一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法，所述天线包括金属反射板、位于金属反射板上方的介质基板、设置在介质基板上下表面的交叉偶极子辐射单元、与交叉偶极子辐射单元相连的同轴馈电单元，所述交叉偶极子辐射单元包括分别设置在所述介质基板上下表面的上偶极子和下偶极子，所述同轴馈电单元包括内导体和外导体，所述内导体穿过金属反射板、介质基板与上偶极子相连，所述外导体穿过金属反射板与下偶极子相连。本发明将交叉偶极子天线引入到微带贴片上，使得本发明的圆极化交叉偶极子天线不仅具有微带天线体积小，重量轻且易与应用平台共形、易集成的特点，还具有很宽的阻抗带宽及圆极化带宽，增益高、制造成本低的特点。
【专利说明】一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波天线【技术领域】，尤其涉及一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法。
【背景技术】
[0002]无线技术的飞速发展，带动天线技术也得到极大发展，特别是圆极化天线在无线通信中的各个领域得到广泛的应用，例如卫星通信，射频设别(RFID)，无线局域网(WLAN)，全球定位系统(GPS)，以及我国自主研发的北斗定位系统，都运用了圆极化天线。应用越广泛，对天线性能的要求就越高，在很多应用中都要求天线阻抗带宽和圆极化带宽(轴比带宽)都很宽。展宽圆极化天线带宽的方法有很多，例如附加谐振枝，加载介质谐振器，使用多层微带天线，添加宽带的功分器做馈电网络等，但是这些方法都有其缺点，要么结构复杂，要么尺寸很大，要么增益很低。例如，多层微带贴片天线虽能一定程度上展宽带宽，但是结构复杂且制造成本增加；附加谐振器和加载介质谐振器以及添加宽带的功分器做馈电网络都增加了天线设计的复杂性，不利于大批量生产。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法，旨在解决目前展宽圆极化天线带宽的技术复杂，增加成本、增益低等问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种圆极化交叉偶极子天线，其中，所述天线包括金属反射板、设置在所述金属反射板上方的介质基板、设置在所述介质基板上下表面的交叉偶极子辐射单元、与所述交叉偶极子辐射单元相连的同轴馈电单元，所述交叉偶极子辐射单元包括分别设置在所述介质基板上下表面的上偶极子和下偶极子，所述同轴馈电单元包括内导体和外导体，所述内导体穿过所述金属反射板和介质基板与所述上偶极子相连，所述外导体穿过所述金属反射板与所述下偶极子相连。
[0006]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述上偶极子与下偶极子呈中心对称分布。
[0007]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述上偶极子与下偶极子的形状和大小相同。
[0008]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述上偶极子与下偶极子分别包括两个偶极子臂，所述两个偶极子臂之间通过圆环连接，其中，所述两个偶极子臂之间具有90度相位差。
[0009]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述偶极子臂为末端开路的偶极子臂。
[0010]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述上偶极子与下偶极子的圆环半径相同，所述圆环为切去四分之一周长的圆环。
[0011]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述上下偶极子的四个偶极子臂的任意相邻两偶极子臂之间都具有90度相位差。
[0012]所述的圆极化交叉偶极子天线，其中，所述介质基板与金属反射板上下平行设置并通过支柱螺丝固定连接在一起。
[0013]一种如上所述的圆极化交叉偶极子天线的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤:
A、制备介质基板，并在所述介质基板上下表面按照中心对称原则分别设置形状大小相同的上偶极子和下偶极子，其中，所述上偶极子和下偶极子均设置有两个通过圆环连接的偶极子臂，调节所述圆环的半径分别使上偶极子和下偶极子的两个偶极子臂之间具有90度相位差；
B、制备金属反射板，将设置有上下偶极子的介质基板与金属反射板上下平行设置并通过支柱螺丝固定；
C、在所述金属反射板和介质基板上钻设同轴孔，在所述同轴孔中设置所述同轴馈电单元的内导体和外导体，其中，所述内导体与所述上偶极子相连接，所述外导体与所述下偶极子相连接。
[0014]一种电子装置，具有无线传输功能，其中，所述电子装置包括用如上所述方法制备的圆极化交叉偶极子天线。
[0015]有益效果:本发明提供一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法，本发明将交叉偶极子天线引入到微带贴片上，使得本发明的圆极化交叉偶极子天线不仅具有微带天线体积小，重量轻且易与应用平台共形、易集成的特点，还具有很宽的阻抗带宽和圆极化带宽(轴比带宽)，增益高的特点，同时制造成本也进一步降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的圆极化交叉偶极子天线的结构示意图。
[0017]图2为本发明的圆极化交叉偶极子天线的截面结构示意图。
[0018]图3为图2中A指代区域的放大结构示意图。
[0019]图4为本发明的圆极化交叉偶极子天线制备方法流程图。
[0020]图5为本发明的圆极化交叉偶极子天线的回波损耗仿真实验数据图。
[0021]图6为本发明的圆极化交叉偶极子天线的轴比仿真实验数据图。
[0022]图7为本发明的圆极化交叉偶极子天线的增益仿真实验数据图。
[0023]图8为本发明的圆极化交叉偶极子天线在2.45GHz处Phi=0°左右旋圆极化方向图。
[0024]图9为本发明的圆极化交叉偶极子天线在2.45GHz处Phi=90°左右旋圆极化方向图。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]如图1、图2、图3所示的一种圆极化交叉偶极子天线，该天线应用于ISM频段无线通信，其中，所述天线包括金属反射板100、设置在所述金属反射板100上方的介质基板200、设置在所述介质基板200上下表面的交叉偶极子辐射单元、与所述交叉偶极子辐射单元相连的同轴馈电单元400，所述交叉偶极子辐射单元包括分别印制在所述介质基板上下表面的类似微带天线的上偶极子310和下偶极子320，所述同轴馈电单元400包括内导体410和外导体420，所述内导体410穿过所述金属反射板和介质基板与所述上偶极子310相连，所述外导体420穿过所述金属反射板与所述下偶极子相连320。
[0027]所述上偶极子与下偶极子的形状和大小相同，所述上偶极子与下偶极子呈中心对称分布，即下偶极子相当于上偶极子绕介质基板中心旋转180度，再向下移一个介质基板厚度，即印制在介质基板的下表面。所述上偶极子与下偶极子分别包括两个偶极子臂，所述两个偶极子臂之间通过圆环330连接，较佳的是，所述上偶极子与下偶极子的圆环半径相同，所述圆环为切去四分之一周长的圆环，即所述圆环为具有完整圆环3/4周长的圆环，其中，所述两个偶极子臂之间具有90度相位差，该90度相位差是通过调节所述圆环的半径到一定值时实现的，当设置合适半径的圆环时，即使得圆环的周长等于或近似等于天线辐射波长的四分之一时的半径。圆环就变成了一个90°的相位延时线，从而使偶极子两个偶极子臂之间具有90度的相位差，继而产生圆极化辐射，另外，调节所述圆环的宽度，可改变天线的阻抗，当设置合适宽度的圆环时，能够展宽天线的阻抗带宽。上下偶极子均通过如上设置使偶极子臂之间具有90度相位差及展宽阻抗带宽。通过下偶极子与同轴的外导体相连接及上偶极子与同轴的内导体相连接，使得上下偶极子的电流相反，再结合上下偶极子的两个偶极子臂之间具有90度相位差的设置，使得所述上下偶极子的四个偶极子臂中的任意相邻两偶极子臂之间都具有90度相位差。这样，就整个天线而言，进一步展宽了圆极化带宽，而且，采用末端开路的宽的偶极子臂也有助于调节阻抗带宽和圆极化带宽。
[0028]所述介质基板200与金属反射板100上下平行设置并通过四个角上设置的支柱螺丝500固定连接在一起。
[0029]如图4所示的圆极化交叉偶极子天线的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤: S100、制备介质基板，并在所述介质基板上下表面按照中心对称原则分别设置形状大
小相同的上偶极子和下偶极子，其中，所述上偶极子和下偶极子均设置有两个通过圆环连接的偶极子臂，调节所述圆环的半径分别使上偶极子和下偶极子的两个偶极子臂之间具有90度相位差；
S200、制备金属反射板，将设置有上下偶极子的介质基板与金属反射板上下平行设置并通过支柱螺丝固定；
S300、在所述金属反射板和介质基板上钻设同轴孔，在所述同轴孔中设置所述同轴馈电单元的内导体和外导体，其中，所述内导体与所述上偶极子相连接，所述外导体与所述下偶极子相连接。
[0030]在实际制备过程中，可通过调节圆极化交叉偶极子天线各部分的尺寸，使得该天线能够应用于各个频段。
[0031]一种电子装置，具有无线传输功能，其中，所述电子装置包括用如上所述方法制备的圆极化交叉偶极子天线，所述圆极化交叉偶极子天线用于无线信号的接收发送。
[0032]如图5-9所示,所述圆极化交叉偶极子天线工作的中心频率为2.45GHz,天线的横向尺寸为55mmX55mm、纵向高度为29.6mm ;上述天线在频段2.02GHz-3.19GHz内，回波损耗小于-1OdB,阻抗带宽为47.7%。天线轴比在2.30GHz-3.15GHz内小于3dB,圆极化带宽(轴比带宽)达到34.7% ;天线同时满足回波损耗小于-1OdB和轴比小于3dB的频带范围为2.30GHz-3.15GHzο 天线在 2.35GHz 处达到最大增益 7.05dBi，在 2.30GHz_3.15GHz 范围内的平均增益为6.4dBi。
[0033]本发明提供一种圆极化交叉偶极子天线及其制备方法，本发明将交叉偶极子天线引入到微带贴片上，使得本发明的圆极化交叉偶极子天线不仅具有微带天线体积小，重量轻且易与应用平台共形、易集成的特点，还具有很宽的阻抗带宽和圆极化带宽(轴比带宽)，增益高的特点，同时制造成本也进一步降低。
[0034]综上所述，以上仅为本发明所选取的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述天线包括金属反射板、设置在所述金属反射板上方的介质基板、设置在所述介质基板上下表面的交叉偶极子辐射单元、与所述交叉偶极子辐射单元相连的同轴馈电单元，所述交叉偶极子辐射单元包括分别设置在所述介质基板上下表面的上偶极子和下偶极子，所述同轴馈电单元包括内导体和外导体，所述内导体穿过所述金属反射板和介质基板与所述上偶极子相连，所述外导体穿过所述金属反射板与所述下偶极子相连。
2.根据权利要求1所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述上偶极子与下偶极子呈中心对称分布。
3.根据权利要求1所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述上偶极子与下偶极子的形状和大小相同。
4.根据权利要求3所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述上偶极子与下偶极子分别包括两个偶极子臂，所述两个偶极子臂之间通过圆环连接，其中，所述两个偶极子臂之间具有90度相位差。
5.根据权利要求4所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述偶极子臂为末端开路的偶极子臂。
6.根据权利要求4所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述上偶极子与下偶极子的圆环半径相同，所述圆环为切去四分之一周长的圆环。
7.根据权利要求2或4所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述上下偶极子的四个偶极子臂的任意相邻两偶极子臂之间都具有90度相位差。
8.根据权利要求1所述的圆极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述介质基板与金属反射板上下平行设置并通过支柱螺丝固定连接在一起。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的圆极化交叉偶极子天线的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: A、制备介质基板，并在所述介质基板上下表面按照中心对称原则分别设置形状大小相同的上偶极子和下偶极子，其中，所述上偶极子和下偶极子均设置有两个通过圆环连接的偶极子臂，调节所述圆环的半径分别使上偶极子和下偶极子的两个偶极子臂之间具有90度相位差； B、制备金属反射板，将设置有上下偶极子的介质基板与金属反射板上下平行设置并通过支柱螺丝固定； C、在所述金属反射板和介质基板上钻设同轴孔，在所述同轴孔中设置所述同轴馈电单元的内导体和外导体，其中，所述内导体与所述上偶极子相连接，所述外导体与所述下偶极子相连接。
10.一种电子装置，具有无线传输功能，其特征在于，所述电子装置包括用如权利要求9所述方法制备的圆极化交叉偶极子天线。
【文档编号】H01Q19/10GK103474765SQ201310420597
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】何业军, 贺卫, 刘航, 杨洁, 孙桂圆 申请人:深圳大学