CN114361770B - 差分馈电的圆极化微带环天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种差分馈电的圆极化微带环天线，包括天线辐射体、介质基板、地平面；所述天线辐射体设置于介质基板上表面；所述地平面设置于介质基板下表面；所述天线辐射体包括第一辐射组件和第二辐射组件，且第一辐射组件和第二辐射组件正交；所述第一辐射组件包括第一连接线，第二辐射组件包括第二连接线，且第一连接线和第二连接线分别能够调整；所述天线辐射体采用差分馈电。本发明的天线辐射体具有物理尺寸小，集成等优点，通过在原有的双环天线基础上，增加一对正交的双环结构，控制馈电线的长度，采用差分馈电，可实现圆极化辐射。
Description
技术领域
本发明涉及天线的技术领域，具体地，涉及一种差分馈电的圆极化微带环天线。
背景技术
近年来无线通信技术飞速发展，天线作为无线通信***中重要的器件，也在面向小型化、多极化、高增益等方向发展。圆极化天线可以减少极化失配、抑制多径衰落，在雷达、射频识别等领域得到了广泛应用。国内外在圆极化天线方向也有大量的工作。
公开号为CN113725612A的中国发明专利文献公开了一种差分馈电交叉极化高增益天线，包括辐射面、反射面及设于辐射面与反射面之间的馈电网络，所述馈电网络设置为一组或正交的两组；所述馈电网络包括一分二差分功分器，所述差分功分器包括两个分支，且两个分支分别包括两个双带线，两组双带线沿水平方向对称设置，且两组双带线末端分别设有一与所述辐射面耦合连接的馈电探针，两所述馈电探针分别连接两组双带线的正反两面，且两所述馈电探针的相位相差180度，所述辐射面设置为一轴对称面，两所述馈电探针对称设于所述辐射面两侧。
针对上述中的相关技术，发明人认为圆环天线目前已有大量工作与实际应用，然而还没有对正交圆环构成的圆极化微带环天线的报道。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种差分馈电的圆极化微带环天线。
根据本发明提供的一种差分馈电的圆极化微带环天线，包括天线辐射体、介质基板、地平面；
所述天线辐射体设置于介质基板上表面；
所述地平面设置于介质基板下表面；
所述天线辐射体包括第一辐射组件和第二辐射组件，且第一辐射组件和第二辐射组件正交；
所述第一辐射组件包括第一连接线，第二辐射组件包括第二连接线，且第一连接线和第二连接线分别能够调整；
所述天线辐射体采用差分馈电。
优选的，所述天线辐射体、地平面分别平行于介质基板。
优选的，所述地平面包括覆铜。
优选的，所述第一辐射组件包括多个第一辐射体，且第一辐射体和第一连接线连接；
所述第二辐射组件包括多个第二辐射体，且第二辐射体和第二连接线相互连接；
所述第一连接线和第二连接线对应正交。
优选的，所述第一辐射体和第二辐射体分别包括环形结构。
优选的，所述第一辐射体和第二辐射体包括圆环结构。
优选的，所述天线辐射体采用差分双端口同轴馈电。
优选的，该圆极化微带环天线还包括探针；
所述探针位于第一辐射组件和第二辐射组件连接处，穿过介质基板，用于辐射激励。
优选的，所述天线辐射体为中心对称。
优选的，所述探针为旋转对称。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的天线辐射体具有物理尺寸小，集成等优点；
2、本发明通过在原有的双环天线基础上，增加一对正交的双环结构，控制馈电线的长度，采用差分馈电，可实现圆极化辐射；
3、本发明设计在单层基板上，具有结构简单的优点，同时具有较高的增益。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的差分馈电的圆极化微带环天线的结构示意图；
图2为本发明提供的差分馈电的圆极化微带环天线的差分反射系数随频率变化示意图；
图3为本发明提供的差分馈电的圆极化微带环天线的轴比随频率变化示意图；
图4为本发明提供的差分馈电的圆极化微带环天线的增益随频率变化示意图；
图5为本发明提供的差分馈电的圆极化微带环天线在20GHz时xoz面增益方向图；
图6为本发明提供的差分馈电的圆极化微带环天线在20GHz时yoz面增益方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例公开了一种差分馈电的圆极化微带环天线，如图1所示，包括天线辐射体、介质基板、地平面和多个探针。天线辐射体设置于介质基板上表面；地平面设置于介质基板下表面。天线辐射体、地平面分别平行于介质基板。天线辐射体包括多个第一辐射组件和第二辐射组件；第一辐射组件和第二辐射组件正交。第一辐射组件包括多个第一辐射体和多个第一连接线，且第一辐射体和第一连接线连接；第二辐射组件包括多个第二辐射体和多个第二连接线，且第二辐射体和第二连接线相互连接；第一连接线和第二连接线对应正交。第一连接线和第二连接线分别能够调整。第一辐射体和第二辐射体分别包括环形结构。第一辐射体和第二辐射体包括圆环结构。天线辐射体采用差分双端口同轴馈电。探针位于第一辐射组件和第二辐射组件连接处，穿过介质基板，用于辐射激励。天线辐射体为中心对称；探针为旋转对称。
具体为，天线辐射体平行设置于介质基板上表面(顶层)，地平面平行设置于介质基板下表面(底层)。天线辐射体包括两组正交的双圆环结构，即一对正交双圆环(不局限于圆形，也可以为方形等)。双圆环结构包括两个圆环和两条平行的馈线，两个圆环和两条平行的馈线将其相连。圆环与馈线直接连接，两组正交的馈线彼此连接，天线辐射体为介质基板顶层的金属覆铜，地平面为介质基板底层的金属覆铜。辐射体为中心对称。两组正交的双圆环天线彼此连接。天线辐射体采用同轴馈电。
水平圆环(第一辐射体)的内半径为Rin1＝1.75mm，外半径为Rout1＝2.7mm。竖直圆环(第二辐射体)的内半径为Rin2＝1.55mm，外半径为Rout2＝2.7mm。
两组圆环的馈线部分长度分别为L1＝2.6mm，L2＝1.8mm；馈电部分的宽度分别为W1＝0.98mm，W2＝0.9mm；馈线之间的间距g均为0.3mm。第一连接线和第二连接线分别为馈线。L1表示第一连接线的长度，L2表示第二连接线的长度。W1表示第二连接线的宽度，W2表示第一连接线的宽度。L1和L2长度不同以形成圆极化辐射。
天线辐射体采用差分双端口同轴馈电。探针为两个，探针位于两组正交圆环连接处，穿过介质基板，用于辐射激励。差分馈电等幅，第一端口激励0度，第二端口激励180度。探针与圆环相连，穿过介质基板，用于差分馈电激励；探针的直径d＝0.4mm。馈电探针为旋转对称，提供差分馈电。
介质基板的厚度t＝0.787mm，介质基板为正方形，介质基板的边长Sl＝20mm，介质基板的介电常数ε＝2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。
r
地平面是介质基板下表面的覆铜，上表面的圆环作为辐射体。地平面与圆环结构组成微带结构，微带结构传输电流。Port1表示第一端口，Port2表示第二端口。探针是端口的实际物理形式。
设空间直角坐标系o-xyz包括：原点o、x轴、y轴、z轴；介质基板平行于空间直角坐标系o-xyz的xoy面。天线工作过程是，当天线差分馈电时，两组正交的双圆环结构均形成半波谐振，沿x轴的平行双圆环上将产生垂直方向电流，沿y轴的垂直双圆环上将产生水平方向电流。通过调整L1和L2的大小，即通过合理设计并优化馈线L1与L2的长度(将L1的长度调整大于L2的长度约四分之一波长对应的尺寸)，使得正交的圆环在中心频点处一个相位超前，另一个相位滞后，当相位差达到90度，且幅值几乎不变，此时在中心频点处将产生圆极化辐射。
本发明是对圆环天线进行改进应用于实现圆极化功能。针对圆极化的无线通信***工作天线，本实施例设计了一种差分馈电的圆极化微带环天线，可用于无线通信***。该天线工作于K波段，也可优化设计，覆盖特定的频段。该天线实现K波段的左旋圆极化辐射，也可优化设计，实现右旋圆极化辐射。该天线主要包括辐射体，介质基底金属地平面和差分同轴馈电等结构。K波段是指比IEEE 521-2002标准下波段，K波段通常为18GHz到26.5GHzGHz。英文全称为K-band。
天线辐射体是由两组正交的双圆环结构连接构成。双圆环结构是由两个圆环和两条馈电线组成。在中心频段，圆环的周长约等于波长，此时单个圆环可看作是两个半波谐振的偶极子组成的阵列。直微带线起传输作用，圆环用于辐射。上述实施例所涉及的差分馈电的圆极化环天线，其示意图如图1所示。
本发明实施例二还提供了一种差分馈电的圆极化环天线，可用于无线通信***。该天线体积仅为20mm×20mm×0.787mm，可覆盖20GHz频带。
如图1所示，为差分馈电的圆极化环天线的物理结构示意图。天线由4个圆环组成。介质基板采用厚度为0.787mm的Rogers 5880，地平面长宽为20×20mm。采用双端口同轴差分馈电。图2、图3和图4给出了天线的差分反射系数、轴比和增益随频率的变化。图2表明该天线的-10dB带宽为19.2GHz-20.5GHz，|Sd11|表示差分反射系数，Frequency表示频率。图3表明该天线在19.8GHz-20.2GHz轴比小于3dB，表明具有良好的圆极化特性，AR英文全称为axial ratio，中文译文为轴比。图4表明，该天线在工作频带内产生的左旋圆极化，同时具有较高的增益；LHCP英文全称为Left-hand circular polarization Gain，中文译文为左旋圆极化增益。RHCP Gain英文全称为Right-hand circular polarization Gain，中文译文为右旋圆极化增益。Gain中文译文为增益。图5和图6给出了天线在20GHz时xoz平面和yoz平面的增益方向图，图5、图6表明该天线在20GHz处具有良好的圆极化特性，同时具有对称的波束；图5、图6中的@20GHz表示在20GHz时。Rogers 5880为罗杰斯5880型号板材。
本发明天线采用双端口差分馈电，通过在原有的双环天线基础上，增加了一对正交的圆环，可通过自相移形成圆极化辐射，本发明的天线辐射体还具有物理尺寸小，增益高等优点。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，包括天线辐射体、介质基板、地平面；
所述天线辐射体设置于介质基板上表面；
所述地平面设置于介质基板下表面；
所述天线辐射体包括第一辐射组件和第二辐射组件，且第一辐射组件和第二辐射组件正交；
所述第一辐射组件包括第一辐射体与第一连接线，所述第一辐射体与第一连接线相互连接，所述第二辐射组件包括第二辐射体与第二连接线，所述第二辐射体与第二连接线相互连接，所述第一连接线和第二连接线对应正交且分别能够调整；
所述天线辐射体采用差分馈电；
所述天线辐射体包括两组正交的双圆环结构，即一对正交双圆环，所述双圆环不局限于圆形环，也包括方形环，双圆环结构包括两个圆环和两条平行的馈线，两个圆环通过两条平行的馈线相连。
2.根据权利要求1所述的差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，所述天线辐射体、地平面分别平行于介质基板。
3.根据权利要求1所述的差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，所述地平面包括覆铜。
4.根据权利要求1所述的差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，所述天线辐射体采用差分双端口同轴馈电。
5.根据权利要求1所述的差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，该圆极化微带环天线还包括探针；
所述探针位于第一辐射组件和第二辐射组件连接处，穿过介质基板，用于辐射激励。
6.根据权利要求1所述的差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，所述天线辐射体为中心对称。
7.根据权利要求5所述的差分馈电的圆极化微带环天线，其特征在于，所述探针为旋转对称。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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