一種新概念寬帶圓極化天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新概念寬帶圓極化天線，饋線與天線輻射單元連接，天線輻射單元蝕刻在介質(zhì)基板上，介質(zhì)基板通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)水平固定在反射板的上方，天線輻射單元包括兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元、共面微帶線及T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)，兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元及共面微帶線蝕刻在介質(zhì)基板的背面，所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)蝕刻在介質(zhì)基板的正面，所述兩個(gè)彎折振子關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)，共面微帶線設(shè)置在介質(zhì)基板的中軸線，由兩個(gè)寬縫共面微帶線及窄縫微帶線構(gòu)成，兩個(gè)寬縫共面微帶線分別給兩個(gè)彎折振子饋電，通過(guò)非中心饋電的彎折振子激勵(lì)出圓極化波，寬帶圓極化天線是新穎且簡(jiǎn)單的全平面結(jié)構(gòu)，便于加工成型。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新概念寬帶圓極化天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種新概念寬帶圓極化天線。

【背景技術(shù)】
[0002] 圓極化天線在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因?yàn)閳A極化天線不 僅能夠減少多徑效應(yīng)還能接收任意極化的來(lái)波，同時(shí)定向的圓極化天線既能夠提供很高的 安全性，同時(shí)能夠提高信道的利用率。另外，天線若輻射左旋圓極化波，則只接收左旋圓極 化波而不接收右旋圓極化波；反之亦然，這稱(chēng)為圓極化天線的旋向正交性，在移動(dòng)通信的極 化分集工作中可以利用圓極化天線的旋向正交性提高通信容量。圓極化波入射到對(duì)稱(chēng)目標(biāo) (如平面、球面等）時(shí)，旋向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，圓極化天線應(yīng)用于移動(dòng)通信中能抑制雨霧干擾和抗 多徑反射，實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，增大系統(tǒng)容量，提高通信質(zhì)量。
[0003] 當(dāng)前圓極化天線的設(shè)計(jì)主要有兩種方法：一種是基于行波的螺旋天線；一種是基 于正交振子，使兩個(gè)振子上面的電流幅度相等相位相差90度，從而輻射圓極化波。但是像 螺旋天線這樣的行波類(lèi)型的圓極化天線一般都是立體的，占用體積較大，不利于系統(tǒng)集成， 平面的螺旋天線的輻射方向圖都是雙向輻射，增益也會(huì)很低。正交振子實(shí)現(xiàn)的圓極化天線 一般都需要外接匹配電路，或者是雙饋電形式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難制作。圓極化微帶貼片天線 受介質(zhì)板材厚度限制，帶寬有限，通常單層微帶天線帶寬都不到5%，即使采用很多層微帶 板堆疊，也只能展寬有限帶寬，這樣也限制了天線的應(yīng)用范圍。
[0004] 為了獲得寬帶圓極化定向天線，設(shè)計(jì)人員提出了很多種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用縫隙耦 合的饋電方式，而且是多層微帶板層疊的形式，是一種常用的展寬帶寬的一種方法。但是這 種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積很大，制作工藝要求高。還有用L型探針耦合饋電，但是這種方法一 般都需要外加匹配電路，而且一般都是雙饋電形式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高。
[0005] 綜合看來(lái)，目前已有的寬帶圓極化天線技術(shù)，很難在定寬頻帶和全平面三方面都 實(shí)現(xiàn)較好的性能


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種新概念寬帶圓極化天線。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種新概念寬帶圓極化天線，包括天線輻射單元、介質(zhì)基板、反射板及饋線，所述 饋線與天線福射單元連接，所述天線福射單元蝕刻在介質(zhì)基板上，所述介質(zhì)基板通過(guò)支撐 結(jié)構(gòu)水平固定在反射板的上方，所述天線輻射單元包括兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元、共面 微帶線及T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元及共面微帶線蝕刻在介 質(zhì)基板的背面，所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)蝕刻在介質(zhì)基板的正面，所述兩個(gè)彎折振子關(guān)于 介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)，所述共面微帶線設(shè)置在介質(zhì)基板的中軸線，由兩個(gè)寬縫共面微帶線及 窄縫微帶線構(gòu)成，所述兩個(gè)寬縫共面微帶線分別給兩個(gè)彎折振子饋電，所述彎折振子是非 中心饋電結(jié)構(gòu)。
[0009] 所述彎折振子的彎曲角度為70-100度，所述彎折振子的長(zhǎng)度為0.6λ?1 λ，具體 包括彎折振子水平部分及彎折振子垂直部分，所述彎折振子水平部分的長(zhǎng)度與彎折振子垂 直部分的長(zhǎng)度比為0.6-1. 4,其中λ為介質(zhì)基板內(nèi)頻率2. 2GHz所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
[0010] 寄生單元在所述彎折振子水平部分的下方，并與寬縫共面微帶線連接，通過(guò)耦合 增強(qiáng)天線的阻抗帶寬。
[0011] 所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度蝕刻在窄縫共面微帶線上，其垂直部分 橫跨窄縫共面微帶線的縫隙兩端。
[0012] 所述支撐結(jié)構(gòu)是由絕緣材料制成的，支撐結(jié)構(gòu)的高度為Ο.?λ?0.5 λ，其中，λ 為自由空間頻率2. 2GHz對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
[0013] 所述寬縫共面微帶線的特征阻抗180 Ω?220 Ω，所述窄縫共面微帶線的特征阻 抗 80Ω ?120Ω。
[0014] 還包括一個(gè)非金屬過(guò)孔，所述非金屬過(guò)孔開(kāi)在窄縫共面微帶線上，且位于所述T 型微帶線饋電結(jié)構(gòu)的垂直部分的下端，所述饋線為軟同軸線，饋線的內(nèi)芯穿過(guò)非金屬化通 孔與介質(zhì)板正面的T型微帶線焊接，饋線的外心與窄縫共面微帶線焊接。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：
[0016] (1)本發(fā)明具有全平面的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，制作簡(jiǎn)便；
[0017] (2)本發(fā)明的天線輻射單元采用非中心饋電的彎折振子，有利于振子的兩個(gè)正交 的部分激勵(lì)出幅度相等相位相差90度的表面電流，從而能使天線激勵(lì)出圓極化波；
[0018] (3)通過(guò)在彎折振子的水平部分下面增加寄生單元，通過(guò)耦合增強(qiáng)天線的帶寬；
[0019] (4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，天線結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且全平面結(jié)構(gòu)， 組成部件少便于加工成型，具有寬頻帶，高增益，單向輻射的特性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是一種新概念寬帶圓極化天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是圖1中天線輻射單元的結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖3是圖1的側(cè)視圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的阻抗帶寬圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的軸比帶寬圖；
[0025] 圖6(3)是本發(fā)明實(shí)施例在1.76抱卩111 = 0方向的福射方向圖，圖6(13)1.76抱口111 =90度方向的輻射方向圖；
[0026] 圖7(a)是本發(fā)明實(shí)施例在2. 4GHz phi = 0度方向的輻射方向圖，圖7(b) 2. 4GHz phi = 90度方向的福射方向圖；
[0027] 圖8 (a)本發(fā)明實(shí)施例在3GHz phi = 0度方向的輻射方向圖，圖8(b)本發(fā)明實(shí)施 例在3GHz phi = 90度方向的輻射方向圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
[0029] 實(shí)施例
[0030] 如圖1、圖2所示，一種新概念寬帶圓極化天線，包括天線輻射單元、介質(zhì)基板12、 反射板2及饋線3,所述饋線3與天線福射單元連接，所述天線福射單元蝕刻在介質(zhì)基板12 上，所述介質(zhì)基板12通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)4水平固定在反射板的上方，所述支撐結(jié)構(gòu)4有絕緣材 料制成，高度為〇.1λ?0.5 λ，其中，λ為自由空間頻率2. 2GHz對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，所述支撐結(jié) 構(gòu)的高度取決于天線輻射單元與反射板2的距離，材料可以選用塑料或木棒，本實(shí)施例支 撐結(jié)構(gòu)包括四根木棒，分別位于介質(zhì)基板的四個(gè)角，木棒的高度為41_。
[0031] 所述天線輻射單元包括兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元7、7A、共面微帶線及T型微 帶線饋電結(jié)構(gòu)10,所述兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元7、7A及共面微帶線蝕刻在介質(zhì)基板12 的背面，所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)10蝕刻在介質(zhì)基板12的正面，本實(shí)施例介質(zhì)基板12采 用高頻板材R04350B，厚度0. 76mm，相對(duì)介電常數(shù)3. 48,所述兩個(gè)彎折振子關(guān)于介質(zhì)基板12 中心對(duì)稱(chēng)，所述共面微帶線設(shè)置在介質(zhì)基板的中軸線，由兩個(gè)寬縫共面微帶線8及窄縫微 帶線9構(gòu)成，所述兩個(gè)寬縫共面微帶線分別給兩個(gè)彎折振子饋電，所述彎折振子為非中心 饋電振子，所述寬縫共面微帶線8特征阻抗180 Ω?220 Ω，所述窄縫共面微帶線9的特征 阻抗80 Ω?120 Ω，從而實(shí)現(xiàn)天線的阻抗匹配。
[0032] 所述兩個(gè)寄生單元7、7A分別安裝在兩個(gè)彎折振子的水平部分6、6A的下方，并與 寬縫共面微帶線連接，通過(guò)耦合增強(qiáng)天線的阻抗帶寬。
[0033] 所述兩個(gè)彎折振子的結(jié)構(gòu)及彎曲角度完全相同，所述彎折振子的彎曲角度為 70-100度，優(yōu)選為90度，彎折振子的長(zhǎng)度為為0. 6 λ?1 λ，所述彎折振子包括水平部分及 垂直部分，兩個(gè)水平部分6、6Α分別與兩個(gè)垂直部分5、5Α在空間上正交，所述彎折振子的水 平部分及垂直部分在空間上構(gòu)成正交，通過(guò)在振子的水平部分和垂直部分激勵(lì)出幅度相等 相位相差90度的表面電流，通過(guò)非中心饋電的彎折振子激勵(lì)獲得圓極化波。
[0034] 兩個(gè)彎折振子關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)放置，所述水平部分的長(zhǎng)度與垂直部分的長(zhǎng) 度比為0.6-1. 4,其中λ為介質(zhì)基板內(nèi)頻率2.2GHz所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，兩個(gè)彎折振子的饋電點(diǎn) 都偏離振子的中心，寬縫共面微帶線連接振子的饋電點(diǎn)給振子提供激勵(lì)。
[0035] 所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)10蝕刻在介質(zhì)基板的正面，所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)的 特征阻抗為40 Ω?50 Ω，所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度放置，T型微帶垂直部 分跨接在窄縫共面微帶線之間，T型微帶線的水平部分的微帶線長(zhǎng)度范圍0. 1 λ?〇. 3 λ， 其中λ為介質(zhì)基板內(nèi)頻率2. 2GHz所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，Τ型微帶線的垂直部分的微帶線長(zhǎng)度范 圍0. 05?0. 2 λ，其中λ為介質(zhì)基板內(nèi)頻率2. 2GHz所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
[0036] 如圖3所示，本發(fā)明采用一根饋線3給天線饋電，饋線可以是軟同軸或硬同軸等， 本實(shí)例采用軟同軸，本發(fā)明還包括一個(gè)非金屬過(guò)孔11，所述非金屬過(guò)孔11開(kāi)在窄縫共面微 帶線上，且位于所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)的垂直部分的下端，本實(shí)施例的饋線選用軟同軸 線，所述饋線的內(nèi)芯穿過(guò)非金屬化通孔11與介質(zhì)板正面的T型微帶線焊接，外心與窄縫共 面微帶線9焊接，該天線僅僅需要一個(gè)焊接點(diǎn)，反射板2是一個(gè)簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方形金屬板。
[0037] 本發(fā)明僅用兩個(gè)彎折的振子就可以實(shí)現(xiàn)圓極化，采用共面微帶線給彎折振子饋 電，整個(gè)天線完全對(duì)稱(chēng)，如圖4、圖5、圖6(a)、圖6(b)、圖7(a)、圖7(b)、圖8(a)及圖8(b) 所示，阻抗帶寬能覆蓋1700-3000MHZ的寬頻帶（回波損耗彡15dB)，軸比帶寬能覆蓋 1690-3000MHZ的寬頻帶（軸比彡3dB)。由于天線結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，所以輻射方向圖對(duì)稱(chēng)，且獲得 了很高的增益特性，該新類(lèi)型寬帶圓極化天線完全覆蓋當(dāng)前移動(dòng)通信的頻段。
[0038] 天線采用T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)行饋電，使得天線獲得很好的阻抗帶寬，T型微帶 線的寬度為1. 7mm，對(duì)應(yīng)的特征阻抗50 Ω。
[0039] 本發(fā)明具有全平面的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，制作簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新，阻抗帶寬和軸比帶寬都 很大，天線的增益高，輻射方向圖對(duì)稱(chēng)。
[0040] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種新概念寬帶圓極化天線，包括天線福射單元、介質(zhì)基板、反射板及饋線，所述饋 線與天線輻射單元連接，所述天線輻射單元蝕刻在介質(zhì)基板上，其特征在于，所述介質(zhì)基板 通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)水平固定在反射板的上方，所述天線輻射單元包括兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生 單元、共面微帶線及T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)彎折振子、兩個(gè)寄生單元及共面微帶線 蝕刻在介質(zhì)基板的背面，所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)蝕刻在介質(zhì)基板的正面，所述兩個(gè)彎折 振子關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)，所述共面微帶線設(shè)置在介質(zhì)基板的中軸線，由兩個(gè)寬縫共面 微帶線及窄縫微帶線構(gòu)成，所述兩個(gè)寬縫共面微帶線分別給兩個(gè)彎折振子饋電，所述彎折 振子是非中心饋電結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，所述彎折振子 的彎曲角度為70-100度，所述彎折振子的長(zhǎng)度為0. 6 λ?1 λ，具體包括彎折振子水平部 分及彎折振子垂直部分，所述彎折振子水平部分的長(zhǎng)度與彎折振子垂直部分的長(zhǎng)度比為 0.6-1. 4,其中λ為介質(zhì)基板內(nèi)頻率2. 2GHz所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，寄生單元在所述 彎折振子水平部分的下方，并與寬縫共面微帶線連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，所述T型微帶線饋 電結(jié)構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度蝕刻在窄縫共面微帶線上，其垂直部分橫跨窄縫共面微帶線的縫 隙兩端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)是 由絕緣材料制成的，支撐結(jié)構(gòu)的高度為0. 1 λ?0.5λ，其中，λ為自由空間頻率2. 2GHz對(duì) 應(yīng)的波長(zhǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，所述寬縫共面微 帶線的特征阻抗180 Ω?220 Ω，所述窄縫共面微帶線的特征阻抗80 Ω?120 Ω。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，還包括一個(gè)非金 屬過(guò)孔，所述非金屬過(guò)孔開(kāi)在窄縫共面微帶線上，且位于所述T型微帶線饋電結(jié)構(gòu)的垂直 部分的下端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念寬帶圓極化天線，其特征在于，所述饋線為軟同 軸線，饋線的內(nèi)芯穿過(guò)非金屬化通孔與介質(zhì)板正面的T型微帶線焊接，饋線的外心與窄縫 共面微帶線焊接。
【文檔編號(hào)】H01Q21/24GK104157968SQ201410327962
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】李融林, 潘利軍, 崔悅慧 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)