CN105789846A - 圆极化天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆极化天线及电子设备。该圆极化天线包括偶极子天线阵列和馈电网络。在该天线阵列中，每个偶极子天线的第一和第二分支是辐射分支，第三和第四分支是馈电分支；所述馈电网络包括第一和第二馈电分支，用于提供具有90°相位差的馈电信号，其中，第一偶极子天线的第三分支与第一馈电分支相连，第二偶极子天线的第三分支与第二馈电分支相连，其他天线分支接地。与现有技术相比，根据本发明的圆极化天线的馈电网络结构简单。

Description

圆极化天线及电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术，更具体地，涉及一种圆极化天线及电子设备。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的迅速发展，尤其是现代导航技术的发展，使得圆极化天线和能够支持多个频段的天线的应用越来越广泛。

微带贴片天线可以较容易地实现各种极化方式，它被广泛应用于圆极化天线设计中。然而，当将微带贴片天线应用于多频设计时，微带贴片天线的设计会受到限制。例如，当采用双层微带贴片天线来实现双频圆极化天线设计时，在两个频段的微带贴片天线之间会产生较大的辐射干扰。

此外，在采用偶极子天线实现圆极化天线时，由于馈电网络相对复杂，因此，这也严重影响了圆极化天线的特性，或者增加了天线设计的复杂性。因而，如何对于圆极化天线的馈电网络进行设计以及如何实现多频段，这些技术问题已成为本领域中的新技术问题。

因此，需要对现有技术进行改进，以解决现有技术中的至少一个技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于天线装置的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种圆极化天线，包括偶极子天线阵列和馈电网络。所述的偶极子天线阵列包括第一偶极子天线、第二偶极子天线、第三偶极子天线和第四偶极子天线，第一偶极子天线、第二偶极子天线、第三偶极子天线和第四偶极子天线沿正方形的四边依次被设置，其中，每个偶极子天线包括第一、第二、第三和第四分支，第一和第二分支是辐射分支，第三和第四分支是馈电分支，第一和第三分支相连，第二和第四分支相连。所述的馈电网络包括第一和第二馈电分支，第一馈电分支与第二馈电分支用于提供具有90°相位差的馈电信号，其中，第一偶极子天线的第三分支与第一馈电分支相连，第一偶极子天线的第四分支用于接地，第二偶极子天线的第三分支与第二馈电分支相连，第二偶极子天线的第四分支用于接地，第三和第四偶极子天线的第三和第四分支用于接地。

优选地，所述的圆极化天线还包括反射地板和贴片天线。

优选地，对于所述的圆极化天线，从上面看去，贴片天线被设置在偶极子天线阵列的正方形范围内，以及偶极子天线阵列被设置在反射地板的范围内。

优选地，对于所述的圆极化天线，其中，偶极子天线阵列位于反射地板上方，以及贴片天线位于偶极子天线阵列上方。

优选地，对于所述的圆极化天线，其中，贴片天线是通过切角或对角馈电设置的圆极化天线。

优选地，对于所述的圆极化天线，其中，每个偶极子天线的第一分支在与第三分支相对的一端呈U形，以及每个偶极子天线的第二分支在与第四分支相对的一端呈U形。

优选地，对于所述圆极化天线，其中，第一和第三偶极子天线之间的距离以及第二和第四偶极子天线之间的距离均是期望频率的信号的波长的一半。

优选地，对于所述的圆极化天线，其中，第一馈电分支的长度与第二馈电分支的长度之差为馈电信号的1/4波长。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括根据本发明的圆极化天线。

与现有技术相比，根据本发明的圆极化天线的馈电网络相对简单。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的一个实施例的圆极化天线的结构示意图。

图2是根据图1所示的圆极化天线的馈电网络的示意图。

图3-6是不同相位的天线电流分布的示意图。

图7是根据本发明的一个实施例的圆极化天线的S11特性的示意性曲线图。

图8是根据本发明的一个实施例的圆极化天线的天线轴比的示意性曲线图。

图9是根据本发明一个实施例的圆极化天线的天线增益的示意图。

图10是根据本发明的另一个实施例的包含贴片天线的圆极化天线的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面，参照附图说明根据本发明的各个实施例和例子。

图1是根据本发明的一个实施例的圆极化天线的结构示意图。图2是根据图1所示的圆极化天线的馈电网络的示意图。所述圆极化天线包括偶极子天线阵列和馈电网络。

如图1所示，该偶极子天线阵列包括第一偶极子天线1、第二偶极子天线2、第三偶极子天线3和第四偶极子天线4。第一偶极子天线1、第二偶极子天线2、第三偶极子天线3和第四偶极子天线4沿四边形(正方形)的四边依次被设置。

例如，如图1所示，第一和第三偶极子天线1、3之间的距离D以及第二和第四偶极子天线2、4之间的距离D分别是期望频率的信号的波长的一半。通过这种设置方式，可以减少偶极子天线阵列之间的互耦合并增加天线的增益。

例如，在这里，第一偶极子天线1和第二偶极子天线2是激励辐射单元，第三偶极子天线3和第四偶极子天线4是寄生辐射单元。例如，所述四个偶极子天线具有相同的结构，从而形成对称的结构。可选地，根据实际需要，也可以对四个偶极子天线中的至少一个的尺寸进行调整。

如图1和2所示，在所述偶极子天线阵列中，每个偶极子天线包括第一分支、第二分支、第三分支和第四分支，第一和第二分支是辐射分支，第三和第四分支是馈电分支，第一和第三分支相连，第二和第四分支相连。

例如，参见图1，第一偶极子天线1包括第一分支11、第二分支12，第三分支13和第四分支14，其中，第一和第三分支11、13相连，第二和第四分支12、14相连。第二偶极子天线2包括第一分支21、第二分支22、第三分支23和第四分支24，其中，第一和第三分支21、23相连，第二和第四分支22、24相连。第三偶极子天线3包括第一分支31、第二分支32、第三分支33和第四分支34，其中，第一和第三分支31、33相连，第二和第四分支32、34相连。第四偶极子天线4包括第一分支41、第二分支42、第三分支43和第四分支44，其中，第一和第三分支41、43相连，第二和第四分支42、44相连。

例如，如图1、2所示，每个偶极子天线的第一分支在与第三分支相对的一端呈U形，以及每个偶极子天线的第二分支在与第四分支相对的一端呈U形。通过这种结构设计，可以减小天线的面积。

如图2所示，所述馈电网络包括第一馈电分支51和第二馈电分支52。第一馈电分支51与第二馈电分支52用于提供具有90°相位差的馈电信号。

在图2的例子中，第一馈电分支51与第二馈电分支52通过馈电分支53连接到馈电点54。例如，第一馈电分支51的长度与第二馈电分支52的长度之差为馈电信号的1/4波长，从而当信号通过它们被提供给第一偶极子天线1和第二偶极子天线2时，分别在第一馈电分支51与第二馈电分支52的末端产生具有90°相位差的两个馈电信号。例如，在图2中，第一馈电分支51是0°相位分支，第二馈电分支52是90°相位分支。

如图2所示，第一偶极子天线1的第三分支13与第一馈电分支51相连。第一偶极子天线1的第四分支14用于接地。第二偶极子天线2的第三分支23与第二馈电分支52相连。第二偶极子天线2的第四分支24用于接地。第三和第四偶极子天线的第三和第四分支用于接地。

图3-6是图1中的圆极化天线在不同相位的天线电流分布的示意图。图3-6分别示出了在0°、90°、180°和270°时的天线电流分布。图3-6仅仅示意性地示出了天线电流分布的变化，而不作为对本发明的任何限制。

如图3和5所示，天线在0°和180°的情况下，天线电流分布类似。如图4和6所示，在90°和270°的情况下，天线电流分布类似。根据本发明的圆极化天线采用激励辐射和寄生辐射相结合的方式来实现圆极化波。例如，当馈点相位是0°时，第一偶极子天线3和第二偶极子天线4被间接激励以产生辐射(寄生辐射)。当馈点相位是90°时，第一偶极子天线1和第二偶极子天线2被直接激励以产生辐射。当馈点相位是180°时，辐射情况与0°时的辐射情况类似。当馈点相位是270°时，辐射情况与90°时的辐射情况类似。通过这种方式，实现圆极化天线。

图7-9示出了图1、2的圆极化天线的一个例子的各种特性的示意图。图7-9中的示意图仅仅用于圆极化天线可能实现的效果，而不作为对本发明的任何限制。

图7是圆极化天线的例子的S11特性的示意性曲线图。由图7可以看出，根据本发明实施例的圆极化天线实现了很好的频率带宽，并且在约1.575GHz附近具有较好的阻抗匹配特性。

图8是作为例子的圆极化天线在1.575GHz处的天线轴比的示意性曲线图。如图8所示，当θ＝0°，相位和θ＝0°，相位时，轴比约为4.7dB，可以实现了较好的圆极化特性，其中，θ是球坐标系中与Z轴方向的夹角，为从正Z轴来看自x轴按逆时针方向转到有向线段的角度。这种圆极化特性可以在工程上满足一般的天线性能要求。

图9是作为例子的圆极化天线在1.575GHz处的天线增益的示意图。在这个例子中，圆极化天线的增益可以达到3dB。

在现有技术中，圆极化天线通常需要0°、90°、180°和270°四个相位的馈电信号来产生圆极化波。另外，在现有技术中，四个天线的相位需要顺序递增，并且各个相位之间的相位差(90°)必须精确，才能实现较好的圆极化特性；否则，所产生的圆极化波的轴比会急剧恶化。在本实施例中，利用了天线电流的相似性，采用90°相位差的馈电方式实现了圆极化特性。

在本实施例中，采用四个偶极子天线形成天线阵列，其中，仅对两个偶极子天线馈电并且另外两个偶极子天线作为寄生单元，以产生圆极化波。在这里，通过寄生辐射和激励辐射相结合来产生天线辐射。采用偶极子天线阵列实现圆极化辐射特性，这也大大减少了天线设计空间。使用寄生偶极子天线单元可以提高天线增益并降低圆极化波的轴比。此外，在这个实施例中，仅需要0°和90°的馈电网络。这种设计简单，可以减少60％馈电网络面积。

图10是根据本发明的一个实施例的包含贴片天线的圆极化天线的示意图。在这个实施例中，可以通过偶极子天线阵列和贴片天线实现多个谐振频率。

如图10所示，所述圆极化天线还包括反射地板100和贴片天线60。对于所述的圆极化天线，从上面看去，贴片天线60被设置在偶极子天线阵列的正方形范围内，以及偶极子天线阵列被设置在反射地板100的范围内。

在一个例子中，所述贴片天线位于偶极子天线阵列中间。采用这种方式，可以使贴片天线与偶极子天线阵列隔离，从而减少两个天线的两个频段之间的互相干扰。此外，偶极子天线阵和贴片天线使用公共的反射地板的结构设计，可以减少天线的面积。

在另一个例子中，反射地板100的尺寸大于在其上布置的偶极子天线阵列的尺寸，以获得较高的增益。

在又一个例子中，对于所述的圆极化天线，贴片天线60是通过切角或对角馈电设置的圆极化天线。例如，贴片天线60可以是经过切角处理的导体片，以产生圆极化波。可以通过调整贴片天线的切角的大小来调节其圆极化特性。可以通过调节贴片天线的边长来改变谐振频率。通过这种方式实现的圆极化天线可以具有较好的双频圆极化特性。例如，贴片天线的谐振频率为5.775GHz-5.845GHz。

在本实施例中，对于所述的圆极化天线，其中，偶极子天线阵列位于反射地板100的上方，以及贴片天线60位于偶极子天线阵列上方。本领域的技术人员应当理解，这里的“上方”指的是当圆极化天线水平放置时，上方天线和下方天线的相对位置。使用这种术语是为了在说明书中进行描述的需要，在实际使用时，可以根据需要以任何姿态放置所述圆极化天线。

与现有技术相比，这种双层的天线结构相互干扰较小，可以实现较好的天线特性。

可以将根据本发明的圆极化天线包括在电子设备中，从而实现较好的无线通信特性。所述电子设备可以是手机、集成电子收费***的车载GPS设备等。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种圆极化天线，包括偶极子天线阵列和馈电网络，

其中，该偶极子天线阵列包括第一偶极子天线(1)、第二偶极子天线(2)、第三偶极子天线(3)和第四偶极子天线(4)，第一偶极子天线(1)、第二偶极子天线(2)、第三偶极子天线(3)和第四偶极子天线(4)具有相同的结构并沿正方形的四边依次被设置，

其中，每个偶极子天线包括第一(11；21；31；41)、第二(12；22；32；42)、第三(13；23；33；43)和第四分支(14；24；34；44)，第一(11；21；31；41)和第二分支(12；22；32；42)是辐射分支，第三(13；23；33；43)和第四分支(14；24；34；44)是馈电分支，第一和第三分支相连，第二和第四分支相连，其中，馈电网络包括第一(51)和第二馈电分支(52)，第一馈电分支(51)与第二馈电分支(52)用于提供具有90°相位差的馈电信号，

其中，第一偶极子天线的第三分支(13)与第一馈电分支(51)相连，第一偶极子天线的第四分支(14)用于接地，第二偶极子天线的第三分支(23)与第二馈电分支(52)相连，第二偶极子天线的第四分支(24)用于接地，第三和第四偶极子天线的第三(33；43)和第四分支(34；44)用于接地。

2.根据权利要求1所述的圆极化天线，还包括反射地板(100)和贴片天线(60)。

3.根据权利要求2所述的圆极化天线，其中，从上面看去，贴片天线(60)被设置在偶极子天线阵列的正方形范围内，以及偶极子天线阵列被设置在反射地板(100)的范围内。

4.根据权利要求2所述的圆极化天线，其中，偶极子天线阵列位于反射地板(100)上方，以及贴片天线(60)位于偶极子天线阵列上方。

5.根据权利要求2所述的圆极化天线，其中，贴片天线(60)是通过切角或对角馈电设置的圆极化天线。

6.根据权利要求1所述的圆极化天线，其中，每个偶极子天线的第一分支(11；21；31；41)在与第三分支(13；23；33；43)相对的一端呈U形，以及每个偶极子天线的第二分支(12；22；32；42)在与第四分支(14；24；34；44)相对的一端呈U形。

7.根据权利要求1所述的圆极化天线，其中，第一(1)和第三偶极子天线(3)之间的距离以及第二(2)和第四偶极子天线(4)之间的距离(D)均是期望频率的信号的波长的一半。

8.根据权利要求1所述的圆极化天线，其中，第一馈电分支(51)的长度与第二馈电分支(52)的长度之差为馈电信号的1/4波长。

9.一种电子设备，包括根据权利要求1所述的圆极化天线。