置于第二矩形主体上的两个馈电点；第二接收表面接地；

匹配电路部包括馈电电路；

L波段天线结构还包括两条馈电线，馈电线的一端与馈电电路连接，馈电线的另一端穿过第二介质基板与馈电点连接。

可选的，第一矩形主体的四个边角设置倒角；和/或上述第二矩形主体的四个边角设置倒角。

可选的，第一矩形主体的倒角边长为2mm；和/或第二矩形主体的倒角的边长为1mm。

可选的，馈电线为同轴线，包括内导体和外导体，内导体穿过第二介质基板与馈电点连接，外导体接地。

可选的，内导体的直径为0.45mm，外导体的直径为1.5mm。

可选的，支节设置于第一矩形主体每一边的中心。

可选的，支节为矩形结构，长度为3mm，宽度为2mm，支节的短边与第一矩形主体的边缘重合。

可选的，第一矩形主体为正方形，且边长为20.4mm；和/或第二矩形主体为正方形，且边长为19.25mm。

可选的，馈电线的靠近第一接收表面的一端距第一接收表面的距离为3.5mm，两条馈电线的延长线夹角为90度。

在另一个总体方面，提供一种移动终端，包括上述的L波段天线结构。

本实用新型提供了一种L波段天线结构接收与发送结构一体化设计，同时采用异极化方向设计，提高接收、发送结构的隔离度，且实现多频点谐振、具有更大的覆盖角度范围，同时缩小了整体天线尺寸，具备很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型的实施例的L波段天线结构的结构示意图；

图2a是本实用新型的实施例的发射部的俯视图；

图2b是本实用新型的实施例的发射部的侧视图；

图2c是本实用新型的实施例的发射部的仰视图；

图3a是本实用新型的实施例的接收部的俯视图；

图3b是本实用新型的实施例的接收部的侧视图；

图3c是本实用新型的实施例的接收部的仰视图；

图4a是本实用新型的实施例的第三介质基板的俯视图；

图4b是本实用新型的实施例的第三介质基板的侧视图；

图4c是本实用新型的实施例的第三介质基板的仰视图；

图5a是本实用新型的实施例的第四介质基板的俯视图；

图5b是本实用新型的实施例的第四介质基板的侧视图；

图5c是本实用新型的实施例的第四介质基板的仰视图；

图6是本实用新型的实施例的L波段天线结构的频率与驻波比的关系示意图；

图7是本实用新型的实施例的L波段天线结构在频率为1518MHz和频率为1525MHz时的增益方向图；

图8是本实用新型的实施例的L波段天线结构在频率为1668MZ和频率为1675MHz时的增益方向图；

图9是本实用新型的实施例的L波段天线结构在频率为1518MHz和频率为1525MHz时的轴比方向图；

图10是本实用新型的实施例的L波段天线结构在频率为1668MZ和频率为1675MHz时的轴比方向图。

附图中：100、反射部，110、第一介质基板，120、第一主辐射体，121、第一矩形主体，122、支节；200、接收部，210、第二介质基板，220、第二主辐射体；221、第二矩形主体，222、馈电点300、匹配电路部，310、第三介质基板，320、第四介质基板；400、馈电线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

对于一个完整的通信系统而言，天线是其中至关重要的构成元素，性能优良的天线更能够提高无线系统的整体精度。在实际应用中，对于不同频段设备多采用分离式天线设计，所需天线数量与实际安装空间的矛盾使天线的共口径设计方法成为卫星通信应用研究的重点方向，即如何将多个不同频率和极化的天线集成在同一天线口径上，以提高整个天线系统工作性能。

国外卫星物联网的发展起步较早，已经取得了许多显著应用效果。可提供天基物联网服务的卫星星座系统主要有铱星(Iridium)、轨道通信(Orbcomm)和全球星(Globalstar)等系统，各家单位已在小型化产品上取得了初步进展。“Iridium”的小型微带天线有IA-01H、IA-03H，基于铱星为上、下行同频的通信模式，IA-01H铱星微带天线的频段为1616-1626.5MHz，尺寸大小为40.5×38×12.3mm，极化方向为右旋圆极化，虽然其尺寸较小，但为单频、单极化天线。Orbcomm系统工作在137-150MHz频段，其用户终端是一个无线UHF发射器，接收和向ORBCOMM系统发送信息，第一代用户终端天线采用拉杆天线长50cm，尺寸较大且为单频、单圆极化。

因此，为了改善现有技术存在的技术难题，在确保卫星终端总体尺寸小型化设计的情况下，解决天线频段单一、旋向单一的问题，本实用新型提供了一种L波段天线结构。

参照图1所示，本实用新型的实施例的L波段天线结构包括：依次层叠设置的匹配电路部300、接收部200和发射部100。本实用新型的L波段天线结构为收发一体化的天线结构，包括由发射信号的发射部100以及接收信号的接收部200。

参照图2a、图2b、图2c所示，具体地，发射部100包括第一介质基板110和第一主辐射体120。第一介质基板110包括相对的第一发射表面和第二发射表面。第一主辐射体120设置于第一发射表面上。第一主辐射体120包括第一矩形主体121。由于第一主辐射体120设置于空气和第一介质基板110之间，相对介电常数较小，电尺寸较大，因此在第一矩形主体121的每一边还设置有支节122，从而可以进一步减小第一辐射主体的尺寸，同时调节阻抗匹配。优选地，支节122设置于第一矩形主体121每一边的中心。进一步地，支节122为矩形结构，长度为3mm，宽度为2mm。支节122的短边与第一矩形主体121的边缘重合。此外，在本实用新型的实施例中，第二发射表面接地。

进一步的，第一介质基板110采用介电常数为16、损耗角正切值为0.001的材料制成，作为本实用新型的一种实施方式，第一介质基板110可选用形状为长方体的TP-1/2的材料底板制成。

进一步的，第一介质基板110的厚度为6mm，第一介质基板110的横截面为正方形，边长为30mm。

进一步的，第一矩形主体121为正方形，且边长为20.4mm。

参照图3a、图3b、图3c所示，具体地，接收部200包括第二介质基板210和第二主辐射体220。第二介质基板210包括相对的第一接收表面和第二接收表面。第一接收表面与第二发射表面相对设置，第二主辐射体220设置于第一接收表面上，第二主辐射体220包括第二矩形主体221和设置于第二矩形主体221上的馈电点222。第二接收表面接地。本实用新型采用双馈点馈电，因此设置有两个馈电点222。

进一步的，第二介质基板210采用介电常数为16、损耗角正切值为0.001的材料制成，作为本实用新型的一种实施方式，第二介质基板210可选用形状为长方体的TP-1/2的材料底板制成。

进一步的，第二介质基板210的厚度为6mm，第一介质基板110的横截面为正方形，正方形边长为30mm。

进一步的，第二矩形主体221为正方形，且边长为19.25mm。

具体地，匹配电路部300包括馈电电路。优选地，参照图1所示，匹配电路部300还包括依次层叠设置的第四介质基板320和第三介质基板310，其中接收部200层叠设置于第三介质基板310上。参照图4a、图4b、图4c、图5a、图5b和图5c所示，馈电电路设置于第三介质基板310和第四介质基板320上，馈电电路用于连接馈电线400和电桥，从而实现相差90°相位的馈电。优选地，第三介质基板310可选用形状为矩形的TaconicRF35材料底板。

进一步的，第三介质基板310、第四介质基板320的厚度为2mm，第三介质基板310、第四介质基板320的横截面为矩形，矩形边长为30mm。

进一步的，参照图1所示，L波段天线结构还包括两条馈电线400，馈电线400的一端与馈电电路连接，馈电线400的另一端穿过第二介质基板210与馈电点222连接。本实用新型采用同轴线背馈使得决定特性阻抗的参量变化简单，若介质基板的尺寸和电磁参数确定，则同轴线的内外导体半径大小与同轴线的位置共同决定馈电线400的特性阻抗，这易于调控和实现宽带的阻抗匹配，为了连接外部标准的50Ω同轴线，同轴馈电线400的特性阻抗设计为50Ω。信号通过外部连接器与匹配电路相连，流经3dB电桥，使得两馈电形成±90°的相位差，实现收发异极化方向的目的，同时双馈点实现圆极化的方式具有更宽的轴比方向图。参照图9、图10所示，本实用新型的L波段天线结构在轴比值8dB的约束下，±120°范围内均具有优良的轴比，极大的减小了传输极化损耗。

本实用新型采用双层多谐振辐射结构，使天线产生两个谐振点，从而使得天线在两个频段范围内具有良好的辐射效率。参照图6所示，本实用新型的实施例的L波段天线结构实现了1508MHz-1537MHz和1668MHz-1676MHz频段天线的驻波比小于1.8，充分利用了该频段的能量，减少了全频段的能量损耗。

参照图7、图8所示，远场方向图的一致性较好且无畸变情形，测试得到在1518MHz、1525MHz、1668MHz和1675MHz四个频点的增益大于-4dB的波束范围大于±85°，完全覆盖了卫星的角度范围，提高了穿墙雷达的扫描角度范围。

本实用新型的实施例的L波段天线结构的第一主辐射体120通过接收部200贴片耦合馈电，从而实现辐射电磁波来进行信号的发射。第二主辐射体220通过与馈电线400连接，从而实现辐射电磁波来进行信号的接收。

为了进一步优化天线结构的性能，还可以从以下方面进行改进：

进一步地，第一矩形主体121的四个边角设置倒角。和/或第二矩形主体221的四个边角设置倒角。设置倒角除了可以在为安装孔让位的同时，可以调节天线的阻抗匹配，提高天线的辐射效率。

进一步地，第一矩形主体121的倒角边长为2mm。和/或第二矩形主体221的倒角的边长为1mm。

进一步地，馈电线400为同轴线，所述馈电线400包括内导体和外导体。内导体穿过第二介质基板210与馈电点222连接，而外导体接地。

进一步地，内导体的直径为0.45mm，外导体的直径为1.5mm。

进一步地，馈电线400的靠近第一接收表面的一端距第一接收表面的距离为3.5mm，两条馈电线400的延长线夹角为90度。

进一步地，为了将反射部100、接收部200、匹配电路部300连接为一体，在反射部100、接收部200和匹配电路部300上还设置有对应的安装孔，通过螺丝穿过对应的安装孔，使得反射部100、接收部200和匹配电路部300连接为一体。

此外，本实用新型还提供了一种移动终端，包括上述的L波段天线结构。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种L波段天线结构和移动终端具有如下有益效果：

第一、匹配电路的布线与参数优化组合设计易于加工与集成外部元器件，且便于实现从馈电线到主辐射贴片之间的阻抗调控。

第二、-4dB增益波束宽度在85°以上，远大于低轨卫星的覆盖角度范围；

第三、馈电形式与第一主辐射体和第二主辐射体的参数优化组合设计，在保证宽波束的前提下展宽轴比宽度，使得±120°范围内具有优良的轴比，极大的减小了传输极化损耗。

第四、通过对支节、边角、第一主辐射体、第二主辐射体和介质基板的参数优化组合设计，缩小了天线整体尺寸，实现了多频点谐振，并实现了各频点间增益方向图与轴比方向图的一致性和稳定性。

第五、采用异极化方向设计，有效提高了收发天线的隔离度，天线隔离度低于-18dB。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出至少两个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种L波段天线结构，其特征在于，所述L波段天线结构包括：依次层叠设置的匹配电路部、接收部和发射部，其中：

所述发射部包括第一介质基板和第一主辐射体；所述第一介质基板包括相对的第一发射表面和第二发射表面，所述第一主辐射体设置于所述第一发射表面上；所述第一主辐射体包括第一矩形主体，所述第一矩形主体的每一边设置有支节；所述第二发射表面接地；

所述接收部包括第二介质基板和第二主辐射体；所述第二介质基板包括相对的第一接收表面和第二接收表面，所述第一接收表面与所述第二发射表面相对设置，所述第二主辐射体设置于所述第一接收表面上，所述第二主辐射体包括第二矩形主体和设置于第二矩形主体上的两个馈电点；所述第二接收表面接地；

所述匹配电路部包括馈电电路；

所述L波段天线结构还包括两条馈电线，所述馈电线的一端与所述馈电电路连接，所述馈电线的另一端穿过所述第二介质基板与所述馈电点连接。

2.根据权利要求1所述的L波段天线结构，其特征在于，所述第一矩形主体的四个边角设置倒角；和/或上述第二矩形主体的四个边角设置倒角。

3.根据权利要求2所述的L波段天线结构，其特征在于，所述第一矩形主体的倒角边长为2mm；和/或所述第二矩形主体的倒角的边长为1mm。

4.根据权利要求1所述的L波段天线结构，其特征在于，所述馈电线为同轴线，包括内导体和外导体，所述内导体穿过所述第二介质基板与所述馈电点连接，所述外导体接地。

5.根据权利要求4所述的L波段天线结构，其特征在于，所述内导体的直径为0.45mm，所述外导体的直径为1.5mm。

6.根据权利要求1所述的L波段天线结构，其特征在于，所述支节设置于所述第一矩形主体每一边的中心。

7.根据权利要求1或6所述的L波段天线结构，其特征在于，所述支节为矩形结构，长度为3mm，宽度为2mm，所述支节的短边与所述第一矩形主体的边缘重合。

8.根据权利要求1所述的L波段天线结构，其特征在于，所述第一矩形主体为正方形，且边长为20.4mm；和/或所述第二矩形主体为正方形，且边长为19.25mm。

9.根据权利要求1所述的L波段天线结构，其特征在于，所述馈电线的靠近第一接收表面的一端距第一接收表面的距离为3.5mm，所述两条馈电线的延长线夹角为90度。

10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的L波段天线结构。

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