一种电容加载钣金圆极化贴片天线的制作方法

1.本技术属于天线技术领域，具体涉及一种电容加载钣金圆极化贴片天线。


背景技术：

2.随着地图功能的普及，越来越多的无线通信设备中开始搭载导航功能。导航天线需要定向接收天空方向的卫星信号，因此需要具备定向接收功能。近年来通信设备的尺寸日益趋于轻薄化，贴片天线由于具有低剖面以及较好的定向辐射特性被广泛应用于无线通信设备中。
3.根据波长公式：其中λg为波导波长，f为频率，εr为介质材料相对介电常数，ε0为空气介质的介电常数，贴片天线的尺寸为λg/2，正比于所在频段的波长，反比于加载介质的介电常数的平方根。以l1(f＝1575.42mhz)频段为例，根据贴片天线尺寸公式可得空气介质(εr＝1，ε0＝1)天线尺寸为95mm，由于边缘电容加载效应，钣金导航天线的实际尺寸将近90mm。天线尺寸较大，难以集成在小尺寸通信设备中。
4.现有导航天线多采用陶瓷介质或其它高介电常数介质加载来实现天线的小型化，其性能稳定且易于集成，但成本高，能量损耗较大且重量较重。常规钣金天线成本低、增益高，但尺寸较大，但难以小型化。


技术实现要素：

5.为解决背景技术中指出的技术问题，采取如下技术方案：
6.一种电容加载钣金圆极化贴片天线，包括：金属辐射板、辐射替代电容、主辐射金属结构、辐射连接结构；辐射连接结构一端与主辐射金属结构相连接，共同组成空气介质辐射结构；辐射连接结构另一端延伸至辐射替代电容处；辐射连接结构与辐射替代电容通过焊接或弹片接触方式连接固定，辐射替代电容通过贴片方式或印刷方式设置于金属辐射板上。
7.主辐射金属结构与辐射连接结构的连接方式包括：直接连接或耦合连接。
8.本技术利用开路微带线的电容等效原理，以金属辐射板为地板，在金属辐射板上贴加或印刷辐射替代电容薄片而形成天线，从谐振频率上实现部分天线辐射体的等效替代，在使用时可利用微带线或同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。主辐射金属结构为天线的空气介质主辐射体，辐射替代电容与主辐射金属结构通过辐射连接结构直接或耦合连接为一体，共同成为空气辐射体，从而与金属辐射板一起形成完整辐射结构。由于采用了空气介质，有效弥补了因等效电容而产生的能量损耗，从而达到了既减小了天线尺寸，又摆脱了陶瓷电容的重量较重及价格昂贵的弊端，同时保证了天线的性能。
9.上述电容加载钣金圆极化贴片天线中圆极化波是一个等幅的瞬时旋转场，即，沿其传播方向看去，波的瞬时电场矢量的端点轨迹是一个圆，具有很强的抗干扰性。若瞬时电
场沿传播方向按右手螺旋的方向旋转，称之为右旋圆极化波。右旋圆极化天线只接收右旋圆极化波，不接收左旋圆极化波。
10.本技术贴片天线的优点之一是便于实现辐射圆极化波。用单片贴片天线就能实现圆极化辐射。基于空腔模型理论，对天线进行馈电，产生两个辐射正交极化的简并模，并通过相移90
°
产生圆极化波。
附图说明
11.图1为本技术实施例的一种电容加载钣金圆极化贴片天线结构示意图；
12.图2为本技术实施例的一种电容加载钣金圆极化贴片天线加载馈电结构示意图；
13.图3为本技术实施例的双馈点法馈电方式示意图；
14.图4为本技术实施例的四馈点法馈电方式示意图；
15.图5为本技术实施例的微带电容加载缝隙钣金圆极化天线示意图；
16.图6为本技术实施例的微带电容加载缝隙钣金圆极化天线回波损耗曲线图；
17.图7为传统陶瓷天线2d方向图；
18.图8为本技术实施例的请电容加载钣金圆极化贴片天线2d方向图；
19.其中：1-金属辐射板，2-辐射替代电容，3-辐射连接结构，4-主辐射结构，5-馈电结构。
具体实施方式
20.以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本技术而不限于限制本技术的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
21.本技术提出了一种电容加载钣金圆极化贴片天线。该电容加载钣金圆极化贴片天线包括：金属辐射板、辐射替代电容、主辐射金属结构、辐射连接结构；
22.其中，辐射连接结构一端与主辐射金属结构相连接，以共同组成空气介质辐射结构；
23.辐射连接结构另一端延伸至辐射替代电容处；辐射连接结构与辐射替代电容通过焊接或弹片接触方式连接固定，辐射替代电容通过贴片方式或印刷方式设置于金属辐射板上。通过这样的设计，辐射替代电容与主辐射金属结构通过辐射连接结构直接或耦合连接为一体形成完整辐射结构；且采用空气介质，有效弥补了因等效电容而产生的能量损耗，达到了既减小了天线尺寸，同时保证了天线的性能。
24.下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：
25.实施例一
26.如图1所示的一种电容加载钣金圆极化贴片天线，包括：金属辐射板1、辐射替代电容2、主辐射金属结构3、辐射连接结构4；辐射连接结构一端与主辐射金属结构相连接，共同组成空气介质辐射结构；辐射连接结构另一端延伸至辐射替代电容处；辐射连接结构与辐射替代电容通过焊接或弹片接触方式连接固定，辐射替代电容通过贴片方式或印刷方式设置于金属辐射板上。
27.在一个应用实例中，辐射替代电容直接印刷在金属辐射板上，与金属辐射板成为
一个整体。金属辐射板优选pcb板。主辐射金属结构为主辐射钣金结构，辐射连接结构和主辐射金属结构直接连接为一体，为一整块钣金结构，焊接在辐射替代电容上。
28.实施例二
29.实施例一基础上的一种电容加载钣金圆极化贴片天线，如图2所示，还包括馈电结构5。利用微带线或同轴线在导体贴片与接地板之间馈电激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。
30.馈电结构的馈电方式分为单馈点和多馈点。若采用多馈点，馈点处等幅且相位依次相差90
°
。
31.如图3所示为双馈点法馈电方式示意图，通过等幅及90
°
功分移相器产生圆极化辐射波。两个馈点处等幅且相位相差90
°
。双点馈电天线辐射性能优于单点馈电。
32.如图4所示为四馈点法馈电方式示意图，通过等幅及90
°
功分移相器产生圆极化辐射波。四个馈点处等幅且相位依次相差90
°
。四点馈电天线由于其结构及馈电方式的对称性，辐射稳定性优于单点及双点馈电方式。
33.实施例三
34.实施例一基础上的一种电容加载钣金圆极化贴片天线，依据多模原理，在贴片天线设置镂空槽或缝隙；开槽方式包含但不局限于十字形，如图5所示，镂空槽可改变贴片上的电流走向，从而使得天线可以辐射出不同模式的电磁波，实现多频带工作。
35.在一个应用实例中，主辐射金属结构为钣金主辐射结构，通过在主辐射结构上加载缝隙产生多模辐射，辐射连接结构和主辐射金属结构直接连接为一体，为一整块钣金结构，焊接在辐射替代电容上。
36.由图6可知，天线可满足导航l1+l5(1166mhz-1189mhz)，亦可通过镂空槽或缝隙尺寸满足l1+l2(1207mhz-1280mhz)频段高精度定位需求。
37.该天线不仅可应用于普通l1定位系统，亦可应用于l1+l5以及l1+l2频段高精度导航定位系统，从而拓展了该天线的使用范围。
38.现有技术中如：在gps l1频段(1575mhz)，若采用空气介质天线时，天线的波长(c-光速，f-频率)为190mm，贴片天线尺寸为l＝λ0/2＝95mm,依据电容加载效应，天线实际尺寸约为90mm。当采用相对介电常数εr为20.5的陶瓷天线；时，天线的波导波长(εr为介质材料相对介电常数，ε0为空气介质的介电常数)为42mm，天线实际尺寸约为l＝λg/2＝20mm，传统陶瓷天线2d方向图如图7所示。
39.以l1频段为例，若采用本技术电容加载钣金圆极化贴片天线，天线尺寸可降至25mm。相较于传统空气介质贴片天线尺寸90mm，尺寸缩小了约72％，且可实现与相对介电常数为20.5的陶瓷天线一致的小尺寸。此外本技术电容加载钣金圆极化贴片天线的2d方向图如图8所示，通过对比传统陶瓷天线可知，本技术电容加载钣金圆极化贴片天线性能与传统陶瓷天线性能相近。
40.申请电容加载钣金圆极化贴片天线与传统陶瓷天线相比，成本大大降低，易于推广及应用，有较大的经济实用价值。
41.实施例四
42.实施例一基础上的一种电容加载钣金圆极化贴片天线，在金属辐射板正下方增加金属耦合地。如下方加载面积为30mm
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150mm的金属耦合地，可使得天线增益提升1-2dbic，该方式可广泛应用于车载前后横梁，利用车顶金属以提升天线增益。
43.上述实施例只为说明本技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本技术的内容并据以实施，并不能以此限制本技术的保护范围。凡如本技术精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本技术的保护范围之内。