一种圆极化阵列天线及通信设备的制作方法

本发明涉及射频技术领域，特别是涉及一种圆极化阵列天线及通信设备。

背景技术：

随着现代通信技术的发展，对天线进行单纯的线极化很难满足通信要求。在线极化的基础上，产生了圆极化。圆极化天线具有可接收任意极化方式的来波，且其辐射波也可被任意极化方式的天线收到，有旋向正交性，能够抑制云雨干扰和抗多径反射等优点。

微带圆极化天线结合了微带天线和圆极化天线二者的优点，凭借其良好的电磁特性，广泛应用于无线应用，如：测量、通信、卫星、航天、全球定位系统和rfid系统等卫星通信、遥控、遥测技术。但是在具体实施中，圆极化的天线通常体积较大，轮廓较高，比较笨重，不易组装携带。

由此可见，如何实现天线的圆极化、小型化和低剖面设计是通信设备相关领域人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种圆极化阵列天线与通信设备，用于实现圆极化、小型化和低剖面设计。

为解决上述技术问题，本发明提供一种圆极化阵列天线，包括椭圆贴片阵列、与所述椭圆贴片阵列连接的馈电网络、pcb板和地板；

所述椭圆贴片阵列包括椭圆贴片和与所述椭圆贴片连接的第一微带线，各所述第一微带线通过并联馈电的方式与所述馈电网络连接，所述椭圆贴片阵列和所述馈电网络置于所述pcb板的上表面，所述地板置于所述pcb板的下表面，所述地板具有椭圆槽和矩形贴片，每一个所述椭圆槽和每一个所述矩形贴片为一组与所述椭圆贴片对应，所述椭圆槽与所述椭圆贴片之间具有环缝，所述矩形贴片与所述椭圆槽具有重叠部分且与所述椭圆贴片之间耦合短路，所述椭圆贴片的长轴和所述椭圆槽的长轴与所述第一微带线的投影夹角均为45度；

其中，所述椭圆贴片和所述第一微带线的数量为2ⁿ，n为正整数。

优选地，n为2，所述椭圆贴片阵列的4个所述椭圆贴片依次为第一椭圆贴片、第二椭圆贴片、第三椭圆贴片和第四椭圆贴片，所述第一椭圆贴片和所述第二椭圆贴片的间距、所述第三椭圆贴片和所述第四椭圆贴片的间距均相同，且均大于所述第二椭圆贴片与所述第三椭圆贴片的间距；

相对应的，4个所述椭圆槽依次为第一椭圆槽、第二椭圆槽、第三椭圆槽和第四椭圆槽，所述第一椭圆槽和所述第二椭圆槽的间距、所述第三椭圆槽和所述第四椭圆槽的间距均相同，且大于所述第二椭圆槽和所述第三椭圆槽的间距，所述第二椭圆槽和所述第三椭圆槽连通。

优选地，所述椭圆贴片的长轴是天线工作频率所对应波长的0.34倍，长轴和短轴的比是1.0438，所述椭圆槽的长轴和短轴的比也为1.0438；

其中，所述天线工作频率在5.8ghz，ism频段。

优选地，所述第一椭圆贴片和所述第二椭圆贴片的间距、所述第三椭圆贴片和所述第四椭圆贴片的间距均为所述天线工作频率所对应波长的二分之一。

优选地，所述馈电网络包括至少一种微带线和与所述微带线连接的t型转换器。

优选地，所述馈电网络具体包括阻抗为50欧姆的第二微带线，阻抗为70.71欧姆的第三微带线、阻抗为100欧姆的第四微带线和3个所述t型转换器；

其中，4条所述第二微带线分别与4条所述第一微带线连接，再与4条所述第三微带线连接，4条所述第三微带线再与4条所述第四微带线连接，4条所述第四微带线两两通过第一t型转换器和第二t型转换器连接，所述第一t型转换器和所述第二t型转换器均依次连接所述第二微带线，所述第三微带线和所述第四微带线连接后再通过第三t型转换器连接，所述第三t型转换器与所述第二微带线连接，作为单点馈电接口；

其中，n为2，所述第一微带线的阻抗为50欧姆。

优选地，所述pcb板为矩形单层双面pcb板，相对介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1mm。

优选地，所述pcb板的双面覆铜板的厚度均为35μm。

优选地，所述第一椭圆贴片和所述第二椭圆贴片的间距、所述第三椭圆贴片和所述第四椭圆贴片的间距均是25mm，所述第二椭圆贴片与所述第三椭圆贴片的间距为19mm，所述矩形贴片长15mm，宽1.85mm，且所述矩形贴片靠近所述椭圆槽的圆心的一边距离所述圆心的水平距离为6.12mm，所述矩形贴片的底边与所述圆心的垂直距离为0.2mm；

所述第一椭圆槽和所述第二椭圆槽的间距、所述第三椭圆槽和所述第四椭圆槽的间距均为25mm，所述第二椭圆槽和所述第三椭圆槽的间距是19mm；

其中，所述天线工作频率所对应波长为50mm。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种通信设备，包括所述的圆极化阵列天线。

本发明所提供的圆极化阵列天线，椭圆贴片阵列中的各椭圆贴片通过各第一微带线与馈电网络并联馈电，椭圆贴片阵列和馈电网络置于pcb板的上表面，地板置于pcb板的下表面，地板具有椭圆槽和矩形贴片，每一个椭圆槽和每一个矩形贴片为一组与一个椭圆贴片对应。椭圆槽和椭圆贴片之间具有环缝，从而构成电容加载，而椭圆贴片和矩形贴片之间耦合短路，从而构成电感加载，在此基础上，椭圆贴片的长轴和椭圆槽的长轴与第一微带线的投影夹角均为45度，从而在工作频段内实现圆极化辐射。由于椭圆贴片以及第一微带线的剖面都较低，厚度较小，所占体积也较小，因此，在圆极化的基础上，能够实现天线的小型化和低剖面设计且该天线成本较低，易集成，可广泛应用于无线通信领域。

此外，本发明还提供一种包含上述天线的通信设备，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种圆极化阵列天线的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种椭圆贴片阵列的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种馈电网络的结构图；

图4为本发明实施例提供的一种地板的结构图；

图5为本发明实施例提供的一种圆极化阵列天线的回波损耗图；

图6为本发明实施例提供的一种圆极化阵列天线的电磁仿真轴比曲线图；

附图标记如下：1为椭圆贴片阵列、2为馈电网络、3为pcb板、4为地板、12为第一微带线、111为第一椭圆贴片、112为第二椭圆贴片、113为第三椭圆贴片、114为第四椭圆贴片、411为第一椭圆槽、412为第二椭圆槽、413为第三椭圆槽413、414为第四椭圆槽、o为圆心、21为第二微带线，22为第三微带线22、23为第四微带线、241为第一t型转换器、242为第二t型转换器、243为第三t型转换器、42为矩形贴片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种圆极化阵列天线与通信设备，用于实现圆极化、小型化和低剖面设计。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种圆极化阵列天线的结构图。图2为本发明实施例提供的一种椭圆贴片阵列的结构图。图3为本发明实施例提供的一种馈电网络的结构图。图4为本发明实施例提供的一种地板的结构图。需要说明的是，图1是以椭圆贴片和第一微带线为4个为例说明。如图1所述，该天线包括椭圆贴片阵列1、与椭圆贴片阵列1连接的馈电网络2、pcb板3和地板4。

椭圆贴片阵列1包括椭圆贴片和与椭圆贴片连接的第一微带线12，各第一微带线12通过并联馈电的方式与馈电网络2连接，椭圆贴片阵列1和馈电网络2置于pcb板3的上表面，地板4置于pcb板3的下表面，地板4具有椭圆槽和矩形贴片42，每一个椭圆槽和每一个矩形贴片42为一组与椭圆贴片对应，椭圆槽与椭圆贴片42之间具有环缝，矩形贴片42与椭圆槽具有重叠部分且与椭圆贴片之间耦合短路，椭圆贴片的长轴和椭圆槽的长轴与第一微带线的投影夹角均为45度；

其中，椭圆贴片和第一微带线的数量为2ⁿ，n为正整数。

如图1所示，当n为2时，椭圆贴片阵列1就包含4个椭圆贴片，依次为第一椭圆贴片111、第二椭圆贴片112、第三椭圆贴片113和第四椭圆贴片114。则对应的，4个椭圆槽依次为第一椭圆槽411、第二椭圆槽412、第三椭圆槽413和第四椭圆槽414。

在具体实施中各椭圆贴片的结构是相同的，即第二椭圆贴片112、第三椭圆贴片113和第四椭圆贴片114与第一椭圆贴片111的结构相同。

本实施例中，椭圆贴片的长轴和椭圆槽的长轴与第一微带线12的投影夹角均为45度是为了得到两个幅度相等、相位相差90度的线极化波，这样才能得到圆极化波的辐射；另外椭圆槽与椭圆贴片形成的环缝构成电容加载，椭圆贴片和矩形贴片42耦合短路构成电感加载，从而在工作频段内实现圆极化辐射。需要说明的是，环缝的形成需要椭圆槽的面积大于椭圆贴片的面积。

此外，椭圆贴片以及第一微带线12的剖面都较低，厚度较小，所占体积也较小，因此，如果将这样的天线安装在飞行器表面的时候，低剖面天线能和飞行器表面很好的共形，不会对飞行器本身产生额外的空气动力学效应。

在具体实施中，虽然可以使用同轴馈电来实现圆极化，但电路板集成化难度较大，不利于安装。因此，本实施例中，通过采用单点馈电方式，既能实现圆极化，又方便安装。

本实施例提供的圆极化阵列天线，椭圆贴片阵列中的各椭圆贴片通过各第一微带线与馈电网络并联馈电，椭圆贴片阵列和馈电网络置于pcb板的上表面，地板置于pcb板的下表面，地板具有椭圆槽和矩形贴片，每一个椭圆槽和每一个矩形贴片为一组与一个椭圆贴片对应。椭圆槽和椭圆贴片之间具有环缝，从而构成电容加载，而椭圆贴片和矩形贴片之间耦合短路，从而构成电感加载，在此基础上，椭圆贴片的长轴和椭圆槽的长轴与第一微带线的投影夹角均为45度，从而在工作频段内实现圆极化辐射。由于椭圆贴片以及第一微带线的剖面都较低，厚度较小，所占体积也较小，因此，在圆极化的基础上，能够实现天线的小型化和低剖面设计且该天线成本较低，易集成，可广泛应用于无线通信领域。

可以理解的是，在具体实施中，可以将椭圆贴片阵列和馈电网络集成于一体，能够在使用中更加方便。

在上述实施例的基础上，n为2，椭圆贴片阵列1的4个椭圆贴片依次为第一椭圆贴片111、第二椭圆贴片112、第三椭圆贴片113和第四椭圆贴片114，第一椭圆贴片111和第二椭圆贴片112的间距、第三椭圆贴片113和第四椭圆贴片114的间距均相同，且均大于第二椭圆贴片112与第三椭圆贴片113的间距。

相对应的，4个椭圆槽依次为第一椭圆槽411、第二椭圆槽412、第三椭圆槽413和第四椭圆槽414，第一椭圆槽411和第二椭圆槽412的间距、第三椭圆槽413和第四椭圆槽414的间距均相同，且大于第二椭圆槽412和第三椭圆槽413的间距，第二椭圆槽412和第三椭圆槽413连通。

为了实现圆极化，模型对称性很重要，这样也能加强馈电网络的稳定性，因此，本发明中椭圆贴片阵列1中的椭圆贴片的数量为2ⁿ，本实施例中n为2，如果n为3，则可以将图2中4个椭圆贴片看作一个阵元，依次往后是8、16、32，最后通过馈电网络2与馈电点连接。

本实施例中，地板4上的第二椭圆槽412和第三椭圆槽413之间有重合部分，将重合部分挖掉形成连通，从而在工作频段内实现圆极化辐射。可以理解的是，如果n为1的话，则相当于只有第一椭圆槽411和第二椭圆槽412，因此，也就无需连通。

作为优选地实施方式，椭圆贴片的长轴是天线工作频率所对应波长的0.34倍，长轴和短轴的比是1.0438，椭圆槽的长轴和短轴的比也为1.0438；

其中，天线工作频率在5.8ghz，ism频段。

作为优选地实施方式，第一椭圆贴片111和第二椭圆贴片112的间距、第三椭圆贴片113和第四椭圆贴片114的间距均为天线工作频率所对应波长的二分之一。

本实施例中，将间距定为波长的二分之一，使得阵元辐射既不出现栅瓣，又能获得尽可能大的方向性。

在具体实施中，当天线工作频率所对应波长为50mm时，则对应的，第一椭圆贴片111和第二椭圆贴片112的间距、第三椭圆贴片113和第四椭圆贴片114的间距均是25mm，第二椭圆贴片112与第三椭圆贴片113的间距为19mm，矩形贴片42长15mm，即l3＝15mm，宽1.85mm，即w3＝1.85mm，且矩形贴片42靠近椭圆槽的圆心o的一边距离圆心o的水平距离为6.12mm，矩形贴片42的底边与圆心o的垂直距离为0.2mm。

第一椭圆槽411和第二椭圆槽412的间距、第三椭圆槽413和第四椭圆槽414的间距均为25mm，第二椭圆槽412和第三椭圆槽413的间距是19mm。

则相对应的，此时，椭圆贴片的长轴的尺寸a1为17.35mm，短轴的尺寸b1为16.62mm，椭圆槽的长轴的尺寸a2为22mm，短轴的尺寸b2为21.07mm。

在上述实施例的基础上，馈电网络2包括至少一种微带线和与微带线连接的t型转换器。

可以理解的是，馈电网络2要通过并联馈电方式与多个第一微带线12连接，因此，馈电网络中微带线的种类的选取需要根据实际情况设定，但是至少包含一种，并且为了实现单点馈电，采用t型转换器实现。至于t型转换器的数量也需要根据第一微带线12的数量而定。

作为一种优选地实施方式，n为2，第一微带线12的阻抗为50欧姆，且需要得到50欧姆的sma连接器时，可以具体采用如下方式。

第一微带线12的输入阻抗为50ω，长度尺寸l2为8mm，宽度尺寸w2为1.82mm。馈电网络2具体包括阻抗为50欧姆的第二微带线21，阻抗为70.71欧姆的第三微带线22、阻抗为100欧姆的第四微带线23和3个t型转换器；

其中，4条第二微带线21分别与4条第一微带线12连接，再与4条第三微带线22连接，4条第三微带线22再与4条第四微带线23连接，4条第四微带线23两两通过第一t型转换器241和第二t型转换器242连接，第一t型转换器241和第二t型转换器242均依次连接第二微带线21，第三微带线22和第四微带线23后再通过第三t型转换器243连接，第三t型转换器243与第二微带线28连接，作为单点馈电接口。

需要说明的是，本发明中的第一、第二微带线等只是对微带线的类型区分，并不是单指某一条微带线。例如图3中，虽然第一微带线12和第三微带线22之间连接有第二微带线21，第一t型转换器241和第三微带线22之间连接有第二微带线21，但是这两条微带线并不是同一条微带线，只是类型相同。

可以理解的是，最后与第三t型转换器连接的微带线的类型需要根据sma连接器的阻抗决定。

在上述实施例的基础上，pcb板3为矩形单层双面pcb板，相对介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1mm。

作为优选地实施方式，pcb板3的双面覆铜板的厚度均为35μm。

在具体实施中，pcb板3可以选用fr4_epoxy微波材料，pcb板3的尺寸可以与椭圆贴片阵列1的尺寸相同，即长度尺寸l1为109mm，宽度尺寸w1为63.66mm。

为了验证本发明实施例提供的圆极化阵列天线的各方面的性能。下文给出具体的仿真图。图5为本发明实施例提供的一种圆极化阵列天线的回波损耗图。如图5所示，该天线的工作中心频率为5.8ghz，工作频带为4ghz-6ghz，绝对带宽达到2ghz，满足宽带天线的要求。图6为本发明实施例提供的一种圆极化阵列天线的电磁仿真轴比曲线图。如图5所示，在主辐射方向-45.0deg-18.9deg范围内，轴比均小于3db，表明圆极化效果较好。

在上述实例中，对于圆极化阵列天线的实施例进行了详细描述，本发明还提供一种包含该圆极化阵列天线的通信设备。该通信设备除通信设备本体外，包括上述实施例所述的圆极化阵列天线。

由于圆极化阵列天线部分的实施例在上文中进行了描述，因此本实施例中，不再赘述。可以理解的是，通信设备的种类可以为手机、平板电脑等电子产品。

本实施例提供的通信设备，包括圆极化阵列天线，椭圆贴片阵列中的各椭圆贴片通过各第一微带线与馈电网络并联馈电，椭圆贴片阵列和馈电网络置于pcb板的上表面，地板置于pcb板的小表面，地板具有椭圆槽和矩形贴片，每一个椭圆槽和每一个矩形贴片为一组与一个椭圆贴片对应。椭圆槽和椭圆贴片之间具有环缝，从而构成电容加载，而椭圆贴片和矩形贴片之间耦合短路，从而构成电感加载，在此基础上，椭圆贴片的长轴和椭圆槽的长轴与第一微带线的投影夹角均为45度，从而在工作频段内实现圆极化辐射。由于椭圆贴片以及第一微带线的剖面都较低，厚度较小，所占体积也较小，因此，在圆极化的基础上，能够实现天线的小型化和低剖面设计且该天线成本较低，易集成，可广泛应用于无线通信领域。

以上对本发明所提供的圆极化阵列天线及通信设备进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。