本發(fā)明涉及正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線，屬于無線電通訊技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)終端隨時(shí)隨地進(jìn)行高效通信的要求也日益上升，這就對(duì)其天線的性能提出了更高的要求。得益于中繼技術(shù)的發(fā)展和基站數(shù)量的增多，對(duì)于無線通信系統(tǒng)中的天線而言，大多數(shù)移動(dòng)終端天線均需要其具有全向輻射特性，因?yàn)檫@樣可以保持與周圍設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。圓極化天線可以有效接收任意極化來波，防止極化失配，保證收發(fā)傳輸?shù)姆€(wěn)定性?，F(xiàn)存的圓極化天線存在頻帶較窄，增益較小體積較大等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線，所采取的技術(shù)方案如下：由于圓環(huán)形縫隙、垂直金屬帶條和矩形縫隙的存在，在頂層和底層金屬層形成了相同旋向的環(huán)形電流分布。由于上下兩個(gè)電流環(huán)對(duì)于xoy平面來說是對(duì)稱存在的，對(duì)于xoy平面的輻射而言，可以將其等效為一個(gè)位于xoy面的電流環(huán)；之后再將長(zhǎng)探針等效成短單極子。根據(jù)電流環(huán)和位于其中心位置并垂直于其所在平面的短單極子組合的模型實(shí)現(xiàn)水平全向圓極化的基本原理，可知該天線的θ₁＝θ₂＝0，其中，θ₁表示該天線組合在俯仰角θ＝θ₁處實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的圓極化輻射，θ₂表示該天線組合在俯仰角θ＝θ₂處達(dá)到了全向輻射的最大增益。這就可以合理地解釋該天線水平全向圓極化輻射。該天線為了實(shí)現(xiàn)頻帶展寬，綜合利用了四種寬頻帶技術(shù)手段，這四種技術(shù)手段分別為增大介質(zhì)基片厚度、降低介質(zhì)基片介電常數(shù)、貼片上開曲流縫隙和長(zhǎng)探針圓環(huán)形縫隙補(bǔ)償饋電技術(shù)。通過理論分析，厚介質(zhì)基片和低介電常數(shù)介質(zhì)基片展寬該天線帶寬，貼片上開曲流縫隙和圓環(huán)形縫隙補(bǔ)償長(zhǎng)探針饋電技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻帶拓寬。

所述印刷天線包括上層介質(zhì)基板1、下層介質(zhì)基板2、上層金屬貼片11和下層金屬貼片21；所述上層介質(zhì)基板1通過垂直金屬帶條a平行固定于下層介質(zhì)基板2上；所述上層金屬貼片11印刷在上層介質(zhì)基板1；所述下層金屬貼片21印刷在下層介質(zhì)基板21上；所述上層金屬貼片11和下層金屬貼片21上均設(shè)有8個(gè)矩形縫隙；所述上層金屬貼片11的8個(gè)矩形縫隙與所述下層金屬貼片21的8個(gè)矩形縫隙的尺寸和排布完全相同；所述上層金屬貼片11與下層金屬貼片21以中心位置的Z軸方向?yàn)閷?duì)稱軸成90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；所述上層金屬貼片11的8個(gè)矩形縫隙與下層金屬貼片21的8個(gè)矩形縫隙一一對(duì)應(yīng)保持正交；所述上層金屬貼片11的中心設(shè)有圓環(huán)形縫隙11a，并且在圓環(huán)中心位置設(shè)有同軸長(zhǎng)饋電探針11b。

優(yōu)選地，所述上層金屬貼片11的8個(gè)矩形縫隙分別為上層第一縫隙111、上層第二縫隙112、上層第三縫隙113、上層第四縫隙114、上層第五縫隙115、上層第六縫隙116、上層第七縫隙117和上層第八縫隙118；所述上層第一縫隙111和上層第二縫隙112相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的上側(cè)邊緣垂直；所述上層第三縫隙113和上層第四縫隙114相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的右側(cè)邊緣垂直；所述上層第五縫隙115和上層第六縫隙116相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的下側(cè)邊緣垂直；所述上層第七縫隙117和上層第八縫隙118相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的左側(cè)邊緣垂直；所述下層金屬貼片21的8個(gè)矩形縫隙分別為下層第一縫隙211、下層第二縫隙212、下層第三縫隙213、下層第四縫隙214、下層第五縫隙215、下層第六縫隙216、下層第七縫隙217和下層第八縫隙218；所述下層第一縫隙211和下層第二縫隙212相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的上側(cè)邊緣垂直；所述下層第三縫隙213和下層第四縫隙214相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的右側(cè)邊緣垂直；所述下層第五縫隙215和下層第六縫隙216相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的下側(cè)邊緣垂直；所述下層第七縫隙217和下層第八縫隙218相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的左側(cè)邊緣垂直。

優(yōu)選地，所述上層第一縫隙111、上層第三縫隙113、上層第五縫隙115和上層第七縫隙117的尺寸規(guī)格相同；所述上層第二縫隙112、上層第四縫隙114、上層第六縫縫隙116和上層第八縫隙118的尺寸規(guī)格相同；所述上層第一縫隙111的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為14.2mm；所述上層第二縫隙112的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為17.1mm。

優(yōu)選地，所述下層第一縫隙211、下層第三縫隙213、下層第五縫隙215和下層第七縫隙217的尺寸規(guī)格相同；所述下層第二縫隙212、下層第四縫隙214、下層第六縫縫隙216和下層第八縫隙218的尺寸規(guī)格相同；所述下層第一縫隙211的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為14.2mm；所述下層第二縫隙212的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為17.1mm。

優(yōu)選地，所述上層第一縫隙111與上層第二縫隙112的縫中心間距、上層第三縫隙113與上層第四縫隙114的縫中心間距、上層第五縫隙115與上層第六縫隙116的縫中心間距、上層第七縫隙117與上層第八縫隙118的縫中心間距均為9.6mm。

優(yōu)選地，所述下層第一縫隙111與下層第二縫隙112的縫中心間距、下層第三縫隙113與下層第四縫隙114的縫中心間距、下層第五縫隙115與下層第六縫隙116的縫中心間距、下層第七縫隙117與下層第八縫隙118的縫中心間距均為9.6mm。

優(yōu)選地，所述上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2均采用邊長(zhǎng)為40mm的正方形基板；所述上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2之間的高度距離為8mm；所述垂直金屬帶條a的寬度為8mm；所述圓環(huán)形縫隙11a的內(nèi)徑為2.7mm，外徑為4.7mm。

優(yōu)選地，所述正方形基板采用厚度為3mm，介電常數(shù)為4.4，介質(zhì)損耗角正切0.02的FR4環(huán)氧板。

本發(fā)明有益效果：

(1)工作頻率范圍：2.2GHz～2.6GHz；

(2)反射系數(shù)|S₁₁|≤-10dB；

(3)全向右旋圓極化輻射，軸比AR≤3dB；

(4)方向圖不圓度≤2dB；

(5)增益G≥3dBi。

本發(fā)明提出的正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線在|S₁₁|<-10dB時(shí)的頻帶寬度BW_Z為2.19GHz～2.67GHz(480MHz)，相對(duì)帶寬為20％。在軸比AR<3dB時(shí)的頻帶寬度BW_AR為2.00GHz～2.60GHz(600MHz)，相對(duì)帶寬為25％。該天線的AR-|S₁₁|帶寬為2.19GHz～2.60GHz(410MHz)，相對(duì)帶寬為17.1％。該天線在水平面上具有全向輻射特性。該天線的方向圖水平面不圓度在0.2dB左右，方向圖在水平面上有良好全向特性，并且增益在水平面上也達(dá)到最大。該天線可用于S波段衛(wèi)星導(dǎo)航、移動(dòng)通信等方面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述上層金屬貼片的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述下層金屬貼片的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

(1、上層介質(zhì)基板；2，下層介質(zhì)基板；11，上層金屬貼片；21，下層金屬貼片；a，垂直金屬帶條；11a，圓環(huán)形縫隙；11b，同軸長(zhǎng)饋電探針；111，上層第一縫隙；112，上層第二縫隙；113，上層第三縫隙；114，上層第四縫隙；115，上層第五縫隙；116，上層第六縫隙；117，上層第七縫隙；118，上層第八縫隙；211，下層第一縫隙；212，下層第二縫隙；213，下層第三縫隙；214，下層第四縫隙；215，下層第五縫隙；216，下層第六縫隙；217，下層第七縫隙；218，下層第八縫隙)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1：

圖1為本發(fā)明所述正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，該印刷天線包括包括上層介質(zhì)基板1、下層介質(zhì)基板2、上層金屬貼片11和下層金屬貼片21；上層介質(zhì)基板1通過四個(gè)垂直金屬帶條a平行固定于下層介質(zhì)基板2上；其中，四個(gè)垂直金屬帶條a分別固定于下層介質(zhì)基板2的四個(gè)邊緣處。上層介質(zhì)基板1、下層介質(zhì)基板2為正方形基板，上層金屬貼片11和下層金屬貼片21為尺寸與對(duì)應(yīng)的基板相同的正方形金屬貼片。上層金屬貼片11印刷在上層介質(zhì)基板1；下層金屬貼片21印刷在下層介質(zhì)基板21上；上層金屬貼片11和下層金屬貼片21上均設(shè)有8個(gè)矩形縫隙；上層金屬貼片11的8個(gè)矩形縫隙與所述下層金屬貼片21的8個(gè)矩形縫隙的尺寸和排布完全相同；上層金屬貼片11與下層金屬貼片21以中心位置的Z軸方向?yàn)閷?duì)稱軸成90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；上層金屬貼片11的8個(gè)矩形縫隙與下層金屬貼片21的8個(gè)矩形縫隙一一對(duì)應(yīng)保持正交；上層金屬貼片11的中心設(shè)有圓環(huán)形縫隙11a，并且在圓環(huán)中心位置設(shè)有同軸長(zhǎng)饋電探針11b。

圖2為本發(fā)明所述上層金屬貼片的正面結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，上層金屬貼片11的8個(gè)矩形縫隙分別為上層第一縫隙111、上層第二縫隙112、上層第三縫隙113、上層第四縫隙114、上層第五縫隙115、上層第六縫隙116、上層第七縫隙117和上層第八縫隙118；上層第一縫隙111和上層第二縫隙112相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的上側(cè)邊緣垂直；上層第三縫隙113和上層第四縫隙114相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的右側(cè)邊緣垂直；上層第五縫隙115和上層第六縫隙116相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的下側(cè)邊緣垂直；上層第七縫隙117和上層第八縫隙118相互平行，并均與上層金屬貼片11正面的左側(cè)邊緣垂直。

圖3為本發(fā)明所述下層金屬貼片的正面結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，下層金屬貼片21的8個(gè)矩形縫隙分別為下層第一縫隙211、下層第二縫隙212、下層第三縫隙213、下層第四縫隙214、下層第五縫隙215、下層第六縫隙216、下層第七縫隙217和下層第八縫隙218；下層第一縫隙211和下層第二縫隙212相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的上側(cè)邊緣垂直；下層第三縫隙213和下層第四縫隙214相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的右側(cè)邊緣垂直；下層第五縫隙215和下層第六縫隙216相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的下側(cè)邊緣垂直；下層第七縫隙217和下層第八縫隙218相互平行，并均與下層金屬貼片21正面的左側(cè)邊緣垂直。

上層第一縫隙111、上層第三縫隙113、上層第五縫隙115和上層第七縫隙117尺寸規(guī)格相同，為短矩形縫隙；上層第二縫隙112、上層第四縫隙114、上層第六縫縫隙116和上層第八縫隙118的尺寸規(guī)格相同，為長(zhǎng)矩形縫隙；上層第一縫隙111的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為14.2mm；上層第二縫隙112的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為17.1mm。下層第一縫隙211、下層第三縫隙213、下層第五縫隙215和下層第七縫隙217的尺寸規(guī)格相同，為短矩形縫隙；下層第二縫隙212、下層第四縫隙214、下層第六縫縫隙216和下層第八縫隙218的尺寸規(guī)格相同，為長(zhǎng)矩形縫隙；下層第一縫隙211的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為14.2mm；下層第二縫隙212的縫寬為1.8mm，長(zhǎng)度為17.1mm。上層第一縫隙111與上層第二縫隙112的縫中心間距、上層第三縫隙113與上層第四縫隙114的縫中心間距、上層第五縫隙115與上層第六縫隙116的縫中心間距、上層第七縫隙117與上層第八縫隙118的縫中心間距均為9.6mm。下層第一縫隙111與下層第二縫隙112的縫中心間距、下層第三縫隙113與下層第四縫隙114的縫中心間距、下層第五縫隙115與下層第六縫隙116的縫中心間距、下層第七縫隙117與下層第八縫隙118的縫中心間距均為9.6mm。上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2均采用邊長(zhǎng)為40mm的正方形基板；所述上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2之間的高度距離為8mm；垂直金屬帶條a的寬度為8mm；所述圓環(huán)形縫隙11a的內(nèi)徑為2.7mm，外徑為4.7mm。正方形基板采用厚度為3mm，介電常數(shù)為4.4，介質(zhì)損耗角正切0.02的FR4環(huán)氧板。本發(fā)明提出的正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線的各部分尺寸數(shù)據(jù)如表1所示。

表1天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)(mm)

其中，A表示正方形基板的邊長(zhǎng)；W表示垂直金屬帶條a的寬度；H表示垂直金屬帶條a的高度；l₁為短矩形縫隙的長(zhǎng)度；l₂為長(zhǎng)矩形縫隙的長(zhǎng)度；d₁為短矩形縫隙中心距正方形邊長(zhǎng)中心點(diǎn)的距離；d₂為長(zhǎng)矩形縫隙中心距正方形邊長(zhǎng)中心點(diǎn)的距離；W₁表示所有縫隙的寬度；R_in為圓環(huán)形縫隙的內(nèi)徑；R_out為圓環(huán)形縫隙的外徑。

由于圓環(huán)形縫隙、垂直金屬帶條和矩形縫隙的存在，在頂層和底層金屬層形成了相同旋向的環(huán)形電流分布。由于上下兩個(gè)電流環(huán)對(duì)于xoy平面來說是對(duì)稱存在的，對(duì)于xoy平面的輻射而言，可以將其等效為一個(gè)位于xoy面的電流環(huán)；之后再將長(zhǎng)探針等效成短單極子。根據(jù)電流環(huán)和位于其中心位置并垂直于其所在平面的短單極子組合的模型實(shí)現(xiàn)水平全向圓極化的基本原理，可知該天線的θ₁＝θ₂＝0，就可以合理地解釋該天線水平全向圓極化輻射。該天線為了實(shí)現(xiàn)頻帶展寬，綜合利用了四種寬頻帶技術(shù)手段，這四種技術(shù)手段分別為增大介質(zhì)基片厚度、降低介質(zhì)基片介電常數(shù)、貼片上開曲流縫隙和長(zhǎng)探針圓環(huán)形縫隙補(bǔ)償饋電技術(shù)。通過理論分析，厚介質(zhì)基片和低介電常數(shù)介質(zhì)基片展寬該天線帶寬，貼片上開曲流縫隙和圓環(huán)形縫隙補(bǔ)償長(zhǎng)探針饋電技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻帶拓寬。

本發(fā)明提出的正交雙縫隙型寬帶全向圓極化印刷天線在|S₁₁|<-10dB時(shí)的頻帶寬度BW_Z為2.19GHz～2.67GHz(480MHz)，相對(duì)帶寬為20％。在軸比AR<3dB時(shí)的頻帶寬度BW_AR為2.00GHz～2.60GHz(600MHz)，相對(duì)帶寬為25％。該天線的AR-|S₁₁|帶寬為2.19GHz～2.60GHz(410MHz)，相對(duì)帶寬為17.1％。該天線在水平面上具有全向輻射特性。該天線的方向圖水平面不圓度在0.2dB左右，方向圖在水平面上有良好全向特性，并且增益在水平面上也達(dá)到最大。該天線可用于S波段衛(wèi)星導(dǎo)航、移動(dòng)通信等方面。

雖然本發(fā)明已以較佳的實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動(dòng)和修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。