CN109586020A - 一种圆极化贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆极化贴片天线，包括介质基片、设置于介质基片下表面的金属层以及设置于介质基片上表面的正方形金属贴片天线、第一开路半波长谐振器、第二开路半波长谐振器和T型连接金属片；其中，第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器沿金属贴片天线的两个正交边设置；T型连接金属片的第一输出端与第一开路半波长谐振器直接连接，其第二输出端与第二开路半波长谐振器耦合连接，其输入端作为信号馈电端口，T型连接金属片的第一输出端和第二输出端的输出信号相位相同；第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器的谐振频率均与金属贴片天线的谐振频率相同，具有带宽较宽、体积较小的优点，有利于无线通信设备的小型化发展。

Description

一种圆极化贴片天线

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种圆极化贴片天线。

背景技术

圆极化天线可以接收任意极化的电磁信号，而其发射出去的信号也可以被任意极化的天线接收。圆极化天线还具有抗雨雾和抗多径效应等优点，故而被广泛应用到现代无线通信***，GPS定位***，卫星通信等领域。贴片天线剖面低，易于加工和集成，成本低，所以圆极化贴片天线在实际应用中有很大的需求。

圆极化天线属于谐振型天线，其固有的带宽很窄，特别是轴比带宽。目前，增大圆极化天线带宽的方法大致有三类，第一类是增加天线基片的厚度，降低天线固有Q值，从而增加带宽，但是，天线厚度的增加会使天线剖面增大，往往会激励起表面波，使得天线辐射效率降低；第二类是利用耦合器进行馈电，耦合器需要外界吸收负载，用于吸收不平衡信号，在发射天线中，输入功率往往很大，吸收负载的功率容量将会是一个很严峻的问题；第三类是使用宽带90°移相器进行馈电，馈电网络往往很复杂，使得天线整体面积增大，难以满足现代无线通信中小型化的要求。因此，带宽较宽、体积较小的圆极化贴片天线在无线通信领域具有较大的实用意义。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种圆极化贴片天线，具有带宽较宽、体积较小的优点，有利于无线通信设备的小型化发展。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种圆极化贴片天线，包括介质基片、设置于所述介质基片下表面的金属层以及设置于所述介质基片上表面的金属贴片天线、第一开路半波长谐振器、第二开路半波长谐振器和T型连接金属片；其中：

所述金属贴片天线为正方形，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器沿所述金属贴片天线的两个正交边设置，所述T型连接金属片的第一输出端与所述第一开路半波长谐振器直接连接，所述T型连接金属片的第二输出端与所述第二开路半波长谐振器耦合连接，所述T型连接金属片的输入端作为信号馈电端口，所述T型连接金属片的第一输出端和所述第二输出端的输出信号幅度相等、相位相同；所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器的谐振频率均与所述金属贴片天线的谐振频率相同。

可选的，所述T型连接金属片的第一输出端垂直连接至所述第一开路半波长谐振器上。

可选的，所述T型连接金属片的第一输出端与所述第一开路半波长谐振器的连接点位于所述第一开路半波长谐振器上靠近所述第二开路半波长谐振器的一侧。

可选的，所述T型连接金属片的第二输出端与所述第二开路半波长谐振器平行设置，所述T型连接金属片的第二输出端与所述第二开路半波长谐振器之间的间距小于第一预设值。

可选的，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器的形状均为长条状。

可选的，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器分别平行于所述金属贴片天线的两个正交边设置。

可选的，所述第一开路半波长谐振器的长度和所述第二开路半波长谐振器的长度相等。

可选的，所述第一开路半波长谐振器的长度和所述第二开路半波长谐振器的长度均大于所述金属贴片天线的边长。

可选的，所述第一开路半波长谐振器与所述金属贴片天线之间的间距和所述第二开路半波长谐振器与所述金属贴片天线之间的间距均小于第二预设值。

可选的，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器均为均匀的开路半波长谐振器。

本发明实施例提供了一种圆极化贴片天线，包括介质基片、设置于介质基片下表面的金属层以及设置于介质基片上表面的金属贴片天线、第一开路半波长谐振器、第二开路半波长谐振器和T型连接金属片；其中，金属贴片天线为正方形，第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器沿金属贴片天线的两个正交边设置，T型连接金属片的第一输出端与第一开路半波长谐振器直接连接，T型连接金属片的第二输出端与第二开路半波长谐振器耦合连接，T型连接金属片的输入端作为信号馈电端口，T型连接金属片的第一输出端和第二输出端的输出信号幅度相等、相位相同；第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器的谐振频率均与金属贴片天线的谐振频率相同。

可见，本申请中的圆极化贴片天线通过设置谐振频率与金属贴片天线一致的第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器，以及第一输出端与第一开路半波长谐振器直接连接、第二输出端与第二开路半波长谐振器耦合连接的T型连接金属片，使T型连接金属片与第一开路半波长谐振器之间形成的耦合与T型连接金属片与第二开路半波长谐振器之间形成的耦合产生90°相位差，从而得到宽带的轴比响应，实现较宽带宽。本申请中的圆极化贴片天线具有带宽较宽、体积较小的优点，有利于无线通信设备的小型化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线的结构示意图；

图2为图1中的圆极化贴片天线的俯视图；

图3为图1中的圆极化贴片天线的侧视图；

图4为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线随频率变化的反射系数示意图；

图5为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线随频率变化右旋圆极化增益示意图；

图6为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线随频率变化的轴比响应示意图；

图7为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线在频率点4.85GHz处的方向图；

图8为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线在频率点5.1GHz处的方向图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种圆极化贴片天线，具有带宽较宽、体积较小的优点，有利于无线通信设备的小型化发展。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种圆极化贴片天线的结构示意图。

该圆极化贴片天线，包括介质基片1、设置于介质基片1下表面的金属层2以及设置于介质基片1上表面的金属贴片天线3、第一开路半波长谐振器4、第二开路半波长谐振器5和T型连接金属片6；其中：

金属贴片天线3为正方形，第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5沿金属贴片天线3的两个正交边设置，T型连接金属片6的第一输出端与第一开路半波长谐振器4直接连接，T型连接金属片6的第二输出端与第二开路半波长谐振器5耦合连接，T型连接金属片6的输入端作为信号馈电端口，T型连接金属片6的第一输出端和第二输出端的输出信号幅度相等、相位相同；第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5的谐振频率均与金属贴片天线3的谐振频率相同。

需要说明的是，本实施例中的第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5可以均可以为长条状金属，并且第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5可以分别沿金属贴片天线3的两个相邻边设置，如图1所示，具体可以平行于金属贴片天线3的两个相邻边设置；T型连接金属片6作为一个T型等幅度同相位功率分配器，其输入端61作为信号输入馈电端口，第一输出端62直接接到第一开路半波长谐振器4上，形成抽头耦合，其中，其连接点要偏离第一开路半波长谐振器4的中心点，T型连接金属片6的第二输出端63与第二开路半波长谐振器5是耦合连接的，形成间接耦合，具体可以通过调节抽头位置和耦合间距使抽头耦合和间接耦合的耦合量一致，并且信号由输入端61进入后传输至第一输出端62处的信号应该与传输至第二输出端63处的信号幅度相等、相位相同。另外，由于T型连接金属片6的第一输出端62与第一开路半波长谐振器4直接连接，T型连接金属片6的第二输出端63与第二开路半波长谐振器5是耦合连接，所以抽头耦合与间接耦合之间形成90°相位差，最终得到宽带的轴比响应。

进一步的，为了便于对耦合量进行调节，本申请中的T型连接金属片6的第一输出端62垂直连接至第一开路半波长谐振器4上。

更进一步的，T型连接金属片6的第一输出端62与第一开路半波长谐振器4的连接点位于第一开路半波长谐振器4上靠近第二开路半波长谐振器5的一侧，也即，连接点偏离第一开路半波长谐振器4的中心位置，并靠近第二开路半波长谐振器5的一侧。

更进一步的，为了方便对T型连接金属片6与第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5之间的耦合量进行调节，本申请中的T型连接金属片6的第二输出端63与第二开路半波长谐振器5平行设置，并且为了使整体体积更为紧凑，本实施例中的T型连接金属片6的第二输出端63与第二开路半波长谐振器5之间的间距小于第一预设值；第一开路半波长谐振器4与金属贴片天线3之间的间距和第二开路半波长谐振器5与金属贴片天线3之间的间距均小于第二预设值，其中，第一预设值和第二预设值的具体数值可以根据实际需要进行设定。

另外，本实施例中的第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5的形状均为长条状，当然，也可以为其他的具体形状，本申请不做特殊限定，能够实现本申请的目的即可。

还需要说明的是，为了进一步减小空间占用率及增加耦合面积，本实施例中的第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5分别平行于金属贴片天线3的两个正交边设置。也即，如图1所示，本申请中的第一开路半波长谐振器4平行于金属贴片天线3的第一条边，第二开路半波长谐振器5平行于金属贴片天线3的第二一条边设置，其中，第一条边与第二条边垂直。

进一步的，第一开路半波长谐振器4的长度和第二开路半波长谐振器5的长度相等，从而为了使第一开路半波长谐振器4的长度和第二开路半波长谐振器5的谐振频率均等于金属贴片天线3的谐振频率，第一开路半波长谐振器4的长度和第二开路半波长谐振器5的宽度也相等，并且第一开路半波长谐振器4的长度和第二开路半波长谐振器5的长度均大于金属贴片天线3的边长，从而使耦合量的调节更加便利。其中，第一开路半波长谐振器4的长度和第二开路半波长谐振器5的具体长度可以根据实际情况进行确定，本申请不做特殊限定。

另外，由于均匀的开路半波长谐振器的结构简单，便于调节，所以本申请中的第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5可以均为均匀的开路半波长谐振器。当然，本申请中的第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5也可以采用其他形式的谐振器，具体不做限定。

还需要说明的是，如图4所示的圆极化贴片天线随频率变化的反射系数示意图，可见，圆极化贴片天线在中心频率5GHz附近内匹配良好，反射系数小于-10dB。其中，天线不限于工作在该频段，可以根据实际需要通过调节金属贴片天线3、第一开路半波长谐振器4和第二开路半波长谐振器5的谐振频率，使圆极化贴片天线工作在其他具体的频段。

如图5所示的圆极化贴片天线随频率变化右旋圆极化增益示意图，可见，在中心频率5GHz附近形成平坦的增益，在5.4GHz附近有一个辐射零点，有利于提高增益的频率选择性。

如图6所示的圆极化贴片天线随频率变化的轴比响应示意图，可见，在中心频率5GHz附近，轴比小于3dB，在4.85和5.1GHz，出现两个轴比最小值点，从而实现较宽带宽。

图7和图8分别为圆极化贴片天线在两个频率点4.85和5.1GHz的方向图，可见，在两个频率点上圆极化贴片天线的主极化方向图相近，半功率波束宽度接近。因此，该圆极化贴片天线能够在一定宽度内保持稳定的辐射方向图。

本发明实施例提供了一种圆极化贴片天线，包括介质基片、设置于介质基片下表面的金属层以及设置于介质基片上表面的金属贴片天线、第一开路半波长谐振器、第二开路半波长谐振器和T型连接金属片；其中，金属贴片天线为正方形，第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器沿金属贴片天线的两个正交边设置，T型连接金属片的第一输出端与第一开路半波长谐振器直接连接，T型连接金属片的第二输出端与第二开路半波长谐振器耦合连接，T型连接金属片的输入端作为信号馈电端口，T型连接金属片的第一输出端和第二输出端的输出信号相位相同；第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器的谐振频率均与金属贴片天线的谐振频率相同。

可见，本申请中的圆极化贴片天线通过设置谐振频率与金属贴片天线一致的第一开路半波长谐振器和第二开路半波长谐振器，以及第一输出端与第一开路半波长谐振器直接连接、第二输出端与第二开路半波长谐振器耦合连接的T型连接金属片，使T型连接金属片与第一开路半波长谐振器之间形成的耦合与T型连接金属片与第二开路半波长谐振器之间形成的耦合产生90°相位差，从而得到宽带的轴比响应，实现较宽带宽。本申请中的圆极化贴片天线具有带宽较宽、体积较小的优点，有利于无线通信设备的小型化发展。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种圆极化贴片天线，其特征在于，包括介质基片、设置于所述介质基片下表面的金属层以及设置于所述介质基片上表面的金属贴片天线、第一开路半波长谐振器、第二开路半波长谐振器和T型连接金属片；其中：

所述金属贴片天线为正方形，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器沿所述金属贴片天线的两个正交边设置，所述T型连接金属片的第一输出端与所述第一开路半波长谐振器直接连接，所述T型连接金属片的第二输出端与所述第二开路半波长谐振器耦合连接，所述T型连接金属片的输入端作为信号馈电端口，所述T型连接金属片的第一输出端和所述第二输出端的输出信号幅度相等、相位相同；所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器的谐振频率均与所述金属贴片天线的谐振频率相同。

2.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述T型连接金属片的第一输出端垂直连接至所述第一开路半波长谐振器上。

3.根据权利要求2所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述T型连接金属片的第一输出端与所述第一开路半波长谐振器的连接点位于所述第一开路半波长谐振器上靠近所述第二开路半波长谐振器的一侧。

4.根据权利要求2所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述T型连接金属片的第二输出端与所述第二开路半波长谐振器平行设置，所述T型连接金属片的第二输出端与所述第二开路半波长谐振器之间的间距小于第一预设值。

5.根据权利要求1所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器的形状均为长条状。

6.根据权利要求5所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器分别平行于所述金属贴片天线的两个正交边设置。

7.根据权利要求6所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一开路半波长谐振器的长度和所述第二开路半波长谐振器的长度相等。

8.根据权利要求7所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一开路半波长谐振器的长度和所述第二开路半波长谐振器的长度均大于所述金属贴片天线的边长。

9.根据权利要求6所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一开路半波长谐振器与所述金属贴片天线之间的间距和所述第二开路半波长谐振器与所述金属贴片天线之间的间距均小于第二预设值。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的圆极化贴片天线，其特征在于，所述第一开路半波长谐振器和所述第二开路半波长谐振器均为均匀的开路半波长谐振器。