一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法，所述天線包括金屬反射板、位于金屬反射板上方的介質(zhì)基板、設(shè)置在介質(zhì)基板上下表面的交叉偶極子輻射單元、與交叉偶極子輻射單元相連的同軸饋電單元，所述交叉偶極子輻射單元包括分別設(shè)置在所述介質(zhì)基板上下表面的上偶極子和下偶極子，所述同軸饋電單元包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，所述內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬反射板、介質(zhì)基板與上偶極子相連，所述外導(dǎo)體穿過金屬反射板與下偶極子相連。本發(fā)明將交叉偶極子天線引入到微帶貼片上，使得本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線不僅具有微帶天線體積小，重量輕且易與應(yīng)用平臺(tái)共形、易集成的特點(diǎn)，還具有很寬的阻抗帶寬及圓極化帶寬，增益高、制造成本低的特點(diǎn)。
【專利說明】一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波天線【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)天線技術(shù)也得到極大發(fā)展，特別是圓極化天線在無線通信中的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，例如衛(wèi)星通信，射頻設(shè)別(RFID)，無線局域網(wǎng)(WLAN)，全球定位系統(tǒng)(GPS)，以及我國自主研發(fā)的北斗定位系統(tǒng)，都運(yùn)用了圓極化天線。應(yīng)用越廣泛，對(duì)天線性能的要求就越高，在很多應(yīng)用中都要求天線阻抗帶寬和圓極化帶寬(軸比帶寬)都很寬。展寬圓極化天線帶寬的方法有很多，例如附加諧振枝，加載介質(zhì)諧振器，使用多層微帶天線，添加寬帶的功分器做饋電網(wǎng)絡(luò)等，但是這些方法都有其缺點(diǎn)，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要么尺寸很大，要么增益很低。例如，多層微帶貼片天線雖能一定程度上展寬帶寬，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且制造成本增加；附加諧振器和加載介質(zhì)諧振器以及添加寬帶的功分器做饋電網(wǎng)絡(luò)都增加了天線設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，不利于大批量生產(chǎn)。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法，旨在解決目前展寬圓極化天線帶寬的技術(shù)復(fù)雜，增加成本、增益低等問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種圓極化交叉偶極子天線，其中，所述天線包括金屬反射板、設(shè)置在所述金屬反射板上方的介質(zhì)基板、設(shè)置在所述介質(zhì)基板上下表面的交叉偶極子輻射單元、與所述交叉偶極子輻射單元相連的同軸饋電單元，所述交叉偶極子輻射單元包括分別設(shè)置在所述介質(zhì)基板上下表面的上偶極子和下偶極子，所述同軸饋電單元包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，所述內(nèi)導(dǎo)體穿過所述金屬反射板和介質(zhì)基板與所述上偶極子相連，所述外導(dǎo)體穿過所述金屬反射板與所述下偶極子相連。
[0006]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述上偶極子與下偶極子呈中心對(duì)稱分布。
[0007]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述上偶極子與下偶極子的形狀和大小相同。
[0008]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述上偶極子與下偶極子分別包括兩個(gè)偶極子臂，所述兩個(gè)偶極子臂之間通過圓環(huán)連接，其中，所述兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差。
[0009]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述偶極子臂為末端開路的偶極子臂。
[0010]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述上偶極子與下偶極子的圓環(huán)半徑相同，所述圓環(huán)為切去四分之一周長(zhǎng)的圓環(huán)。
[0011]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述上下偶極子的四個(gè)偶極子臂的任意相鄰兩偶極子臂之間都具有90度相位差。
[0012]所述的圓極化交叉偶極子天線，其中，所述介質(zhì)基板與金屬反射板上下平行設(shè)置并通過支柱螺絲固定連接在一起。
[0013]一種如上所述的圓極化交叉偶極子天線的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟:
A、制備介質(zhì)基板，并在所述介質(zhì)基板上下表面按照中心對(duì)稱原則分別設(shè)置形狀大小相同的上偶極子和下偶極子，其中，所述上偶極子和下偶極子均設(shè)置有兩個(gè)通過圓環(huán)連接的偶極子臂，調(diào)節(jié)所述圓環(huán)的半徑分別使上偶極子和下偶極子的兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差；
B、制備金屬反射板，將設(shè)置有上下偶極子的介質(zhì)基板與金屬反射板上下平行設(shè)置并通過支柱螺絲固定；
C、在所述金屬反射板和介質(zhì)基板上鉆設(shè)同軸孔，在所述同軸孔中設(shè)置所述同軸饋電單元的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，其中，所述內(nèi)導(dǎo)體與所述上偶極子相連接，所述外導(dǎo)體與所述下偶極子相連接。
[0014]一種電子裝置，具有無線傳輸功能，其中，所述電子裝置包括用如上所述方法制備的圓極化交叉偶極子天線。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法，本發(fā)明將交叉偶極子天線引入到微帶貼片上，使得本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線不僅具有微帶天線體積小，重量輕且易與應(yīng)用平臺(tái)共形、易集成的特點(diǎn)，還具有很寬的阻抗帶寬和圓極化帶寬(軸比帶寬)，增益高的特點(diǎn)，同時(shí)制造成本也進(jìn)一步降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為圖2中A指代區(qū)域的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線制備方法流程圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線的回波損耗仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線的軸比仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
[0022]圖7為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線的增益仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
[0023]圖8為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線在2.45GHz處Phi=0°左右旋圓極化方向圖。
[0024]圖9為本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線在2.45GHz處Phi=90°左右旋圓極化方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖1、圖2、圖3所示的一種圓極化交叉偶極子天線，該天線應(yīng)用于ISM頻段無線通信，其中，所述天線包括金屬反射板100、設(shè)置在所述金屬反射板100上方的介質(zhì)基板200、設(shè)置在所述介質(zhì)基板200上下表面的交叉偶極子輻射單元、與所述交叉偶極子輻射單元相連的同軸饋電單元400，所述交叉偶極子輻射單元包括分別印制在所述介質(zhì)基板上下表面的類似微帶天線的上偶極子310和下偶極子320，所述同軸饋電單元400包括內(nèi)導(dǎo)體410和外導(dǎo)體420，所述內(nèi)導(dǎo)體410穿過所述金屬反射板和介質(zhì)基板與所述上偶極子310相連，所述外導(dǎo)體420穿過所述金屬反射板與所述下偶極子相連320。
[0027]所述上偶極子與下偶極子的形狀和大小相同，所述上偶極子與下偶極子呈中心對(duì)稱分布，即下偶極子相當(dāng)于上偶極子繞介質(zhì)基板中心旋轉(zhuǎn)180度，再向下移一個(gè)介質(zhì)基板厚度，即印制在介質(zhì)基板的下表面。所述上偶極子與下偶極子分別包括兩個(gè)偶極子臂，所述兩個(gè)偶極子臂之間通過圓環(huán)330連接，較佳的是，所述上偶極子與下偶極子的圓環(huán)半徑相同，所述圓環(huán)為切去四分之一周長(zhǎng)的圓環(huán)，即所述圓環(huán)為具有完整圓環(huán)3/4周長(zhǎng)的圓環(huán)，其中，所述兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差，該90度相位差是通過調(diào)節(jié)所述圓環(huán)的半徑到一定值時(shí)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)設(shè)置合適半徑的圓環(huán)時(shí)，即使得圓環(huán)的周長(zhǎng)等于或近似等于天線輻射波長(zhǎng)的四分之一時(shí)的半徑。圓環(huán)就變成了一個(gè)90°的相位延時(shí)線，從而使偶極子兩個(gè)偶極子臂之間具有90度的相位差，繼而產(chǎn)生圓極化輻射，另外，調(diào)節(jié)所述圓環(huán)的寬度，可改變天線的阻抗，當(dāng)設(shè)置合適寬度的圓環(huán)時(shí)，能夠展寬天線的阻抗帶寬。上下偶極子均通過如上設(shè)置使偶極子臂之間具有90度相位差及展寬阻抗帶寬。通過下偶極子與同軸的外導(dǎo)體相連接及上偶極子與同軸的內(nèi)導(dǎo)體相連接，使得上下偶極子的電流相反，再結(jié)合上下偶極子的兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差的設(shè)置，使得所述上下偶極子的四個(gè)偶極子臂中的任意相鄰兩偶極子臂之間都具有90度相位差。這樣，就整個(gè)天線而言，進(jìn)一步展寬了圓極化帶寬，而且，采用末端開路的寬的偶極子臂也有助于調(diào)節(jié)阻抗帶寬和圓極化帶寬。
[0028]所述介質(zhì)基板200與金屬反射板100上下平行設(shè)置并通過四個(gè)角上設(shè)置的支柱螺絲500固定連接在一起。
[0029]如圖4所示的圓極化交叉偶極子天線的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟: S100、制備介質(zhì)基板，并在所述介質(zhì)基板上下表面按照中心對(duì)稱原則分別設(shè)置形狀大
小相同的上偶極子和下偶極子，其中，所述上偶極子和下偶極子均設(shè)置有兩個(gè)通過圓環(huán)連接的偶極子臂，調(diào)節(jié)所述圓環(huán)的半徑分別使上偶極子和下偶極子的兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差；
S200、制備金屬反射板，將設(shè)置有上下偶極子的介質(zhì)基板與金屬反射板上下平行設(shè)置并通過支柱螺絲固定；
S300、在所述金屬反射板和介質(zhì)基板上鉆設(shè)同軸孔，在所述同軸孔中設(shè)置所述同軸饋電單元的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，其中，所述內(nèi)導(dǎo)體與所述上偶極子相連接，所述外導(dǎo)體與所述下偶極子相連接。
[0030]在實(shí)際制備過程中，可通過調(diào)節(jié)圓極化交叉偶極子天線各部分的尺寸，使得該天線能夠應(yīng)用于各個(gè)頻段。
[0031]一種電子裝置，具有無線傳輸功能，其中，所述電子裝置包括用如上所述方法制備的圓極化交叉偶極子天線，所述圓極化交叉偶極子天線用于無線信號(hào)的接收發(fā)送。
[0032]如圖5-9所示,所述圓極化交叉偶極子天線工作的中心頻率為2.45GHz,天線的橫向尺寸為55mmX55mm、縱向高度為29.6mm ;上述天線在頻段2.02GHz-3.19GHz內(nèi)，回波損耗小于-1OdB,阻抗帶寬為47.7%。天線軸比在2.30GHz-3.15GHz內(nèi)小于3dB,圓極化帶寬(軸比帶寬)達(dá)到34.7% ;天線同時(shí)滿足回波損耗小于-1OdB和軸比小于3dB的頻帶范圍為2.30GHz-3.15GHzο 天線在 2.35GHz 處達(dá)到最大增益 7.05dBi，在 2.30GHz_3.15GHz 范圍內(nèi)的平均增益為6.4dBi。
[0033]本發(fā)明提供一種圓極化交叉偶極子天線及其制備方法，本發(fā)明將交叉偶極子天線引入到微帶貼片上，使得本發(fā)明的圓極化交叉偶極子天線不僅具有微帶天線體積小，重量輕且易與應(yīng)用平臺(tái)共形、易集成的特點(diǎn)，還具有很寬的阻抗帶寬和圓極化帶寬(軸比帶寬)，增益高的特點(diǎn)，同時(shí)制造成本也進(jìn)一步降低。
[0034]綜上所述，以上僅為本發(fā)明所選取的實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述天線包括金屬反射板、設(shè)置在所述金屬反射板上方的介質(zhì)基板、設(shè)置在所述介質(zhì)基板上下表面的交叉偶極子輻射單元、與所述交叉偶極子輻射單元相連的同軸饋電單元，所述交叉偶極子輻射單元包括分別設(shè)置在所述介質(zhì)基板上下表面的上偶極子和下偶極子，所述同軸饋電單元包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，所述內(nèi)導(dǎo)體穿過所述金屬反射板和介質(zhì)基板與所述上偶極子相連，所述外導(dǎo)體穿過所述金屬反射板與所述下偶極子相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述上偶極子與下偶極子呈中心對(duì)稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述上偶極子與下偶極子的形狀和大小相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述上偶極子與下偶極子分別包括兩個(gè)偶極子臂，所述兩個(gè)偶極子臂之間通過圓環(huán)連接，其中，所述兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述偶極子臂為末端開路的偶極子臂。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述上偶極子與下偶極子的圓環(huán)半徑相同，所述圓環(huán)為切去四分之一周長(zhǎng)的圓環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述上下偶極子的四個(gè)偶極子臂的任意相鄰兩偶極子臂之間都具有90度相位差。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化交叉偶極子天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板與金屬反射板上下平行設(shè)置并通過支柱螺絲固定連接在一起。
9.一種如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的圓極化交叉偶極子天線的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: A、制備介質(zhì)基板，并在所述介質(zhì)基板上下表面按照中心對(duì)稱原則分別設(shè)置形狀大小相同的上偶極子和下偶極子，其中，所述上偶極子和下偶極子均設(shè)置有兩個(gè)通過圓環(huán)連接的偶極子臂，調(diào)節(jié)所述圓環(huán)的半徑分別使上偶極子和下偶極子的兩個(gè)偶極子臂之間具有90度相位差； B、制備金屬反射板，將設(shè)置有上下偶極子的介質(zhì)基板與金屬反射板上下平行設(shè)置并通過支柱螺絲固定； C、在所述金屬反射板和介質(zhì)基板上鉆設(shè)同軸孔，在所述同軸孔中設(shè)置所述同軸饋電單元的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，其中，所述內(nèi)導(dǎo)體與所述上偶極子相連接，所述外導(dǎo)體與所述下偶極子相連接。
10.一種電子裝置，具有無線傳輸功能，其特征在于，所述電子裝置包括用如權(quán)利要求9所述方法制備的圓極化交叉偶極子天線。
【文檔編號(hào)】H01Q19/10GK103474765SQ201310420597
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】何業(yè)軍, 賀衛(wèi), 劉航, 楊潔, 孫桂圓 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)