CN210806000U - 一种单馈三频圆极化贴片天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单馈三频圆极化贴片天线，包括第一介质基板、第二介质基板及输入端口；第一介质基板位于第二介质基板上方，第一介质基板和第二介质基板之间存在空气层；第一介质基板的顶面设置有一个矩形辐射贴片，矩形辐射贴片的其中相邻两边加载有尺寸不同的开路短截线，其余下的两边开有与各自平行的尺寸不同的缝隙；第二介质基板的顶面设置有带缝隙的地板，其底面设置有输入端口的微带馈线，输入端口的微带馈线通过地板上的缝隙来激励矩形辐射贴片。本实用新型能够在三个频段分别实现不同的且很好的圆极化特性，具有设计灵活、低剖面、低轴比、成本低等优点。

Description

一种单馈三频圆极化贴片天线

技术领域

本实用新型涉及天线的技术领域，尤其是指一种单馈三频圆极化贴片天线。

背景技术

卫星无线***的快速发展大大提升了无线通讯的质量，应用于无线通讯终端的多频多极化天线因此得到越来越广泛的关注。在建筑密集的地方，会出现大量的多径反射，圆极化天线可以有效对抗法拉第旋转效应和多径衰落，改善信号质量。为了使同一个***同时满足多个通信标准，每个通带具有类似的辐射特性的多频天线的作用尤为重要。微带平面天线因为具有重量轻、易加工、低剖面和低成本等优点，在现代通信终端发挥重要的作用。至今为止国际上学者们提出了多种贴片天线的多频和圆极化的技术实现。

对现有技术进行调查了解，具体如下：

2018年，Jianfeng Qian等学者在“IEEE TREANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION”上发表题为“A Novel Tri-Band Patch Antenna With BroadsideRadiation and Its Application to Filtering Antenna”的文章，他们通过在矩形贴片的其中两条对边上加载开路枝节使得TM₁₀模、TM₂₀模和TM₃₀模的场分布都具有相似的特性，实现了具有边射特性的三频天线。

2017年，Jin-Dong Zhang等学者在“IEEE TREANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION”上发表题为“Dual-Band and Dual-Circularly Polarized Single-LayerMicrostrip Array Based on Multiresonant Modes”的文章，他们通过在矩形贴片的四边上加载开路枝节使得TM₃₀模的场分布与TM₁₀模的场分布类似，且保持TM₁₀模的场分布基本不变，同时使TM₁₀模和TM₃₀模具有相似的边射特性，并利用对角馈电结构获得了双频双圆极化的工作特性。

总的来说，在现有工作中，关于圆极化和多频天线的研究占了相当一部分的比例，但是，其中大部分的多频天线都集中在双频线极化或双频圆极化，且圆极化的馈电结构多为双馈或者对角单馈。所以设计一款具有但缝隙耦合馈电、结构简单、具有三频圆极化特性的贴片天线具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种结构简单可靠的单馈三频圆极化贴片天线，能够在三个频段分别实现不同的且很好的圆极化特性，具有设计灵活、低剖面、低轴比、成本低等优点。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种单馈三频圆极化贴片天线，包括第一介质基板、第二介质基板及输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且该第一介质基板和第二介质基板之间存在空气层；所述第一介质基板的顶面设置有一个矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片的其中相邻两边加载有尺寸不同的开路短截线，其余下的两边开有与各自平行的尺寸不同的缝隙；所述第二介质基板的顶面设置有带缝隙的地板，其底面设置有输入端口的微带馈线，所述输入端口的微带馈线通过地板上的缝隙来激励矩形辐射贴片。

进一步，所述矩形辐射贴片所用的模式为贴片的前三对正交模式：TM₁₀模和TM₀₁模、TM₂₀模和TM₀₂模、TM₃₀模和TM₀₃模，依次分别实现左旋圆极化、左旋圆极化、右旋圆极化。

进一步，所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、通过加载开路短截线和挖槽技术来扰动高次模的场分布，并利用它们相互正交特点来实现多频圆极化的工作特性，而无需增加额外的辐射体，降低了加工复杂度和天线的体积。

2、通过调整正交模的相位差，使矩形辐射贴片的前三个模式在通过缝隙进行单馈的情况下同时具有了边射特性，有效地简化了多频圆极化天线的馈电结构。

3、由于本实用新型天线为微带结构，具有重量轻、成本低的特点，可实现工业批量生产。

附图说明

图1为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线的仰视图。

图2为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线的俯视图。

图3为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线的侧视图。

图4为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线的反射系数的仿真结果。

图5为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线在法向方向上的增益和轴比的仿真结果。

图6a为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线在2.5GHz频率处的辐射方向图(xoz面和yoz面)仿真结果。

图6b为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线在3.5GHz频率处的辐射方向图(xoz面和yoz面)仿真结果。

图6c为本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线在4.4GHz频率处的辐射方向图(xoz面和yoz面)仿真结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1至图3所示，本实施例所提供的单馈三频圆极化贴片天线，包括第一介质基板1、第二介质基板2及输入端口(图中未画出)；所述第一介质基板1位于第二介质基板2上方，且该第一介质基板1和第二介质基板2之间存在空气层3；所述第一介质基板1的顶面设置有一个矩形辐射贴片7，所述矩形辐射贴片7的其中相邻两边加载有尺寸不同的开路短截线8、9，同时在该矩形辐射贴片7余下的两边开有与各自平行的尺寸不同的缝隙10、11；所述第二介质基板2的顶面设置有带缝隙6的地板5，其底面设有输入端口的微带馈线4，所述输入端口的微带馈线4通过地板5上的缝隙6来激励矩形辐射贴片7；所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。

所述矩形辐射贴片7所用的模式为贴片的前三对正交模式：TM₁₀模和TM₀₁模、TM₂₀模和TM₀₂模、TM₃₀模和TM₀₃模。

参见图4所示，显示了本实施例上述单馈三频圆极化贴片天线的反射系数的仿真结果。从图中可以看到，天线的阻抗带宽为2.45-2.62GHz，3.40-3.57GHz和4.28-4.60GHz。天线在通带内达到了很好的阻抗匹配。

参见图5所示，显示了本实施例上述单馈三频圆极化贴片天线在三个频段在法向方向上的增益和轴比的仿真结果。从图中可以看到，天线的三个频段在法向方向上的3-dB轴比带宽依次为2.48-2.51GHz，3.50-3.53GHz和4.41-4.43GHz，圆极化特性依次为左旋圆极化、左旋圆极化和右旋圆极化，在法向方向上的增益依次为7.44dBi，8.09dBi，9.04dBi。天线在通带内能实现低轴比，具有很好的圆极化特性。

参见图6a、6b、6c所示，显示了本实施例上述单馈三频圆极化贴片天线在三个通带中心频率处的辐射方向图仿真结果。从图中可以看到，该天线在xoz面和yoz面均实现了良好的定向辐射特性，并且交叉极化均低于主极化。因此，本实用新型的单馈三频圆极化贴片天线具有很好的应用前景。

以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种单馈三频圆极化贴片天线，其特征在于：包括第一介质基板、第二介质基板及输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且该第一介质基板和第二介质基板之间存在空气层；所述第一介质基板的顶面设置有一个矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片的其中相邻两边加载有尺寸不同的开路短截线，其余下的两边开有与各自平行的尺寸不同的缝隙；所述第二介质基板的顶面设置有带缝隙的地板，其底面设置有输入端口的微带馈线，所述输入端口的微带馈线通过地板上的缝隙来激励矩形辐射贴片。

2.根据权利要求1所述的一种单馈三频圆极化贴片天线，其特征在于：所述矩形辐射贴片所用的模式为贴片的前三对正交模式：TM₁₀模和TM₀₁模、TM₂₀模和TM₀₂模、TM₃₀模和TM₀₃模，依次分别实现左旋圆极化、左旋圆极化、右旋圆极化。

3.根据权利要求1所述的一种单馈三频圆极化贴片天线，其特征在于：所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。

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