CN215342996U - 圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种圆极化天线，包括：上层介质板、下层介质板、绝缘支撑柱、导电接地板、馈电网络、第一辐射金属贴片、第二辐射金属贴片、第三辐射金属贴片、第四辐射金属贴片、金属馈电探针以及短路柱，其中，第一辐射金属贴片、第二辐射金属贴片、第三辐射金属贴片和第四辐射金属贴片设置于上层介质板的上端面，且每个辐射金属贴片上均设置有馈电点和短路点，分别经由金属馈电探针和短路柱与馈电网络和导电接地板电连接。该天线结构简单，具有较宽的波束宽度与超过20％的圆极化带宽，同时具有良好的低仰角轴比与不圆度，能够保证在低仰角仍能有效接收圆极化导航信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线通信技术领域，具体涉及一种圆极化天线。
背景技术
在实际应用中，往往需要能在多频段工作的天线，如导航系统接收机，通信电台的收发共用天线，跳频工作的雷达和通信设备及某些频率捷变和极化捷变的天线等。圆极化微带天线更是广泛地应用于导航系统接收机。随着卫星导航技术在社会各个领域的广泛应用，人们对导航天线的性能提出了更高的要求：
1、宽波束及良好的低仰角性能。导航系统接收机要实现高精度定位，就需要同时接收多颗卫星的导航信号，这就要求天线具备宽波束的特点。具体说来，就是在仰角大于5度的空间内都能很好地接收卫星信号。
2、高增益。采用高增益天线接收卫星信号是提高导航系统接收机定位精度的有效途径。
3、圆极化。考虑到导航卫星发射的是圆极化电磁波，因此天线应该工作在圆极化状态以达到良好的极化匹配。
4、多频点工作。为了使接收机兼容不同导航系统发出的导航信号，经常要求天线能够同时接收两个或者多个频点的电磁波。
5、小型化，轻型化，结构紧凑。由于导航系统接收机具有不同的应用场合，如手持设备或者车载设备，因此对天线有着严格的体积、重量限制，同时要求天线具备紧凑的空间结构。
然而，现有L波段北斗导航天线，多采用四臂螺旋与圆极化贴片两种天线形式，四臂螺旋天线是典型的窄带谐振式天线，四臂螺旋天线呈现明显的窄带阻抗特性，螺旋的臂长对电抗十分敏感，这就造成当频带稍宽时，螺旋臂呈现出较大的电抗，其一般带宽不超过10％。而圆极化贴片天线虽可通过增加寄生元等方式增加带宽，然而天线低仰角轴比较差，且低仰角不圆度也较差，用作宽波束接收单元时往往性能不足。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种圆极化天线，天线结构简单，具有较宽的波束宽度与超过20％的圆极化带宽，同时具有良好的低仰角轴比与不圆度，能够保证在低仰角仍能有效接收圆极化导航信号。
根据本公开第一方面，提供了一种圆极化天线，包括：上层介质板和下层介质板；
设置于所述上层介质板和所述下层介质板之间并起支撑作用的绝缘支撑柱；
设置于所述上层介质板的上端面的第一辐射金属贴片、第二辐射金属贴片、第三辐射金属贴片和第四辐射金属贴片，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片均为矩形贴片，且通过对每个辐射金属贴片的短边长度的调节可以达到调节天线阻抗匹配的效果；所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相邻设置的两个辐射金属贴片的长边互相垂直，以及所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片的长边互相平行；
位于所述下层介质板的下端面的导电接地板和馈电网络；
所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片上均设置有馈电点和短路点；
所述馈电点和所述馈电网络之间经由竖直穿过所述上层介质板和所述下层介质板的金属馈电针实现电连接；
所述短路点与所述导电接地板之间经由竖直穿过所述上层介质板和所述下层介质板的短路柱实现电连接。
可选地，所述馈电网络具有四个输出端，每个输出端输出的信号幅度相同且相位沿逆时针依次落后90°。
可选地，所述上层介质板和所述下层介质板均为矩形体，且所述上层介质板与所述下层介质板的大小和材质均相同。
可选地，所述绝缘支撑柱的数量为4个，并分别设置在所述上层介质板和所述下层介质板的各顶点附近。
可选地，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片之间关于所述上层介质板的上端面的中心点呈中心对称。
可选地，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片的尺寸和材质均相同。
可选地，每个辐射金属贴片上的所述短路点均位于对应辐射金属贴片的靠近所述上层介质板内侧的长边边缘。
可选地，每个辐射金属贴片上的所述馈电点均位于对应辐射金属贴片的中间区域。
可选地，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片上的短路点关于所述上层介质板的上端面的中心点呈中心对称。
可选地，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片上的馈电点关于所述上层介质板的上端面的中心点呈中心对称。
本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种圆极化天线，利用四个具有一定宽度的辐射金属贴片作为天线的辐射主体，优化了天线对阻抗的匹配特性，同时每个贴片均有一个对地短路点基于对应的短路柱与导电接地板连接，提升了谐振带宽和辐射效率，通过两者的结合，保证了天线在较宽的频率带宽内，能够具有良好的阻抗特性。且天线结构简单，具有较宽的波束宽度与超过20％的圆极化带宽，同时具有较好的低仰角轴比与不圆度，在低仰角时仍能有效接收圆极化导航信号。
应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的整体结构示意图；
图2示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的俯视图；
图3示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的侧面结构示意图；
图4示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的驻波图；
图5示出根据本公开实施例提供的圆极化天线在1.561GHz处的增益方向图；
图6示出根据本公开实施例提供的圆极化天线在1.561GHz处的轴比图；
图7示出根据本公开实施例提供的圆极化天线在1.561GHz处的不圆度图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
下面，参照附图对本实用新型进行详细说明。
图1示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的整体结构示意图，图2示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的俯视图，图3示出根据本公开实施例提供的圆极化天线的侧面结构示意图。
如图1、图2和图3所示，本公开实施例中，圆极化天线包括：上层介质板1、下层介质板2、绝缘支撑柱3、导电接地板4、馈电网络5、四个辐射金属贴片11(包括第一辐射金属贴片、第二辐射金属贴片、第三辐射金属贴片和第四辐射金属贴片)、金属馈电探针12以及短路柱13。
上层介质板1和下层介质板2为叠层设计，绝缘支撑柱3位于上层介质板1和下层介质板2之间以对上层介质板1和下层介质板2提供硬支撑，使得上层介质板1和下层介质板2经由绝缘支撑柱3分割开来，并在上层介质板1和下层介质板2之间形成空气夹层。
进一步地，上层介质板1和下层介质板2均为矩形，其中，上层介质板1和下层介质板2的长边长度均为a1，上层介质板1和下层介质板2的短边长度均为a2，上层介质板1和下层介质板2的厚度为h3，以及上层介质板1的上端面和下层介质板2的上端面之间的距离为h2，且上层介质板1与下层介质板2的大小和材质均相同。例如，上层介质板1与下层介质板2均采用介电常数为3的Rogers ro3003的材料制造，但可以理解的是，制造上层介质板1与下层介质板2所选用的材料的介电常数应根据天线在实际应用过程中所接收或发射的信号波的波长合理的进行选择。
可选地，绝缘支撑柱3由非金属材料制造，且本实施例的圆极化天线中绝缘支撑柱3的数量为4个，其分别设置在上层介质板1和下层介质板2的各顶点附近。
四个辐射金属贴片11均设置于上层介质板1的上端面，且均为矩形结构，其中，每个辐射金属贴片11的长边长度均为b1，短边长度均为b2，厚度为h1。导电接地板4和馈电网络5均位于下层介质板2的下端面。
该四个辐射金属贴片11中，相邻设置的两个辐射金属贴片11的长边互相垂直，而相对设置的两个辐射金属贴片11的长边互相平行。进而在相邻设置的两个辐射金属贴片11上形成相互垂直的馈电电流，而在相对设置的两个辐射金属贴片11上形成相互平行的馈电电流。
在该四个辐射金属贴片11中的每个辐射金属贴片上均设置有短路点131和馈电点121，其中，馈电点121和馈电网络5之间经由竖直穿过上层介质板1和下层介质板2的金属馈电针12实现电连接，短路点131与导电接地板4之间经由竖直穿过上层介质板1和下层介质板2的短路柱13实现电连接。
示例性的，在本公开的一个具体实施例子，如图1、图2和图3所示，四个辐射金属贴片11中相对设置的两个辐射金属贴片之间关于上层介质板1的上端面的中心点呈中心对称。每个辐射金属贴片11上的短路点131均位于对应辐射金属贴片11的靠近上层介质板1内侧的长边边缘，具体的，每个辐射金属贴片11上的短路点131的中心与该辐射金属贴片11的靠近上层介质板1外侧的长边之间的距离为c2，每个辐射金属贴片11上的短路点131的中心与该辐射金属贴片11的短边之间距离的最小值为c1。而每个辐射金属贴片11上的馈电点121均位于对应辐射金属贴片11的中间区域，具体的，每个辐射金属贴片11上的馈电点121的中心与该辐射金属贴片11的靠近上层介质板1外侧的长边之间的距离为d2，每个辐射金属贴片11上的馈电点121的中心与该辐射金属贴片11的短边之间距离的最大值为d1。以及四个辐射金属贴片11中相对设置的两个辐射金属贴片上的短路点131关于上层介质板1的上端面的中心点呈中心对称，四个辐射金属贴片11中相对设置的两个辐射金属贴片上的馈电点121关于上层介质板1的上端面的中心点呈中心对称。
示例性的，馈电网络5为具有差相90°的6dB电桥，其具有四个输出端，每个输出端输出的信号幅度相同，但相位沿逆时针依次落后90°。馈电网络5的每个输出端分别通过一个金属馈电针12与一个辐射金属贴片11对应连接。四个辐射金属贴片11均为线极化辐射贴片，其通过该馈电网络5的馈电后，即可合成圆极化波。本实施例中，馈电网络5为设置在下层介质板2的下端面，具体为设置在导电接地板4的下端面的馈电板，其通过金属馈电针12向辐射金属贴片11传输馈电信号。但在本公开的其它实施例中，也可采用外接的功分网络实现。
本实施例中，四个辐射金属贴片11的尺寸和材质均相同，均为具有一定短边宽度的矩形贴片。在利用辐射金属贴片作为天线的辐射主体时，由于贴片宽度的大小b2对电抗的影响很大，因此本公开在设计圆极化天线时，采用较宽的贴片宽度，并结合对地的短路柱13，以保证辐射金属贴片11在较宽的频率带宽内，能够具有良好的阻抗匹配特性。
可以理解的是，在实际使用过程中应根据具体的波长以及阻抗要求合理的调节每个辐射金属贴片11的短边长度b2，以及合理的选择每个辐射金属体贴片11中短路点131和馈电点121的位置(即c1、c2、d1和d2的数值)，通过对每个辐射金属贴片11的短边长度b2的调节以达到调节天线阻抗匹配的效果，通过对每个辐射金属贴片11中的短路点131和馈电点121的位置调节以达到调节谐振带宽和辐射效率的效果。
如图4至图7所示，该天线工作在L波段，且图形曲线通过电磁仿真软件得到。图4示出了圆极化天线的驻波图，图5示出了圆极化天线在1.561GHz处的增益方向图，图6示出了圆极化天线在1.561GHz处的轴比图，图7示出了圆极化天线在1.561GHz处的不圆度图。
其中，图4示出的仿真结果表明，天线的驻波比小于2(VSWR<2)的频段为1.30GHz至1.55GHz，相对带宽可达15.5％。而天线的驻波比小于3(VSWR<3)的频段为1.20GHz至1.64GHz，相对带宽可达28.4％，因此，该实施例天线的工作频段能够覆盖北斗卫星导航系统的工作频段。同时，图5、图6和图7示出的仿真结果表明，该实施例天线在1.561GHz的频率及60°的仰角下，平均圆极化增益为1dBi，轴比2.1db。
以上仿真结果表明，该实施例的圆极化天线具有良好的阻抗带宽、轴比带宽和不圆度，能够满足北斗卫星导航系统的应用需求，具有较好的实用价值。
当然，通过对上层介质板1和下层介质板2的材料特性、辐射金属贴片11的尺寸(包括b1、b2和h1)、短路点131和馈电点121的位置(包括c1、c2、d1和d2)等参数的调整，也可以使天线的谐振频率和阻抗达到其它设计指标要求，形成既是效率高，增益大，方向性好的天线，可用于高性能卫星导航系统接收机，以及满足车载设备对天线体积和重量的限制。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种圆极化天线，其特征在于，包括：
上层介质板和下层介质板；
设置于所述上层介质板和所述下层介质板之间并起支撑作用的绝缘支撑柱；
设置于所述上层介质板的上端面且均呈矩形的第一辐射金属贴片、第二辐射金属贴片、第三辐射金属贴片和第四辐射金属贴片，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相邻设置的两个辐射金属贴片的长边互相垂直，以及相对设置的两个辐射金属贴片的长边互相平行；
位于所述下层介质板的下端面的导电接地板和馈电网络；
所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片上均设置有馈电点和短路点，所述馈电点和所述馈电网络之间经由竖直穿过所述上层介质板和所述下层介质板的金属馈电针实现电连接，所述短路点与所述导电接地板之间经由竖直穿过所述上层介质板和所述下层介质板的短路柱实现电连接。
2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电网络具有四个输出端，每个输出端输出的信号幅度相同且相位沿逆时针依次落后90°。
3.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述上层介质板和所述下层介质板均为矩形体，且所述上层介质板与所述下层介质板的大小和材质均相同。
4.根据权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于，所述绝缘支撑柱的数量为4个，并分别设置在所述上层介质板和所述下层介质板的各顶点附近。
5.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片之间关于所述上层介质板的上端面的中心点呈中心对称。
6.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片的尺寸和材质均相同。
7.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，每个辐射金属贴片上的所述短路点均位于对应辐射金属贴片的靠近所述上层介质板内侧的长边边缘。
8.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，每个辐射金属贴片上的所述馈电点均位于对应辐射金属贴片的中间区域。
9.根据权利要求7所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片上的短路点关于所述上层介质板的上端面的中心点呈中心对称。
10.根据权利要求8所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一辐射金属贴片、所述第二辐射金属贴片、所述第三辐射金属贴片和所述第四辐射金属贴片中相对设置的两个辐射金属贴片上的馈电点关于所述上层介质板的上端面的中心点呈中心对称。
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Publications (1)
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| CN215342996U true CN215342996U (zh) | 2021-12-28 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114188716A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-03-15 | 成都雷电微力科技股份有限公司 | 一种微带平面天线及天线阵列 |
| CN114336026A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种毫米波天线 |
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2021
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114336026A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种毫米波天线 |
| CN114188716A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-03-15 | 成都雷电微力科技股份有限公司 | 一种微带平面天线及天线阵列 |
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