一种带开路枝节的圆极化矩形环天线的制作方法

技术领域

本发明涉及带开路枝节的圆极化矩形环天线的领域，更具体地，涉及一种带开路突出枝节的圆极化矩形环天线。

背景技术：

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作，因而天线广泛用于生活的各个领域。

在社会生活中通信地位的重要性逐渐升高，作为无线通信眼睛的天线直接影响着通信的质量和效率。随着科学技术和社会的不断发展，对天线的要求也越来越高，普通的线极化天线已经很难满足人们的需要，圆极化天线的应用越来越广泛。被广泛使用在通信、雷达、电子侦探和电子干扰等各个方面，因而研究圆极化天线具有重要的社会效益及经济和军事效益。

传统的圆极化天线设计的馈电法大致分为三类：1、单馈法，2、多馈法，3、多元法。采用单馈法的天线结构简单成本低，但采用单馈法的天线带宽窄，极化性能差；采用多馈法的天线反射系数和圆极化带宽较好，轴比好，但天线网络复杂，尺寸较大，不便于在便携式设备上集成；采用多元法的天线类似天线阵，辐射增益高，但这种天线不仅结构复杂而且尺寸大成本高同时也不便于在便携式设备上集成。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种带开路枝节的圆极化矩形环天线。该天线结合单馈法和多馈法的优点，并且克服其不足，采用突出枝节的结构产生90°的相位差的矩形环天线，既舍去了复杂功分网络的累赘，又能使天线的尺寸缩小，结构更加简单；且由于该天线共面的特性，还能便于在便携式设备上集成。

为实现上述要求，采用的技术方案如下：

一种带开路枝节的圆极化矩形环天线，包括介质板和位于介质板上表面的矩形环，矩形环包括顺次连接的第一矩形短边、第二矩形长边、第三矩形短边和第四矩形长边，其中第一矩形短边和第二矩形长边的连接端接有一突出枝节，第三矩形短边和第四矩形长边的连接端接有另一个突出枝节，两个突出枝节平行，第一矩形短边的另一端接有一条馈线，第四矩形长边的另一端接有另一条馈线；其中两条馈线与对应连接的矩形边所成夹角为135度；

两个突出枝节长度相等，且呈蛇形状；突出枝节的弯折尺寸相同，基于矩形环的中心对称，蛇形状突出枝节和与之相邻矩形长边构成微扰单元，调整矩形环各边的长度以及当突出枝节为蛇形状时，两个蛇形状突蛇形状突出枝节的弯折尺寸能获得90度相位差，使得天线获得圆极化特性。

蛇形状突出枝节的总长度以及弯折尺寸对阻抗匹配带宽以及轴比带宽都有重要影响，其中矩形环的长度同时也主要影响天线的谐振频点。采用上述带缺口的矩形环能够是的天线获得更好的匹配。该天线能够采用一定弯折尺寸的蛇形线，相比直线有一定缩小尺寸的优势。采用较长的平行传输线，在不完整的矩形金属条的宽度小于1mm的情况下更好的匹配以及影响轴比带宽。

优选的，该天线采用在介质基板与之成45度的切口上馈电，保证天线的阻抗匹配以及相位同步，该天线采用SMA接头馈电。

优选的，所述矩形环各边的宽度小于1mm。

优选的，所述矩形环、馈线和突出枝节位于同一个平面，有利于某些便携式设备的共面要求。

与与现有技术相比，本发明的有益效果是：与单馈法的环天线相比较，带宽性能比较好，轴比数值低，能在宽角度内实现低轴比，这样天线在任何角度都能比较好的收到信号；与多馈法天线相比，该天线简单易加工，没有复杂的馈电网络，能集成；且由于共面的特性，该天线还可以镶嵌在某些需要共面的设备以及电路上；该天线耗材少，且由于蛇形线的引入，还可以进一步缩小尺寸。

附图说明

图1为带开路枝节的圆极化矩形环天线结构图。

图2为带开路枝节的圆极化矩形环天线的仿真和测试的S11对比图。

图3为带开路枝节的圆极化矩形环天线的轴比仿真图。

图4为带开路枝节的圆极化矩形环天线的第一种变形体示意图，将直角的馈电连接点以及矩形金属框改用成90度圆弧环形连接，增加馈电的双传输线的宽度以及电流的流向路径。

图5为带开路枝节的圆极化矩形环天线第一种变形体的仿真和测试的S11对比图。

图6为带开路枝节的圆极化矩形环天线第一种变形体的仿真和测试的轴比对比图。

图7为带开路枝节的圆极化矩形环天线的第二种变形体示意图，在蛇形线部分增加另一个矩形金属框，保持整体长度基本不变的情况下能有效缩小天线尺寸以及增加电流的流向路径。

图8为带开路枝节的圆极化矩形环天线第二种变形体的仿真和测试的S11对比图。

图9为带开路枝节的圆极化矩形环天线第二种变形体的轴比仿真图。

图10为本带开路枝节的圆极化矩形环天线的第三种变形体示意图，微扰单元不再是某个比例的蛇形线加矩形长边金属条而是两个矩形金属条。该变形体和本次天线效果相差不大，仅说明本例子的微扰单元可以不仅仅是蛇形线。

图11为带开路枝节的圆极化矩形环天线第三种变形体的S11仿真图。

图12为带开路枝节的圆极化矩形环天线第三种变形体的轴比仿真图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例一

如图1所示，1-介质板、2-矩形环、21-第一矩形短边、22-第二矩形长边、23-第三矩形短边、24-第四矩形长边、3-突出枝节、4-馈线。

一种带开路枝节的圆极化矩形环天线，包括介质板和带突出枝节的上层矩形环，矩形天线由两条平行传输线馈电，传输线与矩形环成135度角，在矩形边框末端，有一对与上下边缘平行相接的突出枝节单元，矩形环天线的突出枝节单元关于矩形中心旋转对称。突出枝节单元是比例为50%的单一蛇形线。直角两端的蛇形线和与之相邻的长直角边直线形成矩形环天线的微扰单元，通过调节微扰单元的长度使之产生90度相移，使得天线有圆极化特性；天线馈电在基板右下角并与基板成45度的切角部分。

本次实例中，该天线印刷在厚为2mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02的FR-4环氧玻纤布介质基板上，介质基板规格为55mm*55mm，其中矩形金属条长26mm,宽9.58mm，金属条覆铜宽度为0.7mm，伸出的蛇形线与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第一段矩形长4mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第二段矩形长0.9mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第三段矩形长4mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第四段矩形长0.9mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第五段矩形长4mm。平行传输线长19.12mm,矩形右下角切口到两边最近金属条的距离为2.68mm。在本实例中，此天线的工作工作频段包括GSM1800，TD-SCDMA，WCDMA无线通信频段，覆盖手机部分无线通信频段，通过修改基板大小，调整相应天线贴片的参数和蛇形线的大小与尺寸比例，可以使天线的工作频段发生改变，即此种形式的天线的性能完全可以满足实际要求。

本次通过使用印刷电路板(PCB)技术，可制作出了此实例的带开路枝节的圆极化矩形环天线的实物原型，

实施例二

如图4所示，一种带开路枝节的圆极化矩形环天线的第一种变形体，包括介质板和带突出枝节的上层矩形环，矩形环天线由两条平行的传输线馈电，传输线与矩形环成135度角，在矩形环边框末端，有一对与上下边缘平行相接的突出枝节单元，矩形天线的突出枝节单元关于矩形中心旋转对称，与该天线相比较，两个突出枝节单元相接的直角换成自成90度的1/4圆环相接以及双传输线与直角相接处换成两个自成90度的1/4圆环相接。突出枝节单元是同比例的双形蛇形线。直角两端的蛇形线和与之相邻的长直角边直线形成矩形环天线的微扰单元，通过调节微扰单元的长度使之产生90度相移，使得天线有圆极化特性；天线馈电在基板右下角并与介质基板成45度的切角部分。

本次通过使用印刷电路板(PCB)技术，可制作出了此实例的带开路枝节的圆极化矩形环天线的实物原型，本次实例中，该天线印刷在厚为2mm,，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02的FR-4环氧玻纤布介质基板上，介质基板规格为55mm*55mm，其中矩形金属条长28mm,宽9.5mm，金属条覆铜宽度为0.7mm，伸出的蛇形线与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第一段矩形长4mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第二段矩形长0.9mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第三段矩形长4mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第四段矩形长0.9mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第五段矩形长4mm，三段自成90度的圆环半径为2.8mm。平行传输线长19.12mm,矩形右下角切口到两边最近金属条的距离为2.68mm。在本实例中，此天线的工作工作频段包括GSM1800，TD-SCDMA，WCDMA无线通信频段，覆盖手机部分无线通信频段，通过修改基板大小，调整相应天线贴片的参数和蛇形线的大小与尺寸比例，可以使天线的工作频段发生改变，即此种形式的天线的性能完全可以满足实际要求。

实施例三

如图7所示，一种带开路枝节的圆极化矩形环天线的第二种变形体，包括介质板和带突出枝节的上层矩形环，矩形天线由两条平行的传输线馈电，传输线与矩形环成135度角，在矩形边框末端，有一对与上下边缘平行相接的突出枝节单元，矩形天线的突出枝节单元关于矩形中心旋转对称。与该天线相比较，两个突出枝节单元相接的直角换成自成90度的1/4圆环相接以及双传输线与直角相接处换成两个自成90度的1/4圆环相接。突出枝节单元是比例为54.55%的双形蛇形线。直角两端的蛇形线和与之相邻的长直角边直线形成矩形环天线的微扰单元，通过调节微扰单元的长度使之产生90度相移，使得天线有圆极化特性；天线馈电在介质基板右下角并与基板成45度的切角部分。

本次通过使用印刷电路板(PCB)技术，可制作出了此实例的带开路枝节的圆极化矩形环天线的实物原型，本次实例中，该天线印刷在厚为2mm,，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02的FR-4环氧玻纤布介质基板上，介质基板规格为55mm*55mm，其中矩形金属条长28mm,宽9.5mm，金属条覆铜宽度为0.7mm，伸出的蛇形线与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第一段矩形长2mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第二段矩形长1mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第三段矩形长2.4mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第四段矩形长1mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第五段矩形长2mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第六段矩形长1mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第七段矩形长2.4mm，与不完整的矩形金属条长直角边平行的第八段矩形长1mm，与不完整的矩形金属条长直角边垂直的第九段矩形长2mm，三段自成90度的圆环半径为2.8mm。平行传输线长19.12mm,矩形右下角切口到两边最近金属条的距离为2.68mm。在本实例中，此天线的工作工作频段包括GSM1800，TD-SCDMA，WCDMA无线通信频段，覆盖手机部分无线通信频段，通过修改基板大小，调整相应天线贴片的参数和蛇形线的大小与尺寸比例，可以使天线的工作频段发生改变，即此种形式的天线的性能完全可以满足实际要求。

图10为本带开路枝节的圆极化矩形环天线的第三种变形体，微扰单元不再是某个比例的蛇形线加矩形长边金属条而是两个矩形金属条。该变形体和本次天线效果相差不大，仅说明本例子的微扰单元可以不仅仅是蛇形线。图11为带开路枝节的圆极化矩形环天线第三种变形体的S11仿真图。

图12为带开路枝节的圆极化矩形环天线第三种变形体的轴比仿真图。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。