CN112563738B - 包含周期性漏波结构的圆极化天线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含周期性漏波结构的圆极化天线及其制造方法，圆极化天线包括介质板、辐射体、地板、周期性漏波结构和馈电结构，辐射体设置于介质板的上表面，地板设置于介质板的下表面，周期性漏波结构嵌于介质板内部的第一平面和第二平面，第一平面和第二平面位于上表面和下表面之间，馈电结构穿过介质板，馈电结构与辐射体馈电连接，馈电结构的外导体部分与地板连接。本发明嵌在介质板中的周期性漏波结构可以使得介质板具有各向异性，周期性漏波结构可以在正交方向上激励出中等幅正交简并模式，当天线的谐振频率在周期性漏波结构的漏波工作区间时，天线具有良好的圆极化特性，达到较小的轴比和反射系数。本发明广泛应用于天线技术领域。

Description

包含周期性漏波结构的圆极化天线及其制造方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种包含周期性漏波结构的圆极化天线及其制造方法。

背景技术

无线通信技术的实现依赖于天线。无线通信技术的发展对圆极化天线提出了低刨面、易于集成、旋向正交性和极化旋转等要求。现有的圆极化天线主要是通过微扰、多元和多馈点等方式实现，其轴比和反射系数较大。

发明内容

针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种包含周期性漏波结构的圆极化天线及其制造方法。

一方面，本发明实施例包括一种包含周期性漏波结构的圆极化天线，包括：

介质板；

辐射体；所述辐射体设置于所述介质板的上表面；

地板；所述地板设置于所述介质板的下表面；

周期性漏波结构；所述周期性漏波结构嵌于所述介质板内部的第一平面和第二平面，所述第一平面和第二平面位于所述上表面和所述下表面之间；

馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述辐射体馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

进一步地，所述周期性漏波结构包括第一部分和第二部分；所述第一部分和所述第二部分分别包括多个片状单元，所述第一部分中的片状单元在第一平面上呈第一周期性分布，所述第二部分中的片状单元在第二平面上呈第二周期性分布，所述第一平面和所述第二平面均与所述上表面或下表面平行。

进一步地，所述第一周期性分布的相位和所述第二周期性分布的相位相反。

进一步地，各所述片状单元为相同的矩形。

进一步地，所述第一部分的平面投影和所述第二部分的平面投影组成一个能够覆盖所述上表面或下表面的矩形。

进一步地，所述上表面与所述第一平面之间的距离、所述第一平面与所述第二平面之间的距离以及所述第二平面与所述下表面之间的距离相等。

进一步地，所述馈电结构与所述辐射体之间的馈电点位于所述辐射体的中心线上，所述馈电结构与所述周期性漏波结构之间绝缘。

进一步地，所述辐射体、周期性漏波结构和地板均为金属材质。

进一步地，所述介质板为固体介质材质或气体介质材质。

另一方面，本发明实施例还包括圆极化天线的制造方法，包括：

制作所述下表面和所述第二平面之间的部分介质板；

在所述介质板的所述第二平面制作一部分所述周期性漏波结构；

制作所述第二平面和所述第一平面之间的部分介质板；

在所述介质板的所述第一平面制作另一部分所述周期性漏波结构；

制作所述第一平面和所述上表面之间的部分介质板；

在所述介质板的上表面制作辐射体；

制作馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述辐射体馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

本发明的有益效果是：实施例中的圆极化天线的周期性漏波结构为双面平面带线，嵌在介质板中的周期性漏波结构可以使得介质板具有各向异性，即使介质板本身是各向同性的，在设置周期性漏波结构之后也会整体上体现为各向异性，周期性漏波结构可以在正交方向上激励出中等幅正交简并模式，当天线的谐振频率在周期性漏波结构的漏波工作区间时，天线具有良好的圆极化特性，从而达到较小的轴比和反射系数。

附图说明

图1和图2为实施例中包含周期性漏波结构的圆极化天线的结构示意图；

图3为实施例中仿真天线的反射系数曲线图；

图4为实施例中仿真天线的辐射方向图；

图5为实施例中仿真未加载周期性漏波结构时的圆极化天线的天线极化方向图；

图6为实施例中仿真加载周期性漏波结构的圆极化天线的极化方向图。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，包含周期性漏波结构4的圆极化天线包括介质板1、辐射体2、地板3、周期性漏波结构4和馈电结构5。其中，介质板1具有上表面103和下表面104，具体地，上表面103和下表面104中的“上”和“下”是用来区分两个表面，并不限定上表面103必须朝上，或者下表面104必须朝下。

本实施例中，参照图1，辐射体2设置于介质板1的上表面103，地板3设置于介质板1的下表面104。

本实施例中，介质板1内部有两个假设的平面，即第一平面101和第二平面102，第一平面101和第二平面102位于上表面103和下表面104之间。周期性漏波结构4包括第一部分和第二部分，具体地，第一部分包括多个片状单元，第二部分也包括多个片状单元。周期性漏波结构4嵌于介质板1内部的第一平面101和第二平面102的方式，具体为：如图2所示，第一部分中的片状单元在第一平面101上呈第一周期性分布，第二部分中的片状单元在第二平面102上呈第二周期性分布。图2中，介质板1被假想地分成三部分，位于最上面的那部分的一个表面为上表面103，位于中间的那部分的两个表面分别为第一平面101和第二平面102，位于最下面的那部分的一个表面为下表面104。第一部分中的片状单元在第一平面101上呈第一周期性分布，在第一平面101的长度方向和宽度方向上，都是间隔相同的距离设置一个片状单元。第二部分中的片状单元在第二平面102上呈第二周期性分布，在第二平面102的长度方向和宽度方向上，都是间隔相同的距离设置一个片状单元。

本实施例中，参照图2，周期性漏波结构4的第一部分和第二部分中的各片状单元为相同的矩形。

本实施例中，第一周期性分布的相位和第二周期性分布的相位相反。具体地，参照图2，将周期性漏波结构4的第一部分和第二部分投影到同一平面上，那么周期性漏波结构4的第一部分中设置片状单元的位置对应周期性漏波结构4第二部分的位置没有设置片状单元，而周期性漏波结构4的第一部分中没有设置片状单元的位置对应周期性漏波结构4第二部分的位置设置了片状单元。这样，周期性漏波结构4的第一部分的平面投影和第二部分的平面投影组成一个矩形，本实施开中，通过调整片状单元的大小，使得周期性漏波结构4的第一部分的平面投影和第二部分的平面投影组成的矩形与上表面103或下表面104的大小相同，即能够覆盖上表面103或下表面104。

本实施例中，参照图1，所上表面103与第一平面101之间的距离、第一平面101与第二平面102之间的距离以及第二平面102与下表面104之间的距离相等，即周期性漏波结构4的第一部分和第二部分被设置在介质板1厚度方向的两个三等分面上。

本实施例中，参照图2，馈电结构5穿过介质板1，馈电结构5与辐射体2馈电连接，馈电结构5与辐射体2之间的馈电点位于辐射体2的中心线上，馈电结构5的外导体部分与地板3连接，馈电结构5与周期性漏波结构4之间绝缘。当天线工作时，馈电机构对辐射体2馈电，对周期性漏波结构4不馈电。

本实施例中，辐射体2、周期性漏波结构4和地板3均为金属材质，介质板1为固体介质材质或气体介质材质。当介质板1为固体介质材质，可以使用电镀等工艺在上表面103、下表面104、第一平面101和第二平面102制作辐射体2、周期性漏波结构4和地板3，使得辐射体2、周期性漏波结构4和地板3分别与上表面103、下表面104、第一平面101和第二平面102的表面紧密接触。当介质板1为气体介质材质，而气体介质被封装在容器中，可以使用粘合等工艺在容器的表面制作辐射体2、周期性漏波结构4和地板3。

参照图1和图2，本实施例中的圆极化天线的工作原理为：周期性漏波结构为双面平面带线，嵌在介质板中的周期性漏波结构可以使得介质板具有各向异性，即使介质板本身是各向同性的，在设置周期性漏波结构之后也会整体上体现为各向异性，周期性漏波结构可以在正交方向上激励出中等幅正交简并模式，当天线的谐振频率在周期性漏波结构的漏波工作区间时，天线具有良好的圆极化特性，从而达到较小的轴比和反射系数。

用于制造本实施例中的包含周期性漏波结构的圆极化天线的方法，包括以下步骤：

S1.制作下表面和第二平面之间的部分介质板；

S2.在介质板的第二平面制作一部分周期性漏波结构；

S3.制作第二平面和第一平面之间的部分介质板；

S4.在介质板的第一平面制作另一部分周期性漏波结构；

S5.制作第一平面和上表面之间的部分介质板；

S6.在介质板的上表面制作辐射体；

S7.制作馈电结构，其中，馈电结构穿过介质板，馈电结构与辐射体馈电连接，馈电结构的外导体部分与地板连接。

通过执行步骤S1-S7，可以制作出本实施例中的圆极化天线。

对本实施例中的圆极化天线进行仿真。图3是仿真天线工作于5.8GHz频段时的反射系数曲线图，图4是仿真天线工作于5.8GHz频段时的辐射方向图。图5是仿真未加载周期性漏波结构时的天线的极化方向图，图6是仿真本实施例的圆极化天线的极化方向图。

由图3、图4、图5和图6可以看出，由于双面平行带线二维交错矩形片周期性漏波结构的漏波特性，在介质板内部加入周期性结构，可以使天线的谐振频率在周期性漏波结构的漏波工作区间时，可以使该天线具有很好的圆极化特性，且天线频点位置通过周期性结构及矩形贴片大小决定。此外天线的谐振特性、轴比特性、辐射方向图均很好。本实施例中的天线可以制作成贴片天线。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (6)

1.包含周期性漏波结构的圆极化天线，其特征在于，包括：

介质板；

辐射体；所述辐射体设置于所述介质板的上表面；

地板；所述地板设置于所述介质板的下表面；

周期性漏波结构；所述周期性漏波结构嵌于所述介质板内部的第一平面和第二平面，所述第一平面和第二平面位于所述上表面和所述下表面之间；

馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述辐射体馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接；

所述周期性漏波结构包括第一部分和第二部分；所述第一部分和所述第二部分分别包括多个片状单元，所述第一部分中的片状单元在第一平面上呈第一周期性分布，所述第二部分中的片状单元在第二平面上呈第二周期性分布，所述第一平面和所述第二平面均与所述上表面或下表面平行；

当将所述第一部分和所述第二部分投影到同一平面上，所述第一部分中设置片状单元的位置对应所述第二部分的位置没有设置片状单元，所述第一部分中没有设置片状单元的位置对应所述第二部分的位置设置了片状单元；

所述第一部分的平面投影和所述第二部分的平面投影组成一个能够覆盖所述上表面或下表面的矩形。

2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，各所述片状单元为相同的矩形。

3.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述上表面与所述第一平面之间的距离、所述第一平面与所述第二平面之间的距离以及所述第二平面与所述下表面之间的距离相等。

4.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电结构与所述辐射体之间的馈电点位于所述辐射体的中心线上，所述馈电结构与所述周期性漏波结构之间绝缘。

5.根据权利要求1-4任一项所述的圆极化天线，其特征在于，所述辐射体、周期性漏波结构和地板均为金属材质。

6.权利要求1-5任一项所述的包含周期性漏波结构的圆极化天线的制造方法，其特征在于，包括：

制作所述下表面和所述第二平面之间的部分介质板；

在所述介质板的所述第二平面制作一部分所述周期性漏波结构；

制作所述第二平面和所述第一平面之间的部分介质板；

在所述介质板的所述第一平面制作另一部分所述周期性漏波结构；

制作所述第一平面和所述上表面之间的部分介质板；

在所述介质板的上表面制作辐射体；

制作馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述辐射体馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

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