平面天线，其上下表面分别具有矩形 金属臂，在馈电的激励下，形成沿长度方向流动的电流。而第一、二表面之间的开放结构远 远小于波长，形成与切向电场，可等效为磁流源。由于磁流源和矩形臂形成的电流源距离很 近，可以认为二者放置在同一个轴向上，故其辐射方向图在垂直平面上为全向性。磁流相对 于电流在相位上本身就相差90度，故不需要额外的相移网络达成圆极化。由电流源和磁流 源的方向可以得到本天线为左旋圆极化，若希望得到右旋圆极化，可将矩形臂上下调换，其 余保持不变即可实现。
[0010] 进一步的，所述天线为同轴单馈电天线，其同轴馈电点位于天线长度方向的中心 处。该天线的馈电方式为同轴单馈，不需要额外的馈电网络，简单便利。
[0011] 进一步的，所述介质基片为介电常数为2. 2,厚度为3. 4mm的介质基片。
[0012] 进一步的，所述同轴馈电点通过SM接头连接贴片，引出同轴线，实现馈电。
[0013] 进一步的，所述第一、二矩形金属贴片的金属为铜。
[0014] 本发明的有益效果：本发明所述的基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线， 其上下表面分别具有矩形臂，在馈电的激励下，形成沿长度方向流动的电流。而上下表面之 间的开放结构远远小于波长，形成与切向电场，可等效为磁流源。由于磁流源和矩形臂形成 的电流源距离很近，可以认为二者放置在同一个轴向上，故其辐射方向图在垂直平面上为 全向性。磁流相对于电流在相位上本身就相差90度，故不需要额外的相移网络达成圆极 化。由电流源和磁流源的方向可以得到本天线为左旋圆极化，若希望得到右旋圆极化，可将 矩形臂上下调换，其余保持不变即可实现。
[0015] 本发明的全向性圆极天线具有"广播式"特性，能在铅垂面上覆盖360度的范围， 易于扩展成天线阵列，本天线的圆极化全方向特性可以在铅垂平面的任意角度内实现圆极 化，而不是仅仅局限于某个角度范围的圆极化，可以避免辐射上的盲点，可广泛应用于移动 通信系统和对抗电子干扰。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线的结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例所述天线的物理尺寸结构示意图。
[0018] 图3为本发明实施例所述天线仿真模型的Sll参数图。
[0019] 图4为本发明实施例所述天线仿真模型的输入阻抗图。
[0020] 图5为本发明实施例所述天线仿真模型的轴比图。
[0021] 图6为本发明实施例所述天线仿真模型的交叉极化图。
[0022] 图7为本发明实施例所述天线仿真模型的3D辐射方向图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0024] 1-第一矩形金属贴片、2-第二矩形金属贴片、3-第一矩形金属臂、4 -第二矩形金 属臂、5-短路壁、6-天线长度方向的中心处。
[0025] 如图1，一种基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，包括微带天线及支撑微 带天线的介质基片；所述微带天线包括位于介质基片上下表面的第一矩形金属贴片1和第 二矩形金属贴片2,所述第一矩形金属贴片1和第二矩形金属贴片2为尺寸相同且呈相互 正对和平行的关系，在沿第一、二矩形金属贴片的长度方向上，分别以反方向引出尺寸相同 的第一、二矩形金属臂；其中第一矩形金属贴片1和第一矩形金属臂3组成介质基片的第一 表面，第二矩形金属贴片2和第二形矩形金属臂4组成介质基片的第二表面，第一表面和第 二表面之间以短路壁5连接，所述短路壁5的高度与介质基片的厚度相等，短路壁5的长度 与第一、二矩形金属贴片相等。所述介质基片采用Rogers 5880,其介电常数为2. 2,厚度为 3. 4mm ;第一、二矩形金属贴片的金属为铜。
[0026] 在本实施例中，所述天线为同轴单馈天线，其同轴馈电点位于天线长度方向的中 心处6。所述同轴馈电点通过SMA接头连接贴片，引出同轴线实现馈电；本天线的频带介于 4. 87GHz 到 5. 21GHz。
[0027] 上述天线结构的第一表面和第二表面仅以一个短路壁连接，该短路壁闭合由第一 表面和第二表面构成的一个侧面，其余三个侧面不加闭合，呈开放状态。
[0028] 如图2,第一、二金属矩形臂尺寸为20. 3mmX 3. 8mm ;所采用的第一、二矩形金属贴 片的尺寸均为40mmX 9. 8mm ;天线在该频带中的轴比小于5dB ;产生的3D辐射方向图为近 似"车轮"形状，即在垂直平面内的方向图近似圆。
[0029] 上述天线的具体物理尺寸参数如下表。
[0030] 表 1
现有同时实现全向性同和圆极化的天线大多基于ZOR原理构建天线，馈电网络复杂， 阻抗匹配难度大，且Q值大，天线频带窄，在实现小型化上挑战颇大。本发明采用基于电/ 磁偶极子的全向性圆极化平面天线，上下表面展开的矩形臂上流动的电流与边缘间的缝隙 形成的磁流相位相差90度，经过适当的调节可在远场叠加形成圆极化，不需要额外的相移 网络。由于主辐射部分全部使用贴片，具有剖面低，尺寸小，易共面等小型化优势，在单层板 上即可实现结构的构建。
[0031] 利用电磁仿真软件Ansoft HFSS对本发明天线进行建模和仿真。得到实例所述的 天线仿真的Sll参数如图3所示，天线小于-IOdB阻抗带宽从4. 87~5. 21GHz，相对带宽约为 6. 8%。从图4的输入阻抗图可以看出，在工作频率范围内的输入阻抗均为50欧姆附近，具 有良好的匹配特性。从图5可得天线在中心频率下的轴比图，在Phi=90度的垂直平面内， Theta的取值对轴比影响不大，在该平面内轴比均小于3dB，即能实现平面内任意角度的圆 极化。天线的交叉极化图由图6给出，从途中看出GainLHCP比GainRHCP大至少15dB，因此 天线的旋向为左旋圆极化。最后得到实例所述的天线仿真的3D辐射方向图如图7,理论上 得到的方向图应形如"圆饼"，但由于短路壁也会引入辐射，故在垂直于辐射平面的方向上 出现了副瓣。仿真结果表面，该全向性圆极化平面天线性能优良，各方面参数均符合天线指 标定义，其小型化和强大的圆极化、全向性特点在具体应用中具有突出优点。
[0032] 以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发 明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，其特征在于，包括微带天线及支 撑微带天线的介质基片；所述微带天线包括位于介质基片上下表面的第一矩形金属贴片和 第二矩形金属贴片，所述第一矩形金属贴片和第二矩形金属贴片为尺寸相同且呈相互正对 和平行的关系，在沿第一、二矩形金属贴片的长度方向上，分别以反方向引出尺寸相同的第 一、二矩形金属臂；其中第一矩形金属贴片和第一矩形金属臂组成介质基片的第一表面，第 二矩形金属贴片和第二矩形金属臂组成介质基片的第二表面，第一表面和第二表面之间以 短路壁连接，所述短路壁的高度与介质基片的厚度相等，短路壁的长度与第一、二矩形金属 贴片相等。2. 根据权利要求1所述的基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，其特征在于，所 述天线为同轴单馈电天线，同轴馈电点位于天线长度方向的中心处。3. 根据权利要求1或2所述的基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，其特征在 于，所述介质基片为介电常数为2. 2,厚度为3. 4mm的介质基片。4. 根据权利要求2所述的基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，其特征在于，所 述同轴馈电点通过SM接头连接贴片，引出同轴线实现馈电。5. 根据权利要求4所述的基于电/磁偶极子的全向性圆极化平面天线，其特征在于，所 述第一、二矩形金属贴片的金属为铜。
【专利摘要】本发明公开一种基于电/磁偶极子的圆极化全向天线，包括微带天线及支撑微带天线的介质基片；微带天线包括位于介质基片上下表面的第一、二矩形金属贴片，第一、二矩形金属贴片为尺寸相同且呈相互正对和平行的关系，在沿第一、二矩形金属贴片的长度方向上，分别以反方向引出尺寸相同的第一、二矩形金属臂；其中第一矩形金属贴片和第一矩形金属臂组成介质基片的第一表面，第二矩形金属贴片和第二形金属臂组成介质基片的第二表面，第一、二表面之间以短路壁连接，短路壁的宽度与介质基片的厚度相等，短路壁的长度与第一矩形金属贴片相等。本天线主辐射部分使用贴片，未使用电抗元件，具有剖面低，尺寸小，易共面等小型化优势，在单层板上即可实现。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q1/38
【公开号】CN105048080
【申请号】CN201510342636
【发明人】刘菊华, 陈浩
【申请人】广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月18日