宽带圆极化贴片天线的制作方法

本发明属于天线通讯，具体涉及一种宽带圆极化贴片天线。

背景技术：

1、相比于线极化天线而言，圆极化天线能够克服信号在传输过程出现的极化失配、多径效应、信道串扰等问题。简单的圆极化贴片天线结构上包括一个矩形或切角方形贴片，一个地平面，以及一个馈电点。其原理是：贴片支持两个线极化谐振模式，其极化正交，谐振频率略有不同。通过同时激励这两个模式，产生幅度相等，相位差90°的两个线极化模式，叠加可得圆极化辐射。但是简单的圆极化贴片天线的带宽较窄，特别是圆极化带宽（3db轴比带宽）很窄，难以达到1%。对于一些常见应用，例如rfid读写器，这个带宽无法满足需求。

2、为提升圆极化贴片天线的带宽，现有技术中披露了叠层贴片天线和宽带u形槽贴片天线。叠层贴片天线是在简单圆极化贴片天线的基础上，额外添加一个寄生贴片。寄生贴片一般放置在主天线的上方，尺寸略小。其原理是：通过寄生贴片的谐振，额外产生一个轴比零点。可以大幅度提高天线的轴比带宽。宽带u形槽贴片天线是在简单圆极化贴片天线的基础上，在其贴片上增加一个u形槽，馈电点位置偏向u形槽的一端，通过u形槽额外产生一个线极化模式，这个模式与贴片天线本身的两个模式相作用，进而在轴比-频率曲线上额外产生一个零点。这可以大幅度提高天线的圆极化带宽。

3、申请号为202310036638x的中国专利公开了一种紧凑尺寸的宽带圆极化贴片天线，包括介质基板、驱动贴片、第一耦合贴片及第二耦合贴片，三个贴片均为直角三角形，三者相邻且间隔设置于介质基板，所述驱动贴片与第一耦合贴片电磁耦合形成一个圆极化轴比零点，所述第一耦合贴片与第二耦合贴片电磁耦合形成另一个圆极化轴比零点，所述介质基板开设有三排金属化过孔，三排所述金属化过孔分别与驱动贴片、第一耦合贴片及第二耦合贴片电导通；地板，所述地板设置于介质基板的第二表面。该发明的技术方案能够实现圆极化天线的紧凑结构及较大带宽的要求，同等介质剖面下，比切角贴片圆极化轴比带宽拓宽了一倍。

4、上述三种技术方案都能起到增加圆极化贴片带宽的效果，但是也都存在相应的缺陷，首先是叠层贴片天线，虽然叠层贴片天线的带宽较大，而且可以在相对薄的情况下实现足够的带宽。但是其结构较为复杂，如其名字所述，需要多层结构。这会增加成本，降低生产效率。其次是宽带u形槽贴片天线以及紧凑尺寸的宽带圆极化贴片天线，虽然二者都能通过额外产生一个轴比零点来大幅度提高天线的圆极化带宽。但是二者都需要使用厚度较大的介质基板。这会增大重量，降低效率，提高成本。特别是对于相对低频的应用，重量和成本会达到无法接受的程度。如果二者都去掉介质基板，都使用空气介质层，那么宽带u形槽贴片天线两个轴比零点必然会有较大的频率间隔，两个轴比零点之间的圆极化特性会很差，无法满足宽带圆极化的应用。而紧凑尺寸的宽带圆极化贴片天线的结构中由于包含数块独立的金属贴片，所以每片金属贴片都需要单独固定，这就会导致生产工艺繁琐。对加工精度的要求也更高，即成本更高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种宽带圆极化贴片天线，包括贴片天线主体、地平面和馈电探针，所述贴片天线主体上开设有u形槽，所述地平面位于贴片天线主体的下方且贴片天线主体和地平面之间设有间隔而形成空气介质层，所述馈电探针一端与贴片天线主体电连接，所述馈电探针另一端通过天线馈线与地平面电连接，所述u形槽的底部设有槽电容，所述槽电容一侧与u形槽内侧相连，所述槽电容另一侧向地平面方向延伸但不与地平面相连。

2、较佳的，所述馈电探针靠近贴片天线主体的一端连接有耦合馈电电容，所述馈电探针与贴片天线主体之间电容耦合连接。

3、较佳的，所述贴片天线主体的边缘连接有贴片边缘电容，所述贴片边缘电容的一端向地平面延伸但不与地平面相连。

4、较佳的，所述贴片边缘电容包括两个第一贴片边缘电容以及两个第二贴片边缘电容，两个所述第一贴片边缘电容与两个所述第二贴片边缘电容分别位于贴片天线主体的两个侧边。

5、较佳的，所述贴片天线主体上位于u形槽开口内侧的部分为内导体部，所述内导体部上开设有短槽，所述短槽与u形槽之间不相连。

6、较佳的，所述槽电容与内导体部之间的夹角为90°。

7、本发明还提供一种宽带圆极化贴片天线，包括贴片天线主体、地平面和馈电探针，所述贴片天线主体上开设有u形槽，所述地平面位于贴片天线主体的下方且贴片天线主体和地平面之间设有间隔而形成空气介质层，所述馈电探针一端与贴片天线主体电连接，所述馈电探针另一端通过天线馈线与地平面电连接，所述贴片天线主体上位于u形槽开口内侧的部分向地平面方向弯折形成倾斜的槽电容。

8、较佳的，所述贴片天线主体的边缘连接有贴片边缘电容，所述贴片天线主体、槽电容和贴片边缘电容一体成型。

9、较佳的，所述贴片天线主体上位于u形槽开口内侧的部分开设有短槽，所述短槽贴近倾斜的槽电容设置，所述短槽与u形槽之间不相连。

10、较佳的，所述贴片天线主体为全金属结构。

11、本发明的优点为：

12、1. 本方案在u形槽的下方增设有一个槽电容，u形槽和槽电容会额外产生一个线极化模式，这个线极化模式的谐振频率与贴片天线主体的两个模式均不同。通过激励这个额外的线极化模式，可以额外产生一个轴比零点，因此可以将天线的圆极化带宽提升数倍；这种结构在提升天线的圆极化带宽同时无需较厚的介质基板，结构简单，成本低，重量轻，两个轴比零点也不会有较大的频率间隔。

13、2. 本方案中通过增设耦合馈电电容可以抵消掉馈电探针的电感，实现阻抗匹配。

14、3. 本方案贴片天线主体边缘引入额外的电容，可以降低贴片天线主体的谐振频率，使得相同工作频率下的天线尺寸可以更小。同时，u形槽也起到了增加贴片天线上电流的路径长度的作用，也可以使天线尺寸略微缩小，有利于组成天线矩阵。

15、4. 本方案中整个贴片天线可以使用全金属结构，没有介质损耗，可以做到很高的效率。

技术特征：

1.一种宽带圆极化贴片天线，其特征在于：包括贴片天线主体（1）、地平面（2）和馈电探针（3），所述贴片天线主体（1）上开设有u形槽（4），所述地平面（2）位于贴片天线主体（1）的下方且贴片天线主体（1）和地平面（2）之间设有间隔而形成空气介质层，所述馈电探针（3）一端与贴片天线主体（1）电连接，另一端通过天线馈线与地平面（2）电连接，所述u形槽（4）的底部设有槽电容（5），所述槽电容（5）一侧与u形槽（4）内侧相连，所述槽电容（5）另一侧向地平面（2）方向延伸但不与地平面（2）相连。

2.根据权利要求1所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述馈电探针（3）靠近贴片天线主体（1）的一端连接有耦合馈电电容（6），所述馈电探针（3）与贴片天线主体（1）之间电容耦合连接。

3.根据权利要求2所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述贴片天线主体（1）的边缘连接有贴片边缘电容，所述贴片边缘电容的一端向地平面（2）延伸但不与地平面（2）相连。

4.根据权利要求3所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述贴片边缘电容包括两个第一贴片边缘电容（7）以及两个第二贴片边缘电容（8），两个所述第一贴片边缘电容（7）与两个所述第二贴片边缘电容（8）分别位于贴片天线主体（1）的两个侧边。

5.根据权利要求3所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述贴片天线主体（1）上位于u形槽（4）开口内侧的部分为内导体部（9），所述内导体部（9）上开设有短槽（10），所述短槽（10）与u形槽（4）之间不相连。

6.根据权利要求5所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述槽电容（5）与内导体部（9）之间的夹角为90°。

7.一种宽带圆极化贴片天线，其特征在于：包括贴片天线主体（1）、地平面（2）和馈电探针（3），所述贴片天线主体（1）上开设有u形槽（4），所述地平面（2）位于贴片天线主体（1）的下方且贴片天线主体（1）和地平面（2）之间设有间隔而形成空气介质层，所述馈电探针（3）一端与贴片天线主体（1）电连接，另一端通过天线馈线与地平面（2）电连接，所述贴片天线主体（1）上位于u形槽（4）开口内侧的部分向地平面（2）方向弯折形成倾斜的槽电容（5）。

8.根据权利要求7所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述贴片天线主体（1）的边缘连接有贴片边缘电容，所述贴片天线主体（1）、槽电容（5）和贴片边缘电容一体成型。

9.根据权利要求8所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述贴片天线主体（1）上位于u形槽（4）开口内侧的部分开设有短槽（10），所述短槽（10）贴近倾斜的槽电容（5）设置，所述短槽（10）与u形槽（4）之间不相连。

10.根据权利要求1-9任一项所述的宽带圆极化贴片天线，其特征在于：所述贴片天线主体（1）为全金属结构。

技术总结
本发明公开了一种宽带圆极化贴片天线，包括贴片天线主体、地平面和馈电探针，所述天线主体上开设有U形槽，所述地平面位于贴片天线主体的下方且贴片天线主体和地平面之间设有间隔而形成空气介质层，所述馈电探针一端与贴片天线主体电连接，所述馈电探针另一端通过天线馈线与地平面电连接，所述U形槽的底部设有槽电容，所述槽电容一侧与U形槽内侧相连，所述槽电容另一侧向地平面方向延伸但不与地平面相连。本方案通过U形槽和槽电容会额外产生一个线极化模式，通过激励这个额外的线极化模式，可以额外产生一个轴比零点，因此可以将天线的圆极化带宽提升数倍。

技术研发人员：傅博,董元旦,李仲卿,潘永生,张庆信
受保护的技术使用者：上海英内物联网科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15