一种多馈点非对称圆极化车载天线

1.本实用新型属于天线技术领域，特别是涉及一种多馈点非对称圆极化车载天线。


背景技术：

2.随着信息时代的迅速发展，汽车成为人们日常生活中不可或缺的一部分，人们对汽车的安全性，智能化，多功能等方面的要求也越来越高。天线作为接收和发射电磁波的设备在实现汽车定位，车辆通信等方面起到至关重要的作用。近年来，车载天线的相关研究也非常的热门。
3.圆极化波相比于线极化波更具有很强的抗干扰性能，同时也避免了多径散射效应，从而可以提高了通信的质量。一般地，在车与卫星通信系统中，天线需要具有圆极化的工作模式。在通信中，利用车为载体，将天线放置在车顶，实现时时的信息传输。常见的圆极化贴片天线的阻抗带宽较窄，轴比带宽的相对带宽不超过10％，难以覆盖整个2.45ghz的ism频段，因此需要宽带圆极化天线。另外，宽带的圆极化天线具有较高的信息传输速率和较强的系统定位能力，尤其在车与卫星通信中，需要宽频带的gps系统对车的位置进行精准定位和及时地进行车与卫星的相关数据传输。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种多馈点非对称圆极化车载天线，通过对馈电金属柱进行精准布设，车与卫星的通信中，能够高效率地提高通信的质量。
5.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型为一种多馈点非对称圆极化车载天线，包括天线本体的表面具有表面设有金属贴片，金属贴片上具有馈电环；
7.天线本体上设有馈电天线，馈电天线上具有三个馈电金属柱，馈电金属柱置于馈电环的中心；
8.天线本体上具有馈电中心，三个馈电金属柱中相邻两馈电金属柱以馈电中心为定点的夹角为120
°
，其中一馈电金属柱所具有的中心点距离馈电中心8.4mm，另一馈电金属柱所具有的中心点距离馈电中心6.5mm，最后一馈电金属柱所具有的中心点距离馈电中心7.1mm。
9.进一步地，馈电天线包括第一馈电天线、第二馈电天线和第三馈电天线，第一馈电天线、第二馈电天线和第三馈电天线的端部均连接有馈电金属柱，其中，第一馈电天线和第二馈电天线之间设有隔离电阻。
10.进一步地，天线本体包括介质板、金属片层和基板，金属片层位于介质板和基板，介质板、金属片层和基板上具有贯通的三个通孔，一通孔内配合有一馈电金属柱。
11.进一步地，介质板的边缘出具有矩形开口，馈电天线的尾部穿出矩形开口。
12.进一步地，馈电天线的尾部设有同轴连接器，同轴连接器上具有波导端口。
13.进一步地，金属贴片包括具有切边的圆形的主辐射贴片以及绕在主辐射贴片周围
的三个矩形贴片。
14.进一步地，两个矩形贴片位于主辐射贴片的切边处，其中一矩形贴片临近主辐射贴片的一边部为锯齿边。
15.本实用新型具有以下有益效果：
16.本实用新型使用圆极化螺旋天线作为接收天线，通过构建天线收发系统，具有较高的阻抗带宽和圆极化带宽，利用圆极化天线作为接收天线结合最大传输效率法可直接得到各个端口的幅度与相位。
17.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，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的附图。
19.图1为车载天线的结构示意图；
20.图2为车载天线的结构示意图；
21.图3为馈电天线的结构示意图；
22.图4为天线的表面结构位置分布图；
23.图5为接收天线的反射系数仿真曲线图；
24.图6为接收天线的轴比仿真曲线图；
25.图7三个端口对应的计算与馈电网络幅值曲线图；
26.图8三个端口对应的计算与馈电网络幅值曲线图；
27.图9为三个端口对应的计算与馈电网络幅值曲线图；
28.图10以第三个端口作参考的计算与馈电网络相位曲线图；
29.图11为以第三个端口作参考的计算与馈电网络相位曲线图；
30.图12为发射天线加载馈电网络后的反射系数仿真曲线图；
31.图13为发射天线加载馈电网络后的轴比仿真曲线图；
32.图14为发射天线加载馈电网络后在2.3ghz处的辐射方向图xoz面；
33.图15为发射天线加载馈电网络后在2.3ghz处的辐射方向图yoz面；
34.图16为发射天线加载馈电网络后在2.45ghz处的辐射方向图xoz面；
35.图17为发射天线加载馈电网络后在2.45ghz处的辐射方向图yoz面；
36.图18为发射天线加载馈电网络后在2.6ghz处的辐射方向图xoz面；
37.图19为发射天线加载馈电网络后在2.6ghz处的辐射方向图yoz面；
38.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0039]1‑
介质板，2
‑
金属贴片层，3
‑
基板，4
‑
馈电天线，5
‑
金属贴片，401
‑
同轴连接器，402
‑
波导端口，403
‑
第一馈电天线，404
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第二馈电天线，405
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第三馈电天线，406
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馈电金属柱，407
‑
隔离电阻，501
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矩形金属贴片，502
‑
馈电环，503
‑
主辐射贴片。
具体实施方式
[0040]
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，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0041]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0042]
请参阅图1
‑
4所示，本实用新型为一种多馈点非对称圆极化车载天线，包括天线本体，天线本体的表面具有表面设有金属贴片5。
[0043]
具体的，天线本体包括介质板1、金属片层2和基板3，金属片层2位于介质板1和基板3，其中，金属贴片5贴于介质板1的表面，介质板1为聚四氟乙烯玻璃材料f4b制成的，介电常数为2.55，损耗正切0.001，金属贴片5为铜制薄片，基板3则rogers4003c制成厚度为0.813mm的板材，基板3的介电常数3.55，损耗角正切0.002，馈电天线4的主体部分贴在基板3上。
[0044]
天线本体上设有馈电天线4，馈电天线4上具有三个馈电金属柱406，馈电金属柱406置于馈电环502的中心。
[0045]
其中，天线本体上具有馈电中心，三个馈电金属柱406中相邻两馈电金属柱406以馈电中心为定点的夹角为120
°
，其中一馈电金属柱406所具有的中心点距离馈电中心8.4mm，另一馈电金属柱406所具有的中心点距离馈电中心6.5mm，最后一馈电金属柱406所具有的中心点距离馈电中心7.1mm，以此使得三个馈电金属柱406在能独立馈电的同时，还能覆盖中心频率点。
[0046]
进一步地，馈电天线4包括第一馈电天线403、第二馈电天线404和第三馈电天线405，即由第一馈电天线403、第二馈电天线404和第三馈电天线405组成馈电网络。
[0047]
其中，第一馈电天线403和第二馈电天线404之间设有隔离电阻407。
[0048]
优选的，第二馈电天线404和第三馈电天线405是有一条母馈电天线分叉而成的，母馈电天线和第一馈电天线403之间设置隔离电阻407，第二馈电天线404和第三馈电天线405之间设置隔离电阻407，使用含有2个100欧姆隔离电阻的威尔金森功分器实现，从而极大地降低了输入端口之间的耦合。
[0049]
介质板1、金属片层2和基板3上具有贯通的三个通孔，通孔半径为2mm，一通孔内配合有一馈电金属柱406。
[0050]
第一馈电天线403、第二馈电天线404和第三馈电天线405的端部均连接有馈电金属柱406。
[0051]
另外的，介质板1的边缘出具有矩形开口，馈电天线4的尾部穿出矩形开口，馈电天线4的尾部设有同轴连接器401，同轴连接器401上具有波导端口402，波导端口402给同轴连接器401激励。
[0052]
金属贴片5上具有馈电环502，馈电金属柱406在馈电环的中心
[0053]
进一步地，金属贴片5包括具有切边的圆形的主辐射贴片503以及绕在主辐射贴片
503周围的三个矩形贴片501。
[0054]
进一步地，两个矩形贴片501位于主辐射贴片503的切边处，其中一矩形贴片501临近主辐射贴片503的一边部为锯齿边。
[0055]
天线具体的结构尺寸在表1中给出，此尺寸参数系针对工作在2ghz到2.85ghz频段的优化结果。
[0056]
表1
[0057][0058][0059]
其中，w1是齿状贴片的宽度，w2是齿状贴片开槽的长度，w3是齿状贴片开槽的宽度，w4是贴片边缘齿状的宽度，w5是贴片边缘齿状的长度。l1是齿状贴片的长度，gap1是2端口馈电点对应的寄生贴片与圆形贴片之间的间隙，gap2是齿状贴片与圆形贴片之间的间隙。rg是基板的半径，rk是圆形贴片的半径，2rq是1端口馈电点所开环的外半径，pw1是2端口所对应的寄生贴片的宽度，pl1是2端口所对应的寄生贴片的长度。2r是馈电金属柱的直径。2rp是馈电点所开环的内半径。ml1是3端口所对应的寄生贴片的长度，mw1是3端口所对应的寄生贴片的宽度。gap3是3端口所对应的寄生贴片与圆形贴片之间的间隙。lk是圆形基板切口的长度，lw是圆形基板切口的宽度。pl2是2端口所对应的圆形贴片边缘切除部分的边长。ml2是3端口所对应动的圆形贴片边缘切除部分的边长。p1是圆形贴片的圆心距离1端口短路柱的距离。p2是圆形贴片的圆心距离2端口短路柱的距离。p3是圆形贴片的圆心距离3端口短路柱的距离
[0060]
通过图5、6可以看出该螺旋天线在2ghz到2.7ghz频率范围内轴比均低于3，符合圆极化的要求。其发射天线具体的结构尺寸在表1中给出，此尺寸参数系针对工作在2ghz到2.85ghz频段的优化结果
[0061]
图7至图9展示了计算出的幅值结果和馈电网络幅值结果的对比，可以发现3个对应端口馈电网络实现的结果和计算出的结果都较为接近。图10和图11展示了在以第3个端口作为参考情况下1，3端口相位差以及2，3端口的相位差，可以发现馈电网络实现的相位差和计算值都较为接近，故该馈电网络可以满足设计需求
[0062]
图12是发射天线在加馈电网络情况下的反射系数，其－10db阻抗带宽为2.3ghz到2.7ghz。图13为在馈电网络馈电下天线的轴比，在2.2ghz到2.6ghz频段内辐射轴比小于3db，较好地展现了宽带圆极化效果。
[0063]
图14
‑
图19分别展现了2.3ghz,2.45ghz以及2.6ghz的归一化方向图，天线在三个频率的最大辐射方向都为+z方向，通过仿真得到天线在三个频率的最大增益分别为4.3dbi，6.85dbi，6.2dbi，符合车载天线要求
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个
实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065]
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。