CN110809836A

CN110809836A - 圆极化天线

Info

Publication number: CN110809836A
Application number: CN201880038333.XA
Authority: CN
Inventors: 叶璐; 李栋
Original assignee: SZ DJI Technology Co Ltd
Current assignee: SZ DJI Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-02-18
Also published as: WO2020087399A1; US20210234279A1

Abstract

本发明提供一种圆极化天线，包括介质筒、馈电基板、馈电网络以及多个辐射振子；所述馈电网络设于所述馈电基板的正面及反面上；所述馈电基板固定于所述介质筒内；多个所述辐射振子螺旋设于所述介质筒的外表面，且所述辐射振子的一端与所述馈电网络电连接；所述馈电网络包括馈电端口以及多个折叠的宽带巴伦，每个所述宽带巴伦的一端与一个所述辐射振子电连接，另一端连接所述馈电端口。本发明设计得到一种结构简单的圆极化天线，并通过将宽带巴伦进行折叠，从而能够减小所述圆极化天线的径向尺寸，进而得到较小体积的圆极化天线。

Description

圆极化天线

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种圆极化天线。

背景技术

随着社会的不断发展，对天线的性能要求也越来越高，在现代的无线应用***中，单纯的线极化天线已很难满足人们的需求，圆极化天线越来越受到更为广泛的关注，而圆极化天线更是因为其特殊的性能，广泛应用于在通信、遥感遥测、雷达、电子侦察与电子干扰等方面。但是，现有的圆极化天线的尺寸一般较大，从而限制了其使用。

发明内容

本发明提供一种圆极化天线，所述圆极化天线的结构简单，体积较小，从而能够更好的满足实际的应用需求。

所述圆极化天线包括介质筒、馈电基板、馈电网络以及多个辐射振子；所述馈电基板包括相对设置的正面以及反面，所述馈电基板固定于所述介质筒内；所述馈电网络设于所述馈电基板的正面及反面上；所述多个辐射振子绕着所述介质筒的轴线呈螺旋形态设于所述介质筒的外表面，且所述多个辐射振子与所述馈电网络电连接；所述馈电网络包括馈电端口以及多个折叠的宽带巴伦，每个所述宽带巴伦的一端与一个所述辐射振子电连接，另一端连接所述馈电端口。

本发明提供的所述圆极化天线，所述馈电基板设于所述介质筒内，并将所述馈电网络设置于所述馈电基板上，因此，所述圆极化天线的径向尺寸主要由所述馈电网络所占用的面积的大小决定。本发明中，通过将馈电网络的宽带巴伦进行折叠，从而使得所述馈电网络占用的面积减小，从而能够减小所述圆极化天线的径向尺寸。

附图说明

图1是本发明一种实施例的圆极化天线的立体结构示意图；

图2是图1所述圆极化天线的巴伦结构的平面结构示意图；

图3是本发明另一种实施例的圆极化天线的巴伦结构的平面结构示意图；

图4是本发明另一种实施例的圆极化天线的立体结构示意图；

图5是图1所述实施例的圆极化天线的回波损耗(S11)示意图；

图6是图1所述实施例的圆极化天线在5.8GHz处E面总增益方向示意图；

图7是图1所述实施例的圆极化天线在5.8GHz处的E面轴比方向示意图；

图8是图4所述实施例的圆极化天线的回波损耗(S11)示意图；

图9是图4所述实施例的圆极化天线在2.4GHz处E面总增益方向示意图；

图10是图4所述实施例的圆极化天线在2.4GHz处的E面轴比方向示意图；

图11是图4所述实施例的圆极化天线在5.8GHz处E面总增益方向示意图；

图12是图4所述实施例的圆极化天线在5.8GHz处的E面轴比方向示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

请参阅图1，本发明提供一种圆极化天线100，包括介质筒10、馈电基板20、馈电网络30以及多个辐射振子40。本实施例中，所述介质筒10为圆筒状结构。所述馈电基板20为介质板，包括相对设置的正面21以及反面22。其中，所述正面21及反面22为所述馈电基板20相对的两个面。所述馈电基板20固定于所述介质筒10内，且所述馈电基板20的正面21及反面22均与所述介质筒10的旋转中心轴相交。所述馈电网络30设于所述馈电基板20的正面21及反面22上。所述馈电网络30包括馈电端口31。本实施例中，所述馈电端口31位于所述馈电基板20的中心，所述馈电端口31与外部器件耦合。多个所述辐射振子40螺旋设于所述介质筒10的外表面，且每个所述辐射振子40的一端均与所述馈电网络30电连接。所述馈电网络30包括多个折叠的宽带巴伦32，每个所述宽带巴伦32的一端与一个所述辐射振子40电连接，另一端连接至所述馈电端口31。

本发明一些实施例中，所述馈电端口31为同轴馈电端口，即所述馈电网络30通过同轴线进行馈电。所述同轴线包括内导体层311以及套设于所述内导体层311外并与所述内导体层311同轴并绝缘的外导体层312。所述内导体层311传输辐射信号，所述外导体层312接地。

本发明中，通过将馈电网络30的宽带巴伦32进行折叠，使得所述宽带巴伦32的一端至另一端的直线距离降低，从而使得承载所馈电网络30的馈电基板20的径向尺寸降低，进而减小所述圆极化天线100的径向尺寸。

本发明中，圆极化天线100为LDS(Laser-Direct-structuring，激光直接成型)天线，即所述圆极化天线100通过LDS加工工艺得到。具体的，通过模塑成型形成所述介质筒10以及所述馈电基板20，再通过激光镭射技术在所述介质筒10上形成辐射振子40以及在馈电基板20上形成馈电网络30。相较于现有技术中先将辐射振子40形成于柔性介质板上，再将柔性介质板弯曲形成空心圆柱的方式来说，所述LDS工艺更加的简单且稳定可靠。并且，通过LDS工艺形成所述圆极化天线100，从而能够使用相对于现有技术的圆极化天线的介电常数更低的介电材料得到圆极化天线100，进而使得相邻的辐射振子40之间距离能够在保证正常信号的传输与接受的同时相对于现有技术能够更小，从而进一步的减小圆极化天线100的体积。本实施例中，所述介质筒10为介电常数的范围为2-5，其高度为5mm-30mm，内直径为10mm-30mm，外直径为10mm-30mm。当然也可以采用介电系数较大的材料，这里并不做限定。

本实施例中，馈电基板20与介质筒10为相同的介质材料形成。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，所述馈电基板20与介质筒10为不同中材料得到。本实施例中，馈电基板20为直径大小与介质筒10内径大小相同的圆形板，所述馈电基板20的中心位于所述介质筒10的旋转中心轴上，并且，所述正面21与所述反面22平行，且所述正面21或者反面22均垂直于所述介质筒10的旋转中心轴。

请参阅图1及图2，所述馈电网络30包括分别设置于所述馈电基板20的正面21及反面22上的巴伦结构，且设于正面21的巴伦结构与反面22的巴伦结构相对称。每个所述巴伦结构均包括数个所述宽带巴伦32，数个所述宽带巴伦32均匀分布于所述馈电基板20上，数个所述宽带巴伦32的一端均与所述馈电端口31电连接。具体的，所述馈电基板反面22的巴伦结构的每个所述宽带巴伦32的一端电连接于所述馈电端口31的外导体层312，所述馈电基板正面21的巴伦结构的每个所述宽带巴伦32的一端电连接于所述内导体层311。本实施例中，每个所述巴伦结构具有三个宽带巴伦32，三个所述宽带巴伦32的一端均与所述馈电端口31进行电连接，且相邻两个所述宽带巴伦32之间的夹角均为120°，从而使得三个所述宽带巴伦32均匀分布于所述馈电基板20上。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，每个所述巴伦结构的包括四条或者四条以上均匀分布于所述馈电基板20上的宽带巴伦32。本发明中，每个所述宽带巴伦32为包括一个或多个拐点321的金属带线。通过将每个所述宽带巴伦32进行折叠，以保证所述宽带巴伦32的长度保持不变以满足功能需求的情况下，缩短宽带巴伦32的两端之间的距离，从而能够使得承载所馈电网络30的馈电基板20的径向尺寸降低，进而减小所述圆极化天线100的径向尺寸。

请参阅图2，本实施例中，所述宽带巴伦32包括依次连接的第一段322、第二段323、第三段324、第四段325及第五段326，相邻两段之间连接处为所述拐点321，即本实施例中，所述宽带巴伦32上具有四个拐点321。并且，本实施例中，所述第二段323的长度与所述第四段325的长度相同。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，在不影响所述宽带巴伦32性能的基础上，根据实际情况，所述宽带巴伦32上的拐点321也可以为一个或者更多个，且对各段之间的长度不进行限制。请参阅图3，该实施例中，所述宽带巴伦32具有两个所述拐点321。

进一步的，请重新参阅图1，所述多个辐射振子40分为数个位于馈电基板20的正面21的一侧的第一辐射振子41，以及位于所述馈电基板20的反面22的一侧的第二辐射振子42，每个所述第一辐射振子41的一端与所述馈电基板20的正面21的一个宽带巴伦32电连接，每个所述第二辐射振子42的一端与所述馈电基板20的反面22的一个宽带巴伦32电连接。每个所述第一辐射振子41与一个第二辐射振子42中心对称，且所述第一辐射振子41与同其中心对称的第二辐射振子42形成一对称振子，其对称中心为与所述第一辐射振子41与宽带巴伦32的连接点与所述第二辐射振子42与所述宽带巴伦32连接点之间的中点。本实施例中，所述对称振子有三个，且三个所述对称振子均匀环设于所述介质筒10的外表面，即所述介质筒10的外表面的相邻的两个对称振子之间的距离相同。

本实施例中，所述辐射振子(包括第一辐射振子41及第二辐射振子42)包括第一耦合线43以及与所述第一耦合线43连接的微带线44，所述微带线44背离所述第一耦合线43的一端与一所述宽带巴伦32电连接。所述第一耦合线43的长度为1/4λ1，其中，所述λ1为第一信号的波长，以通过所述第一耦合线43接收或者发送第一信号。本实施例中，所述第一信号为信号频率为5.8GHz左右的信号。可以理解的是，在发明的其它实施例中，所述第一信号可以为其它频率的信号，以满足实际使用的需求。所述第一耦合线43的两端在所述馈电基板20上的投影与所述馈电基板的中心的连线的夹角为70°-110°，以使得所述圆极化天线100具有较好的圆极化效果，当然，上述夹角是一种示例，应理解，并不作为限定。

请参阅图4，本发明还提供一种圆极化天线200，所述圆极化天线200与图1所述的圆极化天线100的差别在于，所述辐射振子(包括第一辐射振子41及第二辐射振子42)还包括与所述第一耦合线43螺旋方向相同且长度不同的第二耦合线45，所述第二耦合线45的一端与所述微带线44连接。所述第一耦合线43包括远离所述微带线44的开放端431，所述第二耦合线45包括远离所述微带线44的开放端451，所述第二耦合线45的开放端451相对于与所述微带线44连接的一端更靠近所述第一耦合线43的开放端431。本实施例中，所述第二耦合线45与所述第一耦合线43平行设置，即所述第二耦合线45的开放端451与所述第二耦合线45的开放端451的延伸方向相同。并且，本实施中，所述第二耦合线45的两端在所述馈电基板20上的投影与所述馈电基板10中心的连线的夹角为150°至200°，优选180°，以使得所述圆极化天线200具有较好的圆极化效果。本实施例中，所述第二耦合线45的长度为1/4λ2，其中，所述λ2为第二信号的波长，以通过所述第二耦合线45接收或者发送第二信号。本实施例中，所述第二信号为信号频率为2.4GHz频率左右的信号。可以理解的是，在发明的其它实施例中，所述第二信号可以为其它频率的信号，以满足实际使用的需求。其中，所述第二耦合线45的长度大于所述第一耦合线43的长度。本实施例中，所述辐射振子40同时包括用于接受或者发送5.8GHz频率左右的信号的第一耦合线43以及用于接受或者发送2.4GHz频率左右的信号的第二耦合线45，从而使得该所述圆极化天线200为双频圆极化天线，能够覆盖较广的通信频段，具有更好的实际使用价值。进一步的，由于所述第二耦合线45的长度大于所述第一耦合线43的长度，又由于所述圆极化天线的径向尺寸受所述巴伦结构大小的影响，使得所述圆极化天线200与圆极化天线100的径向尺寸大小相同，因此，当所述第二耦合线45的长度大于所述第一耦合线43的长度时，所述圆极化天线100的轴向高度小于圆极化天线200的轴向高度，即所述圆极化天线100的体积小于圆极化天线200的体积。本发明的一些实施例中，所述圆极化天线200还包括连接所述第二耦合线45与所述微带线44的第二微带线。

本实施中，所述第二耦合线45与所述第一耦合线43间隔设置，并所述第二耦合线45相对于所述第一耦合线43更靠近所述馈电基板20，减小圆极化天线100内部的耦合。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，所述第二耦合线45也可以相对于所述第一耦合线43更远离所述馈电基板20。

本实施例中，所述微带线44的延伸方向与所述介质筒10的轴向相同，所述第一耦合线43及所述第二耦合线45均与所述微带线44相交。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，所述微带线44的延伸反向也可以垂直于所述介质筒10的轴向方向并沿所述介质筒10的周向设置或者以其它任意方向延伸。

本发明中，通过所述馈电网路30能够实现各个所述辐射振子40等幅同向馈电。具体的，外部器件的信号通过馈电端口31传输至所述馈电网络30，再通过所述馈电网络30传输至所述辐射振子40，并通过所述辐射振子40发送出去；或者，所述辐射振子接收圆极化波，并将接收到的信号通过所述馈电网络30传输至所述馈电端口31，并通过所述馈电端口31传输至外部器件。

请参阅图5，图中横坐标为频率(GHz)，纵坐标为S11参数(dB)。通过对所述圆极化天线100在不同频率的通信信号的S11值进行测试可知，所述圆极化天线100在5.71-5.83GHz下实现了S11<-10dB，即说明圆极化天线100在5.8GHz左右具有较好的单凭匹配特性，能够很好的接受或者发送频率为5.8GHz左右的信号，满足实际使用的需求。

请参阅图6，图中横坐标为Theta角(deg)，纵坐标为总增益GainTotal(dB)。通过对圆极化天线100在5.8GHz处各角度的E面总增益进行测试可知，圆极化天线100在5.8GHz的E面总增益达到1.7212dB，具有良好的信号质量。并且，在90°位置实现最大增益，说明圆极化天线200具有较好的全向性。

请参阅图7，图中横坐标为Theta角(deg)，纵坐标为轴比Axial Ratio Value(dB)。通过对圆极化天线100在5.8GHz处各角度的E面轴比进行测试可知，在最大增益方向上(本实施例为90°位置)，轴比为2.7266dB，小于3dB，即说明所述圆极化天线100具有良好的圆极化特性，符合圆极化天线的要求。

请参阅图8，图中横坐标为频率(GHz)，纵坐标为S11参数(dB)。通过对所述圆极化天线200在不同频率的通信信号的S11值进行测试可知，所述圆极化天线200在2.27-2.37GHz以及4.7-5.95GHz下实现了S11<-6dB，即说明圆极化天线200在2.4GHz及5.8GHz左右具有较好的匹配特性，实现较好的双频匹配特性，能够很好的接受或者发送频率为2.4GHz左右以及5.8GHz左右的信号，满足实际使用的需求。并且，从图8中可知，圆极化天线200在5.8GHz附近实现了宽频。

请参阅图9及图10，图9中横坐标为Theta角(deg)，纵坐标为总增益GainTotal(dB)，图10中横坐标为Theta角(deg)，纵坐标为轴比Axial Ratio Value(dB)。通过对圆极化天线200在2.4GHz及5.8GHz处各角度的E面总增益进行测试可知，圆极化天线200在2.4GHz的E面总增益达到0.862dB，在5.8GHz的E面总增益达到1.778dB，即说明所述圆极化天线200对于2.4GHz左右的信号以及5.8GHz左右的信号均能够接收或者辐射产生良好的信号质量。并且，圆极化天线200在90°位置实现最大增益，说明圆极化天线200具有较好的全向性。

请参阅图11及图12，图11中横坐标为Theta角(deg)，纵坐标为总增益GainTotal(dB)，图12中横坐标为Theta角(deg)，纵坐标为轴比Axial Ratio Value(dB)。通过对圆极化天线200在2.4GHz及5.8GHz处各角度的E面轴比进行测试可知，在最大增益方向上(本实施例为90°位置)，轴比分别为2.316dB及1.788dB，均小于3dB，即说明所述圆极化天线200在2.4GHz及5.8GHz下具有良好的圆极化特性，符合圆极化天线的要求。

本发明提供的所述圆极化天线(包括单频的圆极化天线100以及双频的圆极化天线200)，所述馈电基板20设于所述介质筒10内，并将所述馈电网络30设置于所述馈电基板20上，使得所述圆极化天线的径向尺寸主要由所述馈电网络30所占用的面积的大小决定。本发明中，通过将馈电网络30的宽带巴伦进行折叠，从而使得所述馈电网络30占用的面积减小，从而能够减小所述圆极化天线的径向尺寸。并且，本实施例中，所述圆极化天线可以设计为单频天线或者双频天线，满足各种使用需求。进一步的，所述圆极化天线的结构简单，便于加工。并且，本发明中通过LDS加工工艺得到所述圆极化天线，提高了圆极化天线的精度，简化了加工的制程。进一步的，本发明中，单频的圆极化天线100以及双频的圆极化天线200均具有较好的全向性及圆极化特性，满足圆极化天线的使用需求。

以上所述为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

以上对本申请实施例所提供的一种四臂螺旋天线及通信设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施例进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施例及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种圆极化天线，其特征在于，包括介质筒、馈电基板、馈电网络以及多个辐射振子；所述馈电基板包括相对设置的正面以及反面，所述馈电基板固定于所述介质筒内；所述馈电网络设于所述馈电基板的正面及反面上；多个所述辐射振子绕着所述介质筒的轴线呈螺旋形态设于所述介质筒的外表面，且所述辐射振子与所述馈电网络电连接；所述馈电网络包括馈电端口以及多个折叠的宽带巴伦，每个所述宽带巴伦的一端与一个所述辐射振子电连接，另一端连接所述馈电端口。

2.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述宽带巴伦为包括一个或多个拐点的金属带线。

3.如权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电基板的正面和反面对称设有巴伦结构，所述巴伦结构包括多个所述宽带巴伦，多个所述宽带巴伦均匀分布于所述馈电基板上，多个所述宽带巴伦的一端连接于所述馈电端口，另一端延伸至所述介质筒的筒壁与所述辐射振子电连接。

4.如权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于，所述辐射振子包括位于所述馈电基板的正面相对应的介质筒外表面的第一辐射振子，以及位于所述馈电基板的反面相对应的介质筒外表面并与所述第一辐射振子一一对应的第二辐射振子，一个所述第一辐射振子的一端与所述馈电基板正面对应的一个宽带巴伦电连接，一个所述第二辐射振子的一端与所述馈电基板反面对应的一个宽带巴伦电连接；所述第一辐射振子与同其对应的第二辐射振子中心对称。

5.如权利要求1-4任一项的所述圆极化天线，其特征在于，每一个所述辐射振子包括第一耦合线以及与所述第一耦合线连接的微带线，所述微带线背离所述第一耦合线的一端与一条所述宽带巴伦电连接。

6.如权利要求5的所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一耦合线的两端在所述馈电基板上的投影与所述馈电基板的中心的连线的夹角为70°-110°。

7.如权利要求5的所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一耦合线的长度为1/4λ1，其中，所述λ1为第一的信号的波长。

8.如权利要求5的所述的圆极化天线，其特征在于，每一所述辐射振子还包括与所述第一耦合线螺旋方向相同且长度不同的第二耦合线，所述第二耦合线的一端与所述微带线连接，所述第一耦合线及所述第二耦合线均包括远离所述微带线的开放端，所述第二耦合线的开放端的延伸方向所述第一耦合线的开放端的延伸方向相同。

9.如权利要求8的所述的圆极化天线，其特征在于，所述第二耦合线相对于所述第一耦合线靠近所述馈电基板。

10.如权利要求8或9的所述的圆极化天线，其特征在于，所述第二耦合线的长度为1/4λ2，其中，所述λ2为第二信号的波长。

11.如权利要求8-10任一项所述的圆极化天线，其特征在于，所述第二耦合线的两端在所述馈电基板上的投影与所述馈电基板的中心的连线的夹角为150°-200°。

12.如权利要求1-11任一项的所述的圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线为LDS工艺制成的LDS天线。

13.如权利要求1-12任一项所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电端口为同轴馈电端口，所述馈电端口与同轴线电连接以传输馈电信号，所述同轴线包括内导体层以及套设于所述内导体层外并与所述内导体层绝缘的外导体层；所述内导体层馈入辐射信号，所述外导体层接地。