技术领域本发明涉及一种天线，尤其是涉及一种通信天线，以及使用该通信天线的天线系统和通信设备。
背景技术：
天线是无线通信系统中的必要组成部分，用于发射和接收电磁波。天线应用于广播和电视、点对点无线电通信、雷达和太空探索等系统。随着无线通信技术的飞速发展，天线技术所涉及的领域越来越广泛。在许多特殊应用中，对于天线性能的要求也越来越高。在现代通信中，随着通信系统集成度的提高，要求使用的天线具有高增益、宽频带或多频段、圆极化、小型化、宽覆盖等特点。在现有技术中，当需要采用多频段(例如，双频段)天线或者多频段圆极化天线时，通常是通过多端口、多天线来分别实现不同的频段。在这种情况下，通常还需要多套信号处理装置来处理不同的天线信号、或者使用一套信号处理装置时分复用地处理多套信号。因此，现有技术中的多频段天线具有天线数量多、结构复杂、尺寸较大、极化和增益性能差等缺点。此外，在一些应用场景中，由于周围大面积金属环境下天线的大角度轴比和方向图不圆度不佳，因而希望天线具有改善的轴比以及方向图性能。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种双频段通信天线，且进一步提供一种圆极化双频段天线系统。为此，本发明提供了一种通信天线，含有该天线的天线系统，以及含有该天线的通信设备。本发明提供的该通信天线包括：第一辐射体，其中第一辐射体包括第一基板和设置在第一基板上的第一辐射片，第一辐射片具有第一馈电部和第三馈电部；以及第二辐射体，其中第二辐射体包括第二基板和设置在第二基板上的第二辐射片，第二辐射片具有第二馈电部和第四馈电部，其中，第一辐射片的辐射面和第二辐射片的辐射面均为平面，第一辐射片和第二辐射片各自具有切角，第二辐射体与第一辐射体层叠地放置。根据本发明的一方面，所述第一辐射体和所述第二辐射体分别实现双频段线极化。根据本发明的一方面，所述第一辐射体和所述第二辐射体工作在相同的双频段。根据本发明的一方面，所述第一辐射体与所述第二辐射体实现不同的线极化方向。根据本发明的一方面，所述第一辐射体与所述第二辐射体的几何中心重合。根据本发明的一方面，所述第一辐射片和所述第二辐射片均为具有切角的矩形。根据本发明的一方面，所述第一辐射片在第一对角线上具有两个切角，且所述第二辐射片在第二对角线上具有两个切角。根据本发明的一方面，所述第一辐射片的所述第一对角线与所述第二辐射片的所述第二对角线成一角度。根据本发明的一方面，所述第一辐射片的所述第一对角线与所述第二辐射片的所述第二对角线相互垂直。根据本发明的一方面，所述第一馈电部、所述第二馈电部以及所述第三馈电部、所述第四馈电部是同轴馈电部。根据本发明的一方面，所述第一辐射片的尺寸大于所述第二辐射片的尺寸。根据本发明的一方面，所述第二基板的介电常数大于第一基板的介电常数。根据本发明的一方面，所述第一辐射体和第二辐射体放置在腔体中。根据本发明的一方面，所述腔体为圆形腔体或矩形腔体。根据本发明的一方面，所述第一辐射体和第二辐射体与所述腔体之间具有填充材料。根据本发明的一方面，所述第一基板和第二基板各自为矩形。根据本发明的一方面，所述第一基板和第二基板由掺杂有导电微结构的电介质基材制成。根据本发明的一方面，所述第一辐射体和所述第二辐射体彼此电绝缘。根据本发明的一方面，所述第一馈电部和所述第三馈电部设置在所述第一辐射片的第一对称轴上，与所述第二馈电部和所述第三馈电部设置在所述第二辐射片的第二对称轴上，所述第一对称轴和所述第二对称轴垂直。根据本发明的一方面，所述第一馈电部和所述第三馈电部位于位于所述第一辐射片水平对称轴上且中心对称，所述第二馈电部和所述第四馈电部位于所述第二辐射片的垂直对称轴上且中心对称。根据本发明的一方面，所述第一辐射片设置在所述第一基板上，所述第二辐射片设置在所述第二基板上，并且所述第二基板设置在所述第一辐射片上。根据本发明的一方面，还包括频选天线罩，所述频选天线罩设置于所述通信天线的辐射方向上。本发明提供的该天线系统包括：馈电端口；功分器，所述功分器的第一输入端与所述馈电端口连接；以及如权利要求1至21中任一项所述的通信天线，其中，所述功分器为一分四功分器，所述功分器的第一输出端通过第一馈电线路连接至所述第二馈电部，所述功分器的第二输出端通过第二馈电线路连接至所述第一馈电部，所述功分器第三输出端通过第三馈电线路连接至所述第四馈电部，以及所述功分器第四输出端通过第四馈电线路连接至所述第三馈电部，其中所述第一馈电线路、所述第二馈电线路、所述第三馈电线路以及所述第四馈电线路之间有相移。根据本发明的一方面，所述功分器与所述通信天线之间还设置有移相器，所述移相器使所述第二馈电线路、第三馈电线路和第四馈电线路相对于所述第一馈电线路分别呈90°、180°、270°相移。根据本发明的一方面，所述第二馈电线路、所述第三馈电线路、以及所述第四馈电线路的长度与所述第一馈电线路的长度相比分别相差1/4、1/2、3/4波长。本发明提供的该通讯设备包括如上所述的通信天线或如上所述的天线系统。本发明提供的该通讯设备包括如上所述的通信天线或如上所述的天线系统。本发明由于采用以上技术方案，因此与现有技术相比具有如下显著优点：本发明的通信天线采用以层叠方式设置在不同平面的两个辐射体，可以减小通信天线的体积和尺寸。通过使天线的每个辐射体均为平面结构，能够进一步降低制作工艺的复杂程度，使得容易加工，并进一步满足特殊应用环境的小型化和共形化设计需求。例如，在第一辐射片和第二辐射片的辐射面为平面的情况下，第一辐射体和第二辐射体(以及可选的腔体底部)可以为共形的平面结构，使得该通信天线可以更加紧凑。本发明中的通信天线通过对辐射片切角可以使得每个辐射片实现双频段线极化。此外，第一辐射体和第二辐射体可以工作在相同的双频段中。通过设置第一辐射片和第二辐射片的线极化方向，可以采用一个通信天线来实现双线极化双频段。进一步，本发明的天线系统通过设置两个辐射体的相对位置以及馈入设置在两个辐射体上的四个馈电部的激励信号之间的相移，层叠的第一辐射体和第二辐射体能够形成圆极化或椭圆极化辐射信号。与现有技术中需要两套信号处理装置来实现双频段圆极化、或者使用一套信号处理装置时分复用地处理两套信号相比，本发明减小了天线系统的体积、重量和成本。此外，通过设置在两个辐射体上的四个馈电部，还能够优化天线的大角度轴比以及提高方向图不圆度。综上，本发明的通信天线具有剖面低、重量轻、体积小、易于共形和批量生产等优点，能够实现双频段线极化或者甚至进一步实现双频段圆极化，同时能够优化天线的大角度轴比以及提高方向图不圆度，可以广泛应用于测量和通讯各个领域。附图说明为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：图1示出根据本发明实施例的通信天线的立体结构示意图。图2示出根据本发明实施例的示例性通信天线结构的平面图。图3示出根据本发明实施例的示例性通信天线结构的平面图，其带有可选的腔体和频选天线罩。图4示出根据本发明实施例的天线系统的结构示意图。图5A示出根据本发明实施例的通信天线的电压驻波比曲线图；图5B示出根据本发明实施例的天线系统的电压驻波比曲线图；图6示出本发明实施例的天线系统的增益曲线图；图7示出本发明实施例的天线系统的轴比曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。图1示出根据本发明实施例的一种微带通信天线示意图的立体结构示意图。图2示出根据本发明实施例的示例性通信天线结构的平面图。参考图1和图2所示，本实施例的通信天线200由第一辐射体201和第二辐射体202组成，其中第一辐射体201包括第一基板21和第一辐射片22，第二辐射体包括第二基板23和第二辐射片24。第一辐射体201和第二辐射体202设置在不同安装表面上。例如，第一辐射体201和第二辐射体202可按层叠方式放置。具体地，可以将第一辐射片22设置在第一基板21上，将第二辐射片24设置在第二基板23上，并且将第二基板23设置在第一辐射片22上，以此方式形成叠层结构。优选地，第一辐射体201与第二辐射体202的几何中心重合。采用叠层结构，能够精简设计结构，简化制作过程并且节省空间，实现进一步小型化。基板由掺杂有导电微结构的电介质基材制成。辐射片由导电材料制成，例如，由金属制成。辐射片可以是贴片形式，也可以是经光刻刻蚀的镀层。第一辐射片24的几何形状不作限制，在本实施例中示例为方形，作为替代，也可为矩形或其他形状。第二辐射片24的几何形状也不作限制，但通常选取为和第一辐射片22一致(包括相同和对称的情况)。第一辐射片22具有第一馈电部25和第三馈电部27，第二辐射片24具有第二馈电部26和第四馈电部28。第一馈电部25、第三馈电部27以及第二馈电部26、第四馈电部28可分别输入待发送的信号，或者输出已接收的信号。优选地，第一馈电部25、第三馈电部27以及第二馈电部26、第四馈电部28可为同轴馈电部。采用同轴馈电的方式，降低了馈电结构的干扰。第一馈电部25和第三馈电部27设置在第一辐射片的第一对称轴上，第二馈电部26和第四馈电部28设置在第二辐射片的第二对称轴上，第一对称轴和所述第二对称轴垂直。例如，第一馈电部25和第三馈电部27位于第一辐射片22的水平对称轴X1或者垂直对称轴Y1上。第二馈电部26和第四馈电部28位于第二辐射片24的水平对称轴X2或者垂直对称轴Y2上。参考图2所示，为简化起见，第一馈电部25和第三馈电部27位于第一辐射片22的水平对称轴X1上且中心对称，而第二馈电部26和第四馈电部28位于第二辐射片24的垂直对称轴Y2上且中心对称。须注意，图中所示的四个馈电部25、26、27和28的位置是示意性的，本发明的实施例并不限定第一馈电部25和第三馈电部27与第二馈电部26和第四馈电部28在水平面(图2中的纸面)上的相对位置，只要在工程上第一馈电部25、第三馈电部27、第二馈电部26和第四馈电部28能够各自引出传输线(图中未示出)。此外，本发明的实施例并不限定第一馈电部25和第三馈电部27与第二馈电部26和第四馈电部28分别处于第一辐射片22和第二辐射片24的中心位置。本发明还构想了第一馈电部25与第三馈电部27以及第二馈电部26与第四馈电部28各自在其辐射片上的相互位置关系可以改变，即，第一馈电部25与第三馈电部27的连线可以偏离第一辐射片22的中心，第二馈电部26与第四馈电部28的连线可以偏离第二辐射片24的中心。此外，本发明还构想了这四个馈电部相对位置不变但可以整体偏移。如图1、2所示，优选地，第一辐射片22的尺寸大于第二辐射片24的尺寸。图2示出第一辐射片22的尺寸大于第二辐射片24的尺寸以使第二辐射片24不遮挡第一辐射片22的实例。此外，优选地，第二基板23的材料的介电常数大于第一基板21的介电常数。使得第一辐射片22的尺寸大于第二辐射片24并且第二基板23的介电常数大于第一基板21的介电常数。第一辐射片22和第二辐射片24各自可具有切角，即切除辐射片的某个/某些角或部分材料。通过控制切角的几何形态(切角的大小、位置、切除角度等)来使第一辐射片和第二辐射片各自实现双频段线极化，且可以控制双频段的频段位置。在一个实施例中，第一辐射片22和第二辐射片24为矩形辐射片，其各自在切除一条对角线上的两个对角后呈六边形。例如，第一辐射片22具有在第一对角线A两侧的切角22a和22b，类似的，第二辐射片24具有在第二对角线B两侧切角24a和24b。在优选实施例中，优选地，各个切角22a、22b、24a和24b的角度在35度至55间选取。更优选地，各个切角22a、22b、24a和24b的角度为45度。可以理解的是，切角也可以是其它角度。优选地，所有切角22a、22b、24a和24b的形状相同。当通过馈电端口施加激励时，第一辐射体201和第二辐射体202的每一个工作为线极化辐射元。根据本发明的实施例，将第一辐射体201和第二辐射体202摆放使得第一对角线A和第二对角线B成一角度。优选地，第一辐射体201和第二辐射体202摆放使得第一对角线A和第二对角线B彼此正交。可以理解，在本发明的其他实施例中，第一辐射片22和第二辐射片24各自的两个切角可以不在对角线上。通过控制第一辐射片22和第二辐射片24的切角，第一辐射体201和第二辐射体202各自可以发射/接收双频段线极化信号，且第一辐射体201和第二辐射体202可以工作在相同的双频段中。由于第一对角线A和第二对角线B成一定角度，第一辐射体201和第二辐射体202的线极化信号在彼此有相移的情况下能够形成椭圆极化或圆极化辐射信号。尤其是当切角所在的第一对角线A和第二B垂直时，可以使两个线极化处于相互垂直的状态，即，一个为水平极化，一个为垂直极化，从而形成良好的圆极化辐射信号。进一步，通过馈电网络，使得馈送给四个馈电部的四个激励信号之间有90°相移。举例而言，以馈送给第二辐射体202的第二馈电部26的激励信号为参考0°相位，第一馈电部25相对于第二馈电部26有90°相移，第四馈电部28相对于第二馈电部26有180°相移，第三馈电部27相对于第二馈电部26有270°相移。当通过馈电部施加激励时，第一辐射体201和第二辐射体202的每一个工作为线极化辐射元。根据本发明的实施例，为了实现圆极化通信天线，将第一辐射体201和第二辐射体202摆放成使得第一对角线A和第二对角线B彼此正交。这样的设置使得第一辐射体201和第二辐射体202发出的线性极化波彼此正交，例如，第一辐射体201发出水平极化波，第二辐射体202发出垂直极化波，反之亦可。进一步，通过馈电网络，使得馈送给第一辐射体201的激励信号和馈送给第二辐射体202的激励信号之间有90°或270°的相移，这使得第一辐射体201和第二辐射体202发出的线性极化波彼此相位相差90°。第一辐射体201和第二辐射体202发出的幅度相等、相位相差90°，空间上相互正交的线极化波合成为圆极化波。在图1和2的示例实施例中，以第一对角线A和第二对角线B彼此正交的摆放方式实现了第一辐射体201和第二辐射体202的线极化波彼此正交。然而，本领域技术人员可以理解的是，取决于辐射片22和24的具体几何形状，可以采取不同的摆放方式，只要第一辐射体201和第二辐射体202能发出空间正交的线极化波即可。为了进一步简化工艺并且满足特殊应用环境的小型化和共形化设计需求，本发明的实施例可将第一辐射体201和第二辐射体202制作成具有平面。例如，将第一基板21和第二基板23制作成具有平面，然后在其上设置共面的辐射片22和24。这些结构层之间因其相似的三维形状而贴合。通过采用平面结构从而降低制作工艺的复杂程度，使得容易加工。如上所述的通信天线200结构紧凑，并且各个辐射片和基板可以具有共形结构，减小了通信天线的尺寸，提高了集成度。另一方面，通过在第一辐射片22和第二辐射片24上设置切角，每个辐射片可以实现双频段线极化，并且可以按需控制第一辐射片22和第二辐射片24的工作频段和线极化方向，从而可以采用一个通信天线200来实现双线极化双频段。此外，通过设置在两个辐射体上的四个馈电部，能够优化天线的大角度轴比以及提高方向图不圆度。图3示出根据本发明实施例的示例性通信天线结构的平面图，其带有可选的腔体300和频选天线罩310。如图3所示，可将结合图2所述的通信天线200放置腔体300中。其中腔体300在通信天线100的辐射方向上开口。腔体300的作用包括但不限于：支承通信天线200、使通信天线免受周围环境的影响和人为操作的影响等。腔体300的形状不作限制，可以是矩形、方形，也可以是圆形。腔体300的形状可以与第一辐射体和第二辐射体的形状相对应，也可以不对应。例如，第一辐射体和第二辐射体可以是矩形，腔体300也是矩形。又如，第一辐射体和第二辐射体可以是矩形，而腔体300可以是圆形。腔体300的材料不作限制，通常为金属，但亦可为适合实施需求的非金属材料。在腔体300为导电材质的情况下，微带天线200优选不接触腔体300的侧壁。作为可选的方案，可在腔体300与通信天线200之间适当设置填充材料，以更好地起到固定、减震和/或支承作用。例如，可在腔体300内放置泡沫填充材料以填充通信天线100与腔体300之间的空隙，防止通信天线100在使用时气压不稳定。在一个实施例中，通信天线200的第一辐射体201和第二辐射体202与腔体300底部可以为共形的平面结构，使得该通信天线可以更加紧凑。在一个可选实施例中，可以在通信天线200的辐射方向上设置天线罩310。天线罩310可以固定至通信天线200的基板，或者在具有腔体300的情况下可以固定至腔体300从而盖住腔体300的开口。尽管图中示出天线罩310为凸起状，但本领域技术人员可以理解，天线罩310可设置成为与通信天线100和/或腔体300共形(例如，平面形状)，以充分满足小型化的要求。天线罩310也可具有其他形状，例如平板状。天线罩310可以为通信天线200提供防护作用，且优选具有良好的透波性能，从而不影响通信天线200的信号辐射/接收。在进一步的实施例中，天线罩310可以是频选天线罩310。频选天线罩310具有良好透波性能且可以产生预期的电磁响应，从而控制电磁波的传播。图4示出根据本发明实施例的天线系统的示意图。图4所示的天线系统包括前端的馈电端口410，一分四功分器420，第一馈电线路430a、第二馈电线路430b，第三馈电线路430c和第四馈电线路430d以及图2所述的通信天线200。天线系统的馈电网络包括：馈电端口410，一分四功分器420，第一馈电线路430a、第二馈电线路430b，第三馈电线路430c和第四馈电线路430d。其中，第一馈电线路430a和第三馈电线路430c分别馈入第二馈电部26和第四馈电部28，第二馈电线路430b和第四馈电线路430d分别馈入第一馈电部25和第三馈电部27。其中第一馈电线路430a、第二馈电线路430b，第三馈电线路430c和第四馈电线路430d之间有相移。在一个实施例中，可以通过设置在功分器420与通信天线200的移相器(未示出)，使得第二馈电线路430b、第三馈电线路430c和第四馈电线路430d相对于第一馈电线路430a分别呈90°、180°、270°相移。通过使得馈送给第一辐射体201的第一馈电部25与第三馈电部27的激励信号的相位相差180°、馈送给第二辐射体202的第二馈电部26与第四馈电部28的激励信号的相位相差180°，实现天线的圆极化工作模式。综上，通信天线200通过层叠的第一辐射体201和第二辐射体202可以实现双线极化双频段。通过使馈入第二馈电部26、第一馈电部25、第四馈电部28和第三馈电部27激励信号的相位分别相差90°能够形成圆极化辐射信号。因此，本发明的天线系统能够实现双频段圆极化。此外，与在每个辐射片上仅设置一个馈电部相比，本发明通过采用四个馈电部改善了大角度轴比并且提高了方向图性能。在一个实施例中，可通过使第二馈电线路、第三馈电线路、以及第四馈电线路的长度与第一馈电线路的长度相比分别相差1/4、1/2、3/4波长，实现信号在传输通过这些馈电线路后的相位不同。此外，功分器420可采用微带线功分方式，以节省空间和有效减轻系统的重量。因而，可以仅用一套信号处理装置来实现双频段圆极化，大大简化了天线的结构，降低了成本。本发明上述实施例的通信天线或天线系统可结合于通讯设备中，从而为通讯设备发送/接收信号。图5A示出根据本发明实施例的通信天线100的辐射电压驻波比曲线图，其中横轴为频率，纵轴为电压驻波比(VSWR)实部。如图5A所示的电压驻波比示出了如图1所述的通信天线200(或其中一个辐射体201或202)在接收到一路激励信号的情况下可以实现线极化双频段辐射，其在两个频段中具有良好的电压驻波比。图5B示出了根据本发明一实施例的天线系统的接收电压驻波比曲线图，其中横轴为频率，纵轴为电压驻波比(VSWR)实部。图5B所示的电压驻波比示出了如图4所示的天线系统的通信天线200(包括两个天线辐射体)接收到的信号经功分器420汇合之后在馈电端口410输出的信号，其在整个工作频段上具有良好的电压驻波比。图6示出本发明实施例的天线系统的增益曲线图，其中横轴为俯仰角(度)，纵轴为远场增益。如图所示，根据本发明的示例实施例通信天线在±50°俯仰角范围内实现良好的增益。图7示出本发明实施例的天线系统的轴比曲线图，其中横轴为方位角(度)，纵轴为远场轴比。轴比表征天线圆极化的程度。如图所示，根据本发明的示例实施例的通信天线在±50°方位角范围内，实现轴比约为5，达成了良好的圆极化性能。结合图5至图7的性能曲线，可知本发明中的通信天线通过对辐射片切角可以使得每个辐射片实现双频段线极化。此外，第一辐射体和第二辐射体可以工作在相同的双频段中。进一步，本发明的天线系统通过使馈入设置在两个辐射体上的四个馈电部的激励信号彼此移相90°，层叠的第一辐射体和第二辐射体能够形成圆极化或椭圆极化辐射信号。与现有技术中需要两套信号处理装置来实现双频段圆极化、或者使用一套信号处理装置时分复用地处理两套信号相比，本发明减小了天线系统的体积、重量和成本。此外，本发明通过采用四个馈电部能够改善大角度轴比并且提高了方向图性能。本发明上述实施例的通信天线和/或天线系统可结合于通信设备中。本发明的通信天线由于具有剖面低、重量轻、体积小、易于共形和批量生产优点，可以广泛应用于测量和通讯各个领域。本发明实施例的通信天线应用范围更加广泛，可以应用于移动通信、卫星导航等领域。本发明提供的天线包括以层叠方式设置在不同平面的两个辐射体，通过设置两个辐射体的相对位置、以及四个馈电线路之间的相移，即可实现圆极化和双频段，并且能够优化天线的大角度轴比以及提高方向图不圆度。此外，通过使天线的每个辐射体均为平面结构，进一步满足特殊应用环境的小型化和共形化设计需求且降低制作工艺的复杂程度。采用叠层结构，能够精简设计结构，简化制作过程并且节省空间，实现进一步小型化。虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。