具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微帶天線，尤其是一種具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，屬于無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，單純的線極化很難滿足通信要求。圓極化天線具有可接收任意極化方式的來(lái)波，且其輻射波也可出任意極化方式的天線收到，有旋向正交性，能夠抑制云雨干擾和抗多徑反射等優(yōu)點(diǎn)。由于圓極化天線在現(xiàn)代通信中的優(yōu)越性能，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。從便攜性、經(jīng)濟(jì)性、減小RCS以及EMC特性等角度考慮，往往期望可以僅采用一副天線獲得多副天線的功能，而圓極化天線具有較強(qiáng)的抗干擾能力，因而收發(fā)一體雙圓極化天線的研究意義非常重大。
[0003]微帶圓極化天線由于結(jié)合了微帶天線和圓極化天線二者的優(yōu)點(diǎn)及特性，因此被廣泛應(yīng)用于無(wú)線應(yīng)用，如:測(cè)量、通信、衛(wèi)星、航天、全球定位系統(tǒng)和RFID系統(tǒng)等衛(wèi)星通信、遙控、遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展。圓極化微帶天線在具有一系列優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在一些缺點(diǎn)，圓極化微帶天線由于帶寬較窄，其相對(duì)帶寬一般只有0.7% _7%，因而在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制。
[0004]據(jù)調(diào)查與了解，目前公開的現(xiàn)有技術(shù)如下:
[0005]1)2010 年，J.-W.Wu，J._Y.Ke，C.F.Jou，C.-J.Wang 在 “IET Microwaves,Antennas&Propagat1n，，發(fā)表名為‘‘Microstrip-fed broadband circularly polarisedmonopole antenna”的文章中，采用傳統(tǒng)的單極子天線設(shè)計(jì)，通過(guò)不對(duì)稱饋電的形式實(shí)現(xiàn)了圓極化，然后改進(jìn)地板結(jié)構(gòu)，通過(guò)挖槽和加上枝節(jié)的形式，改善地板電流，從而改進(jìn)了阻抗帶寬，實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化。但文章中給出的方向圖不是很好，同時(shí)地板開槽改善匹配以拓寬S11帶寬與拓寬軸比帶寬之間存在矛盾關(guān)系，難以控制，另外該天線實(shí)現(xiàn)的實(shí)際上是橢圓極化，軸比大部分在2-3dB之間。
[0006]2)2015 年，A.Panahi，X.L.Bao, G.Ruv1, M.J.Ammann 在“Antennas andPropagat1n (EuCAP), 2015 9th European Conference on” 該會(huì)議上發(fā)表了 “A PrintedCircularly Polarized Half-Moon Monopole Antenna” 的文章，在該文章中米用了將單極子偏離地板中心產(chǎn)生圓極化波，同時(shí)在單極子末端加上半圓形負(fù)載以達(dá)到改善阻抗帶寬的匹配的方法，這種方法較之前面有很大的改進(jìn)，但由于地板尺寸斜邊與工作頻率中心1/2波長(zhǎng)大致相近，因此尺寸較大，而且軸比絕對(duì)帶寬僅有0.47GHz，相對(duì)帶寬為32%，因此還有改進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有微帶圓極化天線頻帶窄、軸比特性不好的缺陷，提供了一種具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，該天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低的特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0009]具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，包括介質(zhì)基板、階梯阻抗微帶線、輻射體、地板和開孔，所述階梯阻抗微帶線和輻射體設(shè)置在介質(zhì)基板的正面，階梯阻抗微帶線與輻射體相連；所述地板為半圓形結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在介質(zhì)基板的背面，所述開孔貫穿地板和介質(zhì)基板，使同軸線的內(nèi)芯與階梯阻抗微帶線相連。
[0010]作為一種實(shí)施方案，所述階梯阻抗微帶線分為兩段，分別為第一微帶線和第二微帶線，所述第一微帶線、第二微帶線和輻射體依次相連，所述開孔貫穿地板和介質(zhì)基板，使同軸線的內(nèi)芯與第一微帶線相連。
[0011]作為一種實(shí)施方案，所述第一微帶線的寬度大于第二微帶線的寬度。
[0012]作為一種實(shí)施方案，所述輻射體為方形貼片結(jié)構(gòu)。
[0013]作為一種實(shí)施方案，所述地板的弧線邊緣長(zhǎng)度為天線的工作中心頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的 1/2。
[0014]作為一種實(shí)施方案，所述開孔設(shè)置在距地板圓心一定距離的位置上。
[0015]作為一種實(shí)施方案，所述介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為4.4。
[0016]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明采用階梯阻抗微帶線與輻射體相連，從而改善了天線的阻抗匹配，通過(guò)調(diào)整階梯阻抗微帶線，可以使得在1.41GHz?3.77GHz的頻段內(nèi)反射系數(shù)S11小于-10dB ；同時(shí)，階梯阻抗微帶線和輻射體構(gòu)成了單極子臂，通過(guò)將單極子臂旋轉(zhuǎn)一定角度，使得地板和單極子臂上的電場(chǎng)在工作頻段內(nèi)發(fā)生相差，從而實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化，實(shí)現(xiàn)低軸比的工作。
[0018]2、本發(fā)明的地板采用了半圓形結(jié)構(gòu)，其弧線邊緣長(zhǎng)度為天線工作中心頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/2，與現(xiàn)有的圓極化微帶天線相比，邊緣尺寸與波長(zhǎng)相關(guān)整體面積都更小。
[0019]3、本發(fā)明采用了平面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，而且成本低，與現(xiàn)有的圓極化微帶天線相比，采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圓極化，能夠達(dá)到更寬的3dB軸比相對(duì)帶寬，并具有低軸比特性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶圓極化微帶天線的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶圓極化微帶天線的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶圓極化微帶天線的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶圓極化微帶天線的電磁仿真反射系數(shù)曲線圖。
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶圓極化微帶天線的電磁仿真軸比曲線圖。
[0025]其中，1-介質(zhì)基板，2-輻射體，3-地板，4-開孔，5-第一微帶線，6_第二微帶線，7-上層微帶結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]如圖1?圖3所示，本實(shí)施例的寬帶圓極化微帶天線包括介質(zhì)基板1、階梯阻抗微帶線、輻射體2、地板3和開孔4;
[0029]所述介質(zhì)基板1的相對(duì)介電常數(shù)為4.4，其中階梯阻抗微帶線和輻射體2設(shè)置在介質(zhì)基板1的正面，所述地板3設(shè)置在介質(zhì)基板1的背面；
[0030]所述階梯阻抗微帶線分為兩段，分別為第一微帶線5和第二微帶線6，其中第一微帶線5的寬度大于第二微帶線6的寬度，所述輻射體2采用傳統(tǒng)的方形貼片結(jié)構(gòu)，所述第一微帶線5、第二微帶線6和輻射體2依次相連，構(gòu)成上層微帶結(jié)構(gòu)7 ;由于直接使用微帶饋電阻抗匹配特性并不好，為了在1.5GHz?3.5GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)反射系數(shù)S11小于-10dB，采用階梯阻抗微帶線，從而改善了天線的阻抗匹配，通過(guò)調(diào)整第一微帶線5和第二微帶線6，可以使得在1.41GHz?3.77GHz的頻段內(nèi)反射系數(shù)S11小于-10dB，如圖4所示；
[0031]所述地板3采用半圓形結(jié)構(gòu)，其弧線邊緣長(zhǎng)度大約為天線工作中心頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/2，與現(xiàn)有技術(shù)中的地板尺寸相比有了較大程度的減小。
[0032]所述開孔4設(shè)置在距地板3圓心一定距離的位置上，其貫穿地板3和介質(zhì)基板1，同軸線的內(nèi)芯通過(guò)該開孔4與第一微帶線5相連，用于給上層微帶結(jié)構(gòu)7饋電；
[0033]在本實(shí)施例中，上層微帶結(jié)構(gòu)7為天線的單極子臂，將單極子臂相對(duì)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)一定角度(即上層微帶結(jié)構(gòu)7與對(duì)稱軸的夾角Θ大小在變化)，造成地板3電流和單極子臂上電流產(chǎn)生相位差，由于單極子臂的電流分布為諧振形式，故而主電流方向始終保持在臂上來(lái)回振蕩，而地板3電流，由于單極子臂偏離中心不對(duì)稱的形式與地板3耦合，在不同頻段的周期內(nèi)始終保持旋轉(zhuǎn)，而單極子臂上的方向是半周期不變的，因此從合成電流分布看來(lái)，遠(yuǎn)場(chǎng)在工作頻段內(nèi)始終是由旋轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生的，從而實(shí)現(xiàn)圓極化特性，實(shí)現(xiàn)低軸比的工作；如圖5所示，本實(shí)施例的天線在1.73GHz?3.10GHz內(nèi)軸比在3dB以下，達(dá)到J 1.38GHz，相對(duì)帶寬為59.5%，尤其是1.5dB以下的軸比帶寬為1.81GHz?2.41GHz和2.68GHz?2.86GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到了 33.2%，實(shí)現(xiàn)了很好的低軸比特性。
[0034]綜上所述，本發(fā)明采用階梯阻抗微帶線與輻射體相連，從而改善了天線的阻抗匹配，通過(guò)調(diào)整階梯阻抗微帶線，可以使得在1.41GHz?3.77GHz的頻段內(nèi)反射系數(shù)S11小于-10dB;同時(shí)，階梯阻抗微帶線和輻射體構(gòu)成了單極子臂，通過(guò)將單極子臂旋轉(zhuǎn)一定角度，使得地板和單極子臂上的電場(chǎng)在工作頻段內(nèi)發(fā)生相差，從而實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化，實(shí)現(xiàn)低軸比的工作。
[0035]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，包括介質(zhì)基板，其特征在于:還包括階梯阻抗微帶線、輻射體、地板和開孔，所述階梯阻抗微帶線和輻射體設(shè)置在介質(zhì)基板的正面，階梯阻抗微帶線與輻射體相連；所述地板為半圓形結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在介質(zhì)基板的背面，所述開孔貫穿地板和介質(zhì)基板，使同軸線的內(nèi)芯與階梯阻抗微帶線相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，其特征在于:所述階梯阻抗微帶線分為兩段，分別為第一微帶線和第二微帶線，所述第一微帶線、第二微帶線和輻射體依次相連，所述開孔貫穿地板和介質(zhì)基板，使同軸線的內(nèi)芯與第一微帶線相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，其特征在于:所述第一微帶線的寬度大于第二微帶線的寬度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，其特征在于:所述輻射體為方形貼片結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，其特征在于:所述地板的弧線邊緣長(zhǎng)度為天線的工作中心頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/2。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，其特征在于:所述開孔設(shè)置在距地板圓心一定距離的位置上。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為4.4。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有低軸比特性的寬帶圓極化微帶天線，包括介質(zhì)基板、階梯阻抗微帶線、輻射體、地板和開孔，所述階梯阻抗微帶線和輻射體設(shè)置在介質(zhì)基板的正面，階梯阻抗微帶線分為兩段，分別為第一微帶線和第二微帶線，所述第一微帶線、第二微帶線和輻射體依次相連；所述地板為半圓形結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在介質(zhì)基板的背面，所述開孔貫穿地板和介質(zhì)基板，使同軸線的內(nèi)芯與第一微帶線相連。本發(fā)明采用了平面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，而且成本低，與現(xiàn)有的圓極化微帶天線相比，采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圓極化，能夠達(dá)到更寬的3dB軸比相對(duì)帶寬，并具有低軸比特性。
【IPC分類】H01Q21/24, H01Q1/38, H01Q13/08
【公開號(hào)】CN105406186
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510934788
【發(fā)明人】陳達(dá)陽(yáng), 涂治紅, 褚慶昕
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日