本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种微带圆极化天线及无线设备。
背景技术：
天线是一种变换器，能够把传输线上传播的导行波变换成在自由空间中传播的电磁波，或者相反，在无线电设备中起着发射或接收电磁波的重要作用。圆极化天线和微带天线均是常用的天线形式，其中，圆极化天线能够实现圆极化辐射，不仅有利于对空间电磁波的接收，还同时具有能够抑制云雨干扰和抗多径反射等优点；微带天线则具有结构简单、加工方便、成本低廉、剖面低、易于与载体共形、易于与有源电路集成、设计灵活、易于实现多频段工作模式等优点。
在现有技术中，为了将微带天线和圆极化天线的优点结合起来，开发微带圆极化天线的常见方法有多点馈电法、矩形贴片切角法和直接采用圆形贴片法，但是，上述这几种方法也各具缺点，其中，采用多点馈电法开发的天线，结构复杂，难于集成，且天线的增益较低；而对于矩形贴片切角法而言，由于切角大小是控制天线圆极化的主要因素，所以对切角尺寸的精度要求较高，难于加工；直接采用圆形贴片的方法，则仿真毛刺较多、速度慢，圆极化性能较差，且圆形贴片也难于加工。
因此，如何同时克服微带圆极化天线结构复杂、难于加工、仿真速度慢和圆极化性能差等缺点是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种微带圆极化天线，能够同时克服微带圆极化天线结构复杂、难于加工、仿真速度慢和圆极化性能差等缺点。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的一种微带圆极化天线，包括基板、设置于所述基板同一面的贴片阵列和馈电网络，和设置于所述基板另一面的地板；
所述贴片阵列与所述馈电网络连接，由2n个贴片单元组成，其中，每个贴片单元包括一个正N边形金属贴片和与所述正N边形金属贴片单点连接的阵列微带线；所述地板在所述正N边形金属贴片(11)的正下方开设有正N边形孔，各所述正N边形孔中均设置有一个矩形贴片，且在所述地板厚度方向的投影上，所述矩形贴片的短边与所述正N边形孔的一边重合，所述矩形贴片的一个顶点与所述正N边形孔的一个顶点重合；
其中，n为大于或等于2的整数，N为大于或等于6的整数，所述正N边形金属贴片的面积小于或等于所述正N边形孔的孔面面积。
优选地，所述基板具体为矩形单层双面PCB板。
优选地，所述矩形单层双面PCB板具体为FR4环氧树脂矩形单层双面PCB板。
优选地，所述正N边形孔的孔面面积为所述正N边形金属贴片的面积的1.2倍。
优选地，当n等于2时，所述正N边形金属贴片包括中心在一条直线上，且依次排列的第一正N边形金属贴片、第二正N边形金属贴片、第三正N边形金属贴片和第四正N边形金属贴片；
所述第一正N边形金属贴片与所述第二正N边形金属贴片的间距和所述第三正N边形金属贴片与所述第四正N边形金属贴片的间距均为25mm，所述第二正N边形金属贴片与所述第三正N边形金属贴片的间距为19mm。
优选地，与所述第一正N边形金属贴片连接的第一馈电微带线单元和与所述第二正N边形金属贴片连接的第一馈电微带线单元之间的间距为25mm、与所述第三正N边形金属贴片连接的第一馈电微带线单元和与所述第四正N边形金属贴片连接的第一馈电微带线单元之间的间距为19mm；
其中，所述馈电网络包括所述第一馈电微带线单元。
优选地，各所述第一馈电微带线单元和各第二馈电微带线单元均由阻抗为50欧姆的微带线、阻抗为70欧姆的微带线和阻抗为100欧姆的微带线依次串联而成，所述第一馈电微带线单元中阻抗为50欧姆的微带线与所述正N边形金属贴片连接，所述第一馈电微带线单元中阻抗为100欧姆的微带线通过一级阻抗变换器与所述第二馈电微带线单元中阻抗为50欧姆的微带线连接，所述第二馈电微带线单元中阻抗为100欧姆的微带线与二级阻抗变换器连接以使所述二级阻抗变换器的输出阻抗与阻抗为50欧姆的标准接头匹配；
其中，所述馈电网络包括所述第二馈电微带线单元。
优选地，所述阵列微带线包括第一阵列微带线和第二阵列微带线，所述第一阵列微带线的一端与所述正N边形金属贴片连接，所述第一阵列微带线的另一端与所述第二阵列微带线的一端连接，所述第二阵列微带线的另一端与所述馈电网络连接；
所述正N边形金属贴片的边长为5.8mm；第一阵列微带线的长度为6.6mm，宽度为1mm；所述第二阵列微带线的长度为5.5mm，宽度为1.76mm。
优选地，所述矩形贴片的长边长度为5.93mm，所述矩形贴片的短边长度为1mm。
相对于现有技术而言，本实用新型提供的微带圆极化天线包括贴片阵列、馈电网络、基板和地板。基板的一面设置有与阵列微带线单点连接的正N边形金属贴片，当馈电网络通电压时，正电荷会聚集正N边形金属贴片上，可产生极化正交、幅度相等和具有一定相位差的两个简并模，且由于基板的另一面设置有地板，地板在正N边形金属贴片的正下方，开设有正N边形孔，所以，负电荷会聚集在地板的正N边形孔的边缘，使得正N边形金属贴片与正N边形孔构成电容加载；矩形贴片起着增大电流的传播路径和增大阻抗的作用，与正N边形金属贴片耦合短路构成电感加载，两个简并模的谐振频率产生分离，一个模的阻抗相角超前45°，另一个模的阻抗相角滞后45°，形成圆极化辐射。由此可见，本微带圆极化通过单点馈电、一体化贴片阵列与馈电网络，及采用正N边形金属贴片构成贴片阵列实现了圆极化辐射，不仅可以简化天线结构，使得自身易于集成，增益得以提高，还可以降低加工难度、加快仿真速度、减少仿真毛刺及提升圆极化性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，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实用新型的一些实施例，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附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种微带圆极化天线的分解图；
图2为本实用新型实施例提供的一种微带圆极化天线中贴片阵列的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种微带圆极化天线中馈电网络的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的另一种微带圆极化天线的回波损耗图；
图5为本实用新型实施例提供的另一种微带圆极化天线的电磁仿真轴比图；
其中，1、贴片阵列，2、馈电网络，3、基板，4、地板，11、正N边形金属贴片，12、阵列微带线，21、阻抗为50欧姆的微带线，22、阻抗为70欧姆的微带线，23、阻抗为100欧姆的微带线，24、一级阻抗变换器，25、二级阻抗变换器，41、正N边形孔，42、矩形贴片，111第一正N边形金属贴片，112、第二正N边形金属贴片，113、第三正N边形金属贴片，114、第四正N边形金属贴片，121、第一阵列微带线，122、第二阵列微带线。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。
本实用新型的目的是提供一种微带圆极化天线，能够同时克服微带圆极化天线结构复杂、难于加工、仿真速度慢和圆极化性能差等缺点。
为了使本领域的技术人员更好的理解本实用新型技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
图1为本实用新型实施例提供的一种微带圆极化天线的分解图。如图1所示，本实用新型提供的微带圆极化天线包括包括基板3、设置于所述基板3同一面的贴片阵列1和馈电网络2，和设置于所述基板3另一面的地板4；贴片阵列1与馈电网络2连接，由2n个贴片单元组成，其中，每个贴片单元包括一个正N边形金属贴片11和与正N边形金属贴片11单点连接的阵列微带线12；馈电网络2同贴片阵列1设置于基板3的一面，由多个馈电微带线单元组成，与各阵列微带线12的另一端连接以将各贴片单元并联，用于为贴片阵列1馈电；地板4设置于基板3的另一面，在正N边形金属贴片11的正下方，开设有正N边形孔41，正N边形孔41与正N边形金属贴片11一一对应，且放置方向相同，各正N边形孔41中均设置有一个矩形贴片42，且在地板4厚度方向的投影上，矩形贴片42的短边与正N边形孔41的一边重合，矩形贴片42的一个顶点与正N边形孔41的一个顶点重合。
其中，n为大于或等于2的整数，N为大于或等于6的整数，正N边形金属贴片11的面积小于或等于正N边形孔41的孔面面积，馈电微带线单元由馈电微带线组成，阵列微带线12和馈电微带线均为微带传输线。
贴片阵列1由2n个贴片单元组成，且n为大于或等于2的整数，是为了保证微带圆极化天线中贴片单元的高度对称性，以产生圆极化辐射，利用贴片阵列产生圆极化，较之于直接使用贴片单元而言，其频率带宽更宽，圆极化性能更好。每个贴片单元包括一个正N边形金属贴片11和与正N边形金属贴片11单点连接的阵列微带线12，各正N边形金属贴片11在设置时，其中心应尽量在一条直线上，且保持高度对称，正N边形金属贴片11与圆形金属贴片相比，更容易加工，能够进一步降低圆极化天线的加工难度，而且，采用正N边形金属贴片11的微带圆极化天线仿真速度更快、毛刺更少，有利于缩短微带圆极化天线的开发周期，提升圆极化性能；正N边形金属贴片11和阵列微带线12单点连接是指每个正N边形金属贴片11仅由一路阵列微带线12进行馈电，也就是说，本实施例提供的微带圆极化天线采用的馈电方式为单点馈电，单点馈电结构简单，尺寸更小，易于集成，能够提升本实施例提供的微带圆极化天线的增益。馈电网络2与贴片阵列1设置于基板3的同一面，属于一体化设计，可以加强本实施例提供的微带圆极化天线的坚固性。地板4设置于基板3的另一面，开设有正对正N边形金属贴片11的2n个正N边形孔41，正对于正N边形金属贴片11的正N边形孔41，可以避免对正N边形金属贴片11进行切角，从而可以解决由切角精度难以把握而造成的加工难度高的问题。在各正N边形孔41中均设置有一个矩形贴片42，可以增大电流的传播路径和增大阻抗。在地板4厚度方向的投影上，矩形贴片42的短边与正N边形孔41的一边重合，矩形贴片42的一个顶点与正N边形孔41的一个顶点重合，可以保证矩形贴片42与正N边形金属贴片11耦合短路构成电感加载。
当通过馈电网络2和阵列微带线12为正N边形金属贴片11通电压时，正N边形金属贴片11上聚集正电荷，可以产生极化正交、幅度相等和具有一定相位差的两个简并模；在正N边形金属贴片11正下方的正N边形孔的边缘聚集负电荷，且正N边形金属贴片11的面积小于或等于正N边形孔41的孔面面积，所以，正N边形金属贴片11会与正N边形孔可以构成电容加载。另外，在地板4厚度方向的投影上，矩形贴片42的短边与正N边形孔41的一边重合，矩形贴片42的一个顶点与正N边形孔41的一个顶点重合，可以保证矩形贴片42与正N边形金属贴片11耦合短路构成电感加载，同时，矩形贴片也起着增大电流的传播路径和增大阻抗的作用，使得两个简并模的谐振频率产生分离，一个模的阻抗相角超前45°，另一个模的阻抗相角滞后45°，形成圆极化辐射。
在实际应用中，可以在基板3的两面分别附着金属薄层，一面的金属薄层作为地板4，另一面的金属薄层用光刻腐蚀等电化学方法做出正N边形金属贴片11。
综上所述，本实施例提供的微带圆极化天线，馈电网络同贴片阵列设置于基板的一面，基板的一面设置有与阵列微带线单点连接的正N边形金属贴片，当馈电网络通电压时，正电荷会聚集正N边形金属贴片上，可产生极化正交、幅度相等和具有一定相位差的两个简并模，且由于基板的另一面设置有地板，地板在正N边形金属贴片的正下方开设有正N边形孔，所以，负电荷会聚集在地板的正N边形孔的边缘，使得正N边形金属贴片与正N边形孔构成电容加载；矩形贴片起着增大电流的传播路径和增大阻抗的作用，与正N边形金属贴片耦合短路构成电感加载，两个简并模的谐振频率产生分离，一个模的阻抗相角超前45°，另一个模的阻抗相角滞后45°，形成圆极化辐射。由此可见，本微带圆极化通过单点馈电、一体化贴片阵列与馈电网络，及采用正N边形金属贴片构成贴片阵列实现了圆极化辐射，不仅可以简化天线结构，使得自身易于集成，增益得以提高，还可以降低加工难度、加快仿真速度、减少仿真毛刺及提升圆极化性能。
为了进一步简化微带圆极化天线结构，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式，基板3具体为矩形单层双面PCB板。矩形单层双面PCB板与矩形多层双面PCB相比，可以利用平面印刷工艺加工，具有小尺寸、低剖面、轻重量、低成本的优点。
为了降低微带圆极化天线的成本，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式，矩形单层双面PCB板具体为FR4环氧树脂矩形单层双面PCB板。相比于适用的其它材料PCB板，FR4环氧树脂PCB板的成本更低。
为了提升微带圆极化天线的圆极化性能，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式，正N边形孔41的孔面面积为正N边形金属贴片11的面积的1.2倍。
图2为本实用新型实施例提供的一种微带圆极化天线中贴片阵列的结构示意图。如图2所示，为了提升微带圆极化天线的适用性，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式，当n等于2时，正N边形金属贴片11包括中心在一条直线上，且依次排列的第一正N边形金属贴片111、第二正N边形金属贴片112、第三正N边形金属贴片113和第四正N边形金属贴片114。
第一正N边形金属贴片111与第二正N边形金属贴片112的间距和第三正N边形金属贴片113与第四正N边形金属贴片114的间距均为25mm，第二正N边形金属贴片112与第三正N边形金属贴片113的间距均为19mm。
为了使本实施例提供的微带圆极化天线能够广泛的应用于无线通信领域，可以将微带圆极化天线的工作频率设计为5.8GHz ISM频段，则波长：其中，c为光速，f为工作频率。微带圆极化天线的理论长度为半个波长，即25.5mm，但是，经调试，当微带圆极化天线的实际长度取25mm时，圆极化性能更好，因此，将第一正N边形金属贴片111与第二正N边形金属贴片112的间距和第三正N边形金属贴片113与第四正N边形金属贴片114的间距均设置为25mm。
为了进一步提升微带圆极化天线的圆极化性能，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式，与第一正N边形金属贴片111连接的第一馈电微带线单元和与第二正N边形金属贴片112连接的第一馈电微带线单元之间的间距为25mm、与第三正N边形金属贴片113连接的第一馈电微带线单元和与第四正N边形金属贴片114连接的第一馈电微带线单元之间的间距为19mm。如此设置，可以保证微带圆极化天线的高度对称性，提升微带圆极化天线的圆极化性能。其中，馈电网络2包括第一馈电微带线单元。
图3为本实用新型实施例提供的一种微带圆极化天线中馈电网络的结构示意图。如图3所示，为了使馈电网络2的输出阻抗最终与50欧姆的标准接头相匹配，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式，各第一馈电微带线单元和各第二馈电微带线单元均由阻抗为50欧姆的微带线21、阻抗为70欧姆的微带线22和阻抗为100欧姆的微带线23依次串联而成，第一馈电微带线单元中阻抗为50欧姆的微带线21与正N边形金属贴片11连接，第一馈电微带线单元中阻抗为100欧姆的微带线23通过一级阻抗变换器24与第二馈电微带线单元中阻抗为50欧姆的微带线21连接，第二馈电微带线单元中阻抗为100欧姆的微带线23与二级阻抗变换器25连接以使二级阻抗变换器25的输出阻抗与阻抗为50欧姆的标准接头匹配。将微带线21、微带线22和微带线23依次设置为50欧姆、70欧姆和100欧姆，目的是使二级阻抗变换器25的输出阻抗最终与50欧姆的标准接头匹配，也就是说，目的是使二级阻抗变换器25的输出阻抗最终为50欧姆。其中，馈电网络2包括第二馈电微带线单元。
如图2所示，为了进一步提升微带圆极化天线的圆极化性能，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式阵列微带线12包括第一阵列微带线121和第二阵列微带线122，第一阵列微带线121的一端与正N边形金属贴片11连接，第一阵列微带线121的另一端与第二阵列微带线121的一端连接，第二阵列微带线122的另一端与馈电网络2连接。
正N边形金属贴片11的边长为5.8mm；第一阵列微带线121的长度为6.6mm，宽度为1mm；第二阵列微带线122的长度为5.5mm，宽度为1.76mm。
如图1所示，为了进一步提升微带圆极化天线的圆极化性能，基于上述实施例，作为一种优选地实施方式矩形贴片42的长边长度为5.93mm，矩形贴片42的短边长度为1mm。
为了使本领域的技术人员能够更好地理解本实用新型所提供的技术方案，下面以工作频率在5.8GHz ISM频段的正六边形微带圆极化天线为例，结合仿真结果进行详细说明。
本实施例中微带圆极化天线的贴片阵列1由4个边长为5.8mm的正六边形金属贴片，和尺寸分别为6.6*1mm和5.5*1.76mm，且串联的两条微带线组成，其中，尺寸为6.6*1mm的微带线与正六边形金属贴片连接，正六边形金属贴片的分布情况如图2所示，各正六边形金属贴片的中心在一条直线上，从左至右，相互之间的间距分别为25mm、19mm和25mm；馈电网络2采用并联馈电方式，将与正六边形金属贴片单点连接的各微带线并联起来，包括六个馈电微带线单元和三个T型阻抗变换器，最终使天线阵的边缘阻抗与标准接头50欧姆阻抗达成匹配；基板3选用双面覆铜的FR4环氧树脂矩形单层PCB板，且两面覆铜厚度均为35微米，其中，一面覆铜作为贴片阵列1，另一面覆铜作为地板4，该PCB板的介电质常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1mm，长度为68.66mm，宽度为97mm；地板4开设有正对正六边形金属贴片的正六边形孔，正六边形孔的孔面面积为正六边形金属贴片面积的1.2倍，矩形贴片42的尺寸具体为5.93*1mm。图4为本实用新型实施例提供的另一种微带圆极化天线的回波损耗图，如图4所示，本实施例提供的微带圆极化天线工作中心频率为5.8GHz，工作频带为5.3GHz-6.2GHz，绝对带宽达到0.9GHz，能够广泛的应用于无线通信领域。图5为本实用新型实施例提供的另一种微带圆极化天线的电磁仿真轴比图，如图5所示，在主辐射防线-17.0deg-15deg范围内，轴比均小于3dB，表明圆极化效果较好。
以上对本实用新型所提供的一种微带圆极化天线进行了详细介绍。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都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型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者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者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”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、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它要素，或者还包括为这种过程、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。