一种圆极化定向天线及通信设备的制作方法

1.本实用新型涉及天线通信技术领域，特别是涉及一种圆极化定向天线及通信设备。


背景技术：

2.随着通信技术以及物联网(internet of things，iot)的不断发展，以uwb(ultra wide band，超宽带)技术为代表的短距离通信技术逐渐进入人们的视野。目前uwb技术广泛应用于智能门锁、地铁的无感支付以及地下矿井的人员定位跟踪的场景。
3.但uwb技术不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输。并且uwb技术要实现高精度的测距测角，对天线的性能要求不同于传统的消费电子类天线要求。由于uwb技术的脉冲时间宽度极短，要实现频谱上的超宽带，除了要求天线具有低回损，高增益和高辐射效率外，还要求天线具有很宽的带宽，达500mhz以上。而要实现高精度的测角，则要求uwb天线的相位波动小，并且具有稳定的相位中心。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种圆极化定向天线及通信设备，实现uwb天线的高精度测距测角。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种圆极化定向天线，包括介质基板、天线辐射体和馈电柱；
7.所述天线辐射体设置于所述介质基板的一侧；
8.所述馈电柱贯穿所述介质基板，且所述馈电柱的一端与所述天线辐射体连接，另一端用于接收馈电信号；
9.所述天线辐射体上开设有环形缝隙。
10.进一步地，所述环形缝隙包括第一子环形缝隙和第二子环形缝隙；
11.所述第一子环形缝隙与所述第二子环形缝隙为同心圆环形缝隙；
12.所述第一子环形缝隙的圆心位置与所述馈电柱连接。
13.进一步地，所述第一子环形缝隙的缝隙宽度与所述第二子环形缝隙的缝隙宽度不同。
14.进一步地，所述天线辐射体的中心的位置与所述第一子环形缝隙的圆心的位置相同。
15.进一步地，所述第一子环形缝隙设置有第一金属槽；
16.所述第二子环形缝隙设置有第二金属槽。
17.进一步地，所述第一金属槽设置于所述第一子环形缝隙的第一预设角度上；
18.所述第二金属槽设置于所述第二子环形缝隙的第二预设角度上。
19.进一步地，包括第三金属槽；
20.所述第三金属槽设置于所述第二子环形缝隙的第三预设角度上。
21.进一步地，所述天线辐射体为对称的多边形金属贴片。
22.进一步地，还包括天线地；
23.所述天线地设置在所述介质基板远离所述天线辐射体的一侧。
24.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：
25.一种通信设备，包括上述的一种圆极化定向天线。
26.本实用新型的有益效果在于：通过在介质基板的一侧设置天线辐射体，将天线辐射体的一端与馈电柱连接，并在天线辐射体上开设环形缝隙，使得馈电柱将电信号传递至天线辐射体后，经过天线辐射体上环形缝隙的作用，使天线辐射体的谐振模式产生分离，即在不同的频点处产生了谐振，因此增加了天线带宽，同时通过环形缝隙改变了辐射体的物理结构使得天线辐射体的相位中心稳定，进而实现uwb天线的高精度测距测角。
附图说明
27.图1为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的结构示意图；
28.图2为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的侧视图；
29.图3为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的俯视图；
30.图4为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的仰视图；
31.图5为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的天线端口的反射仿真系数图；
32.图6为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的在8ghz h面辐射方向图；
33.图7为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的在8ghz e面辐射方向图；
34.图8为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线在8ghz的轴比波束宽度仿真图；
35.图9为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的增益变化曲线图；
36.图10为本实用新型实施例的一种圆极化定向天线的天线相位中心测试图；标号说明
37.1、介质基板；2、天线辐射体；21、环形缝隙；211、第一子环形缝隙；212、第二子环形缝隙；213、第一金属槽；214、第二金属槽；215、第三金属槽；3、馈电柱；4、天线地。
具体实施方式
38.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
39.请参照图1，一种圆极化定向天线，包括介质基板、天线辐射体和馈电柱；
40.所述天线辐射体设置于所述介质基板的一侧；
41.所述馈电柱贯穿所述介质基板，且所述馈电柱的一端与所述天线辐射体连接，另一端用于接收馈电信号；
42.所述天线辐射体上开设有环形缝隙。
43.由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过在介质基板的一侧设置天线辐射体，将天线辐射体的一端与馈电柱连接，并在天线辐射体上开设环形缝隙，使得馈电柱将电信号传递至天线辐射体后，经过天线辐射体上环形缝隙的作用，使天线辐射体的谐振模式产生分离，即在不同的频点处产生了谐振，因此增加了天线带宽，同时通过环形缝隙改
变了辐射体的物理结构使得天线辐射体的相位中心稳定，进而实现uwb天线的高精度测距测角。
44.进一步地，所述环形缝隙包括第一子环形缝隙和第二子环形缝隙；
45.所述第一子环形缝隙与所述第二子环形缝隙为同心圆环形缝隙；
46.所述第一子环形缝隙的圆心位置与所述馈电柱连接。
47.由上述描述可知，通过设置第一子环形缝隙以及第二子环形缝隙，且第一子环形缝隙与第二子环形缝隙为同心圆环形缝隙，并将第一环形缝隙的圆心位置与馈电柱连接，从而通过第一子环形缝隙以及第二子环形缝隙能够有效的将天线辐射体的谐振模式产生分离，在不同的频点处产生谐振，增加了天线带宽。
48.进一步地，所述第一子环形缝隙的缝隙宽度与所述第二子环形缝隙的缝隙宽度不同。
49.由上述描述可知，通过控制第一子环形缝隙的缝隙宽度与第二子环形缝隙的缝隙宽度以及第一子环形缝隙的半经与第二子环形缝隙的缝隙的半经，能够调节天线的s参数谐振，从而根据不同情况下的参数需求调整第一子环形缝隙以及第二子环形缝隙的宽度和半经，达到不同场景下的使用需求。
50.进一步地，所述天线辐射体的中心的位置与所述第一子环形缝隙的圆心的位置相同。
51.由上述描述可知，通过将天线辐射体的中心与第一子环形缝隙和第二子环形缝隙的圆心位置相同，使得天线辐射体、第一子环形缝隙和第二子环形缝隙具有相同的中心点，从而提高uwb天线相位中心的稳定，提升uwb天线测距测角的精确度。
52.进一步地，所述第一子环形缝隙设置有第一金属槽；
53.所述第二子环形缝隙设置有第二金属槽。
54.由上述描述可知，通过在第一子环形缝隙以及第二子环形缝隙内分别设置第一金属槽以及第二金属槽，并且第一金属槽的宽度与第一子环形缝隙的宽度适配，第二金属槽的宽度与第二子环形缝隙的宽度适配，而通过增设的第一金属槽和第二金属槽与第一子环形缝隙和第二子环形缝隙之间的配合，能够实现uwb圆极化定向天线的宽带化、超宽波宽以及超轴比波宽等指标，提高uwb天线整体的性能。
55.进一步地，所述第一金属槽设置于所述第一子环形缝隙的第一预设角度上；
56.所述第二金属槽设置于所述第二子环形缝隙的第二预设角度上。
57.由上述描述可知，通过以第一预设角度将第一金属槽嵌入第一子环形缝隙，以及以第二预设角度将第二金属槽嵌入第二子环形缝隙，从而通过调整第一预设角度以及第二预设角度对第一金属槽以及第二金属槽嵌入的角度进行控制，能够对天线带宽以及轴比等性能进行调节，提高天线性能。
58.进一步地，包括第三金属槽；
59.所述第三金属槽设置于所述第二子环形缝隙的第三预设角度上。
60.由上述描述可知，通过增设第三金属槽，并将第三金属槽以第三预设角度嵌入第二子环形缝隙，从而实现通过第一金属槽、第二金属槽以及第三金属槽之间互相调节，综合优化天线的各个性能指标。
61.进一步地，所述天线辐射体为对称的多边形金属贴片。
62.由上述描述可知，通过将天线辐射体的形状设置为对称的多边形，使得天线辐射体与环形缝隙整体形成对称结构，而对称的结构更有利于对天线性能的调节。
63.进一步地，还包括天线地；
64.所述天线地设置在所述介质基板远离所述天线辐射体的一侧。
65.由上述描述可知，通过在介质基板远离天线辐射体的一侧设置天线地，能够提高天线辐射体抗干扰性能，并将天线辐射体的非辐射面的信号进行反射。
66.本实用新型另一实施例提供一种通信设备，包括上述的一种圆极化定向天线。
67.本实用新型上述圆极化定向天线及通信设备能够适用于短距离通信的设备，如应用与智能门锁、地铁的无感支付以及地下矿井的人员定位跟踪等场景，特别是用于uwb天线中，以下通过具体实施方式进行说明：
68.实施例一
69.请参照图1和图2，一种圆极化定向天线，包括介质基板1、天线辐射体2、馈电柱3和天线地4；
70.所述天线辐射体2设置于所述介质基板1的一侧；所述馈电柱3贯穿所述介质基板1，且所述馈电柱3的一端与所述天线辐射体2连接，另一端用于接收馈电信号；所述天线辐射体2上开设有环形缝隙21；所述天线地4设置在所述介质基板1远离所述天线辐射体2的一侧；其中，所述环形缝隙21的形状还可以为四边形或者多边形，通过设置所述环形缝隙21的方式形成90
°
相位差电流；
71.请参照图3和图4，所述环形缝隙21包括第一子环形缝隙211和第二子环形缝隙212；所述第一子环形缝隙211与所述第二子环形缝隙212为同心圆环形缝隙21；所述第一子环形缝隙211的圆心位置与所述馈电柱3连接；所述第一子环形缝隙211的半经小于所述第二子环形缝隙212的半经，即所述第一子环形缝隙211为内环，所述第二子环形缝隙212为外环；通过刻蚀等方式在所述天线辐射体2上形成所述第一子环形缝隙211和第二子环形缝隙212；在一个可选的实施方式中，所述天线辐射体2的中心的位置与所述第一子环形缝隙211的圆心的位置相同；所述第一子环形缝隙211的缝隙宽度与所述第二子环形缝隙212的缝隙宽度不同；通过改变所述第一子环形缝隙211的半经和宽度以及所述第二子环形缝隙212的半经和宽度，能够调整天线的s参数谐振，所述第一子环形缝隙211的宽度以及所述第二子环形缝隙212的宽度越小，而所述第一子环形缝隙211的半经以及所述第二子环形缝隙212的半经越大，则天线s参数收敛性越好；
72.在一个可选的实施方式中，所述第一子环形缝隙211设置有第一金属槽213；所述第二子环形缝隙212设置有第二金属槽214和第三金属槽215；所述第一金属槽213设置于所述第一子环形缝隙211的第一预设角度上；所述第二金属槽214设置于所述第二子环形缝隙212的第二预设角度上；所述第三金属槽215设置于所述第二子环形缝隙212的第三预设角度上；所述第一金属槽213、第二金属槽214以及第三金属槽215为所述第一子环形缝隙211以及所述第二子环形缝隙212上未分离的部分，即在刻蚀或切割缝隙的过程中所保留的部分；所述环形缝隙21一圈为360
°
，所述第一预设角度为所述第一子环形缝隙211上的任意角度范围；所述第二预设角度以及所述第三预设角度为所述第二子环形缝隙212上的任意角度范围，但不重合；如在一个可选的实施方式中，所述第一金属槽213以垂于所述介质基板1的侧边方向设置于所述第一子环形缝隙211上；所述第二金属槽214和第三金属槽215分别
设置于所述第一子环形缝隙211上，且位于所述第一金属槽213的两侧，使所述第一金属槽213、第二金属槽214和第三金属槽215形成90
°
的相位差电流，实现天线圆极化；所述第一金属槽213、第二金属槽214和第三金属槽215与对应的第一预设角度、第二预设角度和第三预设角度之间需要相互调节，并需要进一步结合所述第一子环形缝隙211和所述第二子环形缝隙212进行互相调节，即需要通过所述第一金属槽213、第二金属槽214和第三金属槽215与所述第一子环形缝隙211和第二子环形缝隙212的相关参数的调整共同对天线的性能指标进行调整；
73.在一个可选的实施方式中，所述天线辐射体2为对称的多边形金属贴片或圆形，如正五边形以及六边形等；该天线结构简单，加工工艺简单，生产成本低，易于批量化生产；
74.请参照图5，为上述uwb圆极化定向天线的天线端口的反射仿真系数图；从而图中可知，该uwb圆极化定向天线的带宽较宽，且天线回损较好。
75.请参照图6和图7，分别为上述uwb圆极化定向天线在8ghz h面辐射方向图，以及在8ghz e面辐射方向图；从图中可知，该uwb圆极化定向天线在8ghz的水平和垂直面辐射方向图较为均匀，且3db波束宽度较宽。
76.请参照图8，为上述uwb圆极化定向天线在8ghz的轴比波束宽度仿真图；从图中可知，该uwb圆极化定向天线在8ghz的3db轴比波束宽度较宽，且达180
°
以上。
77.请参照图9，为上述uwb圆极化定向天线的增益变化曲线图；从图中可知，该uwb圆极化定向天线具有良好的增益变化；
78.请参照图10，为上述uwb圆极化定向天线的天线相位中心测试图；从图中可知，相位中心(phase center)为(0.113127，-0.116724,1.28197)；sigma为0.0976152，即该uwb圆极化定向天线相位中心小，天线具有稳定的相位中心。
79.本实用新型另一实施例提供一种通信设备，包括上述的一种圆极化定向天线。
80.综上所述，本实用新型提供的本实用新型公开一种圆极化定向天线及通信设备，包括介质基板、天线辐射体和馈电柱，天线辐射体上设置有第一子环形缝隙、第二子环形缝隙、第一金属槽、第二金属槽以及第三金属槽，使得馈电柱将电信号传递至天线辐射体后，经过天线辐射体上环形缝隙的作用，使天线辐射体的谐振模式产生分离，即在不同的频点处产生了谐振，因此增加了天线带宽；通过调整第一子环形缝隙、第二子环形缝隙的半径以及宽度，以及调整第一金属槽、第二金属槽以及第三金属槽的设置角度对天线的带宽、超宽波宽以及超轴比波宽等指标进行优化，同时天线还具有稳定的相位中心，使得上述uwb圆极化定向天线完全符合uwb技术测角和测距的应用场景。
81.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。