一种圆极化天线的制作方法

1.本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种圆极化天线。


背景技术：

2.圆极化波辐射的基本条件是能发射两个空间正交、幅度相等且相位相差90
°
的线极化波。沿着传播方向来看，两个线极化波合成电场矢量的末端扫出的轨迹是一个圆，因而称之为圆极化。如果等幅但相位不正交，也就是末端扫出的轨迹是椭圆，被称之为椭圆极化。
3.圆极化天线能够接受任意极化方式的天线发出的电磁波，任意极化方式的天线也可以接收圆极化波。并且圆极化天线具有旋向正交性，例如一个天线辐射左旋圆极化波，则不能够被右旋圆极化天线接收。圆极化天线与线极化天线相比，可以降低极化失配导致的极化损失，还可以抑制雨雾天气和建筑物等引起的多径干扰，提升系统的通信质量。
4.轴比(axial ratio，ar)对于衡量天线圆极化性能的好坏非常重要。轴比定义为极化圆的长轴和短轴的比值，轴比通常通过20log|ar|转化为以分贝为单位进行表示。当ar＝1，即轴比为0db时，长轴和短轴相等，即为圆极化；当ar趋于无穷时，即为线极化。实际工程中不存在完全理想的圆极化天线，为了保证圆极化天线的圆极化程度，通常要求轴比小于3db。
5.当圆极化天线的反射板的平面为一些规则的、结构完全对称的图形，如正方形、圆形时，由于电流在反射板的四周走过路径的长短对称均匀，即，圆极化天线的两个线极化波电流趋肤路径相等，因此圆极化天线的轴比符合小于3db的要求。但由于外形和某些方向的体积限制，反射板的平面被设计为一些不规则的、结构不完全对称的图形，如长方形、椭圆形等。或者，虽然反射板的平面为结构对称的图形，但是将圆极化天线置于狭小的不规则的环境中。由于圆极化天线的两个线极化波电流趋肤路径不对等，圆极化天线的轴比得到了较大的恶化，往往不能满足小于3db的要求，从而影响天线的接收信号的质量。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种圆极化天线，用以改善圆极化天线的轴比，从而提高圆极化天线的接收信号的质量。
7.第一方面，本发明实施例提供一种圆极化天线，包括：依次层叠设置的反射板、无源介质板及辐射面；
8.所述无源介质板和所述辐射面设置于所述反射板的中心区域；
9.所述反射板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度不相等；
10.所述无源介质板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；
11.所述辐射面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；
12.所述辐射面上的第一馈电点和第二馈电点所在的直线平行于所述反射板的层叠面的任一对称轴；所述第一馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对
称轴所成的夹角为45
°
；所述第二馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
。
13.通过对第一馈电点和第二馈电点的设置位置进行调整，使第一馈电点和第二馈电点连成的直线平行于反射板的层叠面的任一对称轴；第一馈电点和辐射面的中心连成的直线与反射板的层叠面的任一对称轴所成的夹角为45
°
，第二馈电点和辐射面的中心连成的直线与反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
改变了电流在反射板的四周走过的路径，使圆极化天线的两个线极化波电流趋肤路径尽量趋于相等，从而极大得降低了圆极化天线的轴比，提高了天线接收信号的质量。
14.可选地，所述反射板的相互垂直的对称轴臂分别为长对称轴臂和短对称轴臂；
15.所述第一馈电点和所述第二馈电点连成的直线平行于所述反射板的长对称轴臂。
16.从而使圆极化天线的轴比符合小于3db的要求。提高了天线接收信号的质量。
17.可选地，所述无源介质板的层叠面为正方形；所述辐射面为正方形且在正方形的每条边上延伸出一个或多个矩形枝节，通过调节所述矩形枝节的长短控制天线的谐振频率。
18.可选地，所述无源介质板的层叠面为圆角正方形；所述辐射面为圆角正方形且在圆角正方形的每条边上延伸出一个或多个矩形枝节，通过调节所述矩形枝节的长短控制天线的谐振频率。
19.可选地，所述无源介质板的层叠面为圆形；所述辐射面为圆形且在圆形的边上延伸出一个或多个矩形枝节，通过调节所述矩形枝节的长短控制天线的谐振频率。
20.可选地，所述反射板的层叠面为长方形、圆角长方形或椭圆形。
21.可选地，还包括：第一馈针、第二馈针和馈电电路板；
22.所述第一馈针的上端连接所述第一馈电点，所述第一馈针的下端连接所述馈电电路板上的3db移相器；所述第二馈针的上端连接所述第二馈电点，所述第二馈针的下端连接所述3db移相器。
23.可选地，所述馈电电路板设置于所述反射板和所述无源介质板之间，所述馈电电路板设置于所述反射板的中心区域。
24.可选地，所述反射板的层叠面为长方形且长宽比值为1.64；所述辐射面的中心点至所述第一馈电点与所述第二馈电点所在的直线的距离为2.97mm。
25.可选地，所述无源介质板的层叠面为边长为45mm，圆角的半径为4mm的圆角正方形；所述辐射面为边长为43mm，圆角的半径为4mm的圆角正方形；所述矩形枝节的长为4mm，宽为1mm；所述矩形枝节之间的间隔为2mm。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。
27.图1a为本发明实施例提供的一种可能的对称参考地圆极化天线的示意图；
28.图1b为本发明实施例提供的一种可能的对称参考地圆极化天线的示意图；
29.图1c为本发明实施例提供的一种可能的对称参考地圆极化天线的s参数图；
30.图1d为本发明实施例提供的一种可能的对称参考地圆极化天线的轴比的示意图；
31.图2a为本发明实施例提供的一种可能的不对称参考地圆极化天线的示意图；
32.图2b为本发明实施例提供的一种可能的不对称参考地圆极化天线的s参数图；
33.图2c为本发明实施例提供的一种可能的不对称参考地圆极化天线的轴比的示意图；
34.图3a为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的示意图；
35.图3b为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的s参数图；
36.图3c为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的轴比的示意图；
37.图3d为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的具体尺寸图；
38.图4a为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的示意图；
39.图4b为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的s参数图；
40.图4c为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的轴比的示意图；
41.图4d为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的示意图；
42.图4e为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的s参数图；
43.图4f为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的轴比的示意图；
44.图4g为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的具体尺寸图；
45.图5a为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的示意图；
46.图5b为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的s参数图；
47.图5c为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的轴比的示意图；
48.图5d为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的示意图；
49.图5e为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的s参数图；
50.图5f为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的轴比的示意图；
51.图5g为本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的具体尺寸图。
具体实施方式
52.为使本技术的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本技术示例性实施例中的附图，对本技术示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
53.基于本技术描述的示例性实施例，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他实施例，都属于本技术所附权利要求保护的范围。此外，虽然本技术中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。
54.需要说明的是，本技术中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本技术的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
55.本技术中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明(unless otherwise indicated)。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互
换，例如能够根据本技术实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。
56.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
57.圆极化波辐射的基本条件是能发射两个空间正交、幅度相等且相位相差90
°
的线极化波。沿着传播方向来看，两个线极化波合成电场矢量的末端扫出的轨迹是一个圆，因而称之为圆极化。如果等幅但相位不正交，也就是末端扫出的轨迹是椭圆，被称之为椭圆极化。
58.在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90度或270度时，可以得到圆极化波。若极化面随时间旋转与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。
59.当圆极化天线的反射板的平面为一些规则的、结构完全对称的图形，如正方形、圆形时，由于电流在反射板的四周走过路径的长短对称均匀，即，圆极化天线的两个线极化波电流趋肤路径相等，因此圆极化天线的轴比符合小于3db的要求。
60.图1a示出了一种可能的对称参考地圆极化天线。该天线包括依次层叠设置的反射板、无源介质板及辐射面；无源介质板和辐射面设置于反射板的中心区域。辐射面和无源介质板的层叠面为结构完全对称的圆角正方形；反射板的层叠面为结构完全对称的正方形。可以看出，辐射面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；无源介质板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；反射板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等。本文所指的对称轴臂是指图形的对称轴被图形的边界所截成的一条线段。
61.如图1a所示，辐射面上具有水平对称轴和垂直对称轴，在辐射面的水平对称轴和垂直对称轴上分别设置有馈电点。
62.图1b示出了一种可能的对称参考地圆极化天线的具体尺寸图，在该圆极化天线中，反射板为62.5
×
62.5的正方形，无源介质板为边长45
×
45、圆角半径为4的圆角正方形。本文中所提到的尺寸的单位均为mm。
63.对图1b示出的对称参考地圆极化天线进行轴比测试，得到如图1c所示的对称参考地的s参数图，从中可以确定该圆极化天线的谐振点为1.181ghz。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图1d所示。该圆极化天线的轴比为0.87db，小于3db，因此，该圆极化天线的轴比符合要求。
64.但是由于外形和某些方向的体积限制，反射板的平面被设计为一些不规则的、结构不完全对称的图形，如长方形、椭圆形等。或者，虽然反射板的平面为结构对称的图形，但是将圆极化天线置于狭小的不规则的环境中。由于圆极化天线的两个线极化波电流趋肤路径不对等，圆极化天线的轴比得到了较大的恶化，往往不能满足小于3db的要求，从而影响天线的接收信号的质量。
65.图2a示出了一种可能的不对称参考地圆极化天线。该天线包括依次层叠设置的反射板、无源介质板及辐射面；无源介质板和辐射面设置于反射板的中心区域。辐射面和无源介质板的层叠面为结构完全对称的圆角正方形；反射板的层叠面为结构不完全对称的长方形。可以看出，辐射面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；无源介质板的层叠面
为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；反射板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度不相等。
66.图2a中依然按照图1a的设置位置来设置馈电点。
67.对图2a示出的不对称参考地圆极化天线进行轴比测试，得到如图2b所示的不对称参考地的s参数图。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图2c所示。该圆极化天线的轴比为7.73db和10.42db，大于3db，因此，该圆极化天线的轴比不符合要求。
68.针对上述问题，本发明实施例提供一种圆极化天线，通过对馈电点的设置位置的改变，改善圆极化天线的轴比。
69.图3a为本发明实施例提供的一种圆极化天线，是一种不对称参考地圆极化天线。
70.该圆极化天线包括依次层叠设置的反射板、无源介质板及辐射面；无源介质板和辐射面设置于反射板的中心区域。辐射面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；无源介质板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；反射板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度不相等。
71.图3a示出的无源介质板的层叠面为圆角正方形，反射板的层叠面为长方形。实际上，无源介质板的层叠面不限于圆角正方形，可以为任何结构完全对称的图形，如正方形、圆形等。反射板的层叠面不限于长方形，可以为任何结构不完全对称的图形，如椭圆形、圆角长方形等。本发明实施例对此不做限制。
72.值得注意的是，馈电点的位置发生了变化，如图3a所示，设置了第一馈电点和第二馈电点，第一馈电点和第二馈电点所在的直线平行于所述反射板的层叠面的任一对称轴；所述第一馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
；所述第二馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
。
73.例如在图3a的例子中，反射板存在两条对称轴，垂直对称轴和水平对称轴，其中水平对称轴较长。第一馈电点和第二馈电点所在的直线可以平行于水平对称轴，也可以平行于垂直对称轴，对此不作具体限制。经过仿真实验，无论平行于哪条对称轴，均会改善圆极化天线的轴比。
74.通过对第一馈电点和第二馈电点的设置位置进行调整，使第一馈电点和第二馈电点连成的直线平行于反射板的层叠面的任一对称轴；第一馈电点和辐射面的中心连成的直线与反射板的层叠面的任一对称轴所成的夹角为45
°
，第二馈电点和辐射面的中心连成的直线与反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
改变了电流在反射板的四周走过的路径，使圆极化天线的两个线极化波电流趋肤路径尽量趋于相等，从而极大得降低了圆极化天线的轴比，提高了天线接收信号的质量。
75.下面以第一馈电点和所述第二馈电点连成的直线平行于所述反射板的长对称轴臂，即水平对称轴为例，进行轴比测试。
76.对图3a示出的圆极化天线进行轴比测试，得到如图3b所示的s参数图。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图3c所示。该圆极化天线的轴比为2.4db，小于3db，因此可以看出，调整了馈电点的设置位置后，该圆极化天线的轴比得到了改善，符合小于3db的要求。提高了天线接收信号的质量。
77.图3d示出了本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的具体尺寸图，在该圆极
化天线中，反射板为62.5
×
102.5的长方形，无源介质板为边长45
×
45、圆角半径为4的圆角正方形。所述反射板的层叠面为长方形且长宽比值为1.64；所述辐射面的中心点至所述第一馈电点与所述第二馈电点所在的直线的距离为2.97mm。
78.图4a示出了本发明实施例提供的一种圆极化天线，是一种不对称参考地圆极化天线。
79.该圆极化天线包括依次层叠设置的反射板、无源介质板及辐射面；无源介质板和辐射面设置于反射板的中心区域。辐射面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；无源介质板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；反射板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度不相等。
80.图4a示出的无源介质板的层叠面为圆角正方形，反射板的层叠面为圆角长方形。
81.馈电点设置在辐射面的水平对称轴和垂直对称轴上。
82.对图4a示出的圆极化天线进行轴比测试，得到如图4b所示的s参数图。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图4c所示。该圆极化天线的轴比为7.64db和3.79db，大于3db，因此，该圆极化天线的轴比不符合要求。
83.对上述圆极化天线的馈电点的位置进行调整，得到如图4d所示的圆极化天线。第一馈电点和第二馈电点所在的直线平行于所述反射板的层叠面的任一对称轴；所述第一馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
；所述第二馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
。
84.对图4d示出的圆极化天线进行轴比测试，得到如图4e所示的s参数图。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图4f所示。该圆极化天线的轴比为2.04db，小于3db，因此可以看出，调整了馈电点的设置位置后，该圆极化天线的轴比得到了改善，符合小于3db的要求。提高了天线接收信号的质量。
85.图4g示出了本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的具体尺寸图。
86.图5a示出了本发明实施例提供的一种圆极化天线，是一种不对称参考地圆极化天线。
87.该圆极化天线包括依次层叠设置的反射板、无源介质板及辐射面；无源介质板和辐射面设置于反射板的中心区域。辐射面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；无源介质板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度相等；反射板的层叠面为轴对称图形且相互垂直的对称轴臂长度不相等。
88.图5a示出的无源介质板的层叠面为圆角正方形，反射板的层叠面为椭圆形。
89.馈电点设置在辐射面的水平对称轴和垂直对称轴上。
90.对图5a示出的圆极化天线进行轴比测试，得到如图5b所示的s参数图。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图5c所示。该圆极化天线的轴比为7.67db和3.31db，大于3db，因此，该圆极化天线的轴比不符合要求。
91.对上述圆极化天线的馈电点的位置进行调整，得到如图5d所示的圆极化天线。第一馈电点和第二馈电点所在的直线平行于所述反射板的层叠面的任一对称轴；所述第一馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为45
°
；所述第二馈电点和所述辐射面的中心连成的直线与所述反射板的任一对称轴所成的夹角为
45
°
。
92.对图5d示出的圆极化天线进行轴比测试，得到如图5e所示的s参数图。进而得到该圆极化天线在谐振点的轴比，如图5f所示。该圆极化天线的轴比为2.18db，小于3db，因此可以看出，调整了馈电点的设置位置后，该圆极化天线的轴比得到了改善，符合小于3db的要求。提高了天线接收信号的质量。
93.图5g示出了本发明实施例提供的一种可能的圆极化天线的具体尺寸图。
94.本发明实施例对无源介质板的层叠面的形状和辐射面的形状也不作具体限制。
95.一种可能的实施例，无源介质板的层叠面为圆角正方形；所述辐射面为圆角正方形且在圆角正方形的每条边上延伸出一个或多个矩形枝节，通过调节所述矩形枝节的长短控制天线的谐振频率。
96.可选地，无源介质板的层叠面为边长为45mm，圆角的半径为4mm的圆角正方形；所述辐射面为边长为43mm，圆角的半径为4mm的圆角正方形；所述矩形枝节的长为4mm，宽为1mm；所述矩形枝节之间的间隔为2mm。以上仅为实例，本发明实施例对无源介质板的层叠面和辐射面的具体尺寸不作限制。
97.一种可能的实施例，所述无源介质板的层叠面为正方形；所述辐射面为正方形且在正方形的每条边上延伸出一个或多个矩形枝节，通过调节所述矩形枝节的长短控制天线的谐振频率。
98.一种可能的实施例，所述无源介质板的层叠面为圆形；所述辐射面为圆形且在圆形的边上延伸出一个或多个矩形枝节，通过调节所述矩形枝节的长短控制天线的谐振频率。
99.该圆极化天线还包括第一馈针、第二馈针和馈电电路板；所述第一馈针的上端连接所述第一馈电点，所述第一馈针的下端连接所述馈电电路板上的3db移相器；所述第二馈针的上端连接所述第二馈电点，所述第二馈针的下端连接所述3db移相器。3db移相器用于将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90
°
相位差的信号分别传输至所述第一馈电点和所述第二馈电点，从而形成圆极化波。
100.馈电电路板设置于反射板的下方，或者也可设置于所述反射板和所述无源介质板之间，所述馈电电路板设置于所述反射板的中心区域。
101.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。