CN219591650U - 一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其顶层导电贴片由n个周向均匀分布的天线单元和一个一分n的馈电网络组成；n个周向均匀分布的天线单元构成圆极化天线阵列；每个天线单元由至少两个短分支与若干长分支组成，两个短分支的一端与长分支的上部连接；每个天线单元通过接地通孔与底层导电贴片连接。本实用新型提供的PCB贴片天线的顶层贴片由n个周向均匀分布天线单元和一个一分n馈电网络组成，排列紧凑，能够实现天线小型化，同时使n天线单元能够实现圆极化辐射。天线单元中分支的设计提高了贴片天线的辐射性能。结合阵因子辐射方向图和天线单元方向图，实现了天线的宽波束性能，即本实用新型的天线同时实现了圆极化和宽波束。

Description

一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线

技术领域

本实用新型涉及天线通信领域，更具体地，涉及一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线。

背景技术

随着卫星通信技术的发展，对天线的要求越来越高，一方面为了避免收发天线间的极化失配，要求天线具有辐射圆极化波的能力；另一方面为了实现更宽的覆盖范围，天线需要较宽的辐射波束，这样天线既能单个使用覆盖所需范围，也可以作为阵元组成相控阵实现大的扫描范围。此外，随着设备小型化、集成化、低成本的发展趋势，这就要求天线的体积小、剖面低、成本低。

宽波束圆极化的天线常见的有螺旋天线，其波束宽，频带也宽，圆极化性能好，但缺点是尺寸较大。另外一种常见的圆极化天线是微带天线，其优点是尺寸小、剖面低，缺点是带宽窄，宽角圆极化性能差。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线，用于解决现有的螺旋天线尺寸大以及微带天线带宽窄、圆极化性能差的问题。

本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型提供一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线，由顺序连接的顶层导电贴片、介质基板、底层导电贴片组成；顶层导电贴片与底层导电贴片之间馈电相连；顶层导电贴片由n个周向均匀分布的天线单元和一个一分n的馈电网络组成，n≥3；n个周向均匀分布的天线单元构成圆极化天线阵列；每个天线单元由至少两个平行的短分支与若干个与短分支垂直的长分支组成，两个平行的短分支的一端与长分支的上部连接；每个天线单元通过接地通孔与底层导电贴片连接。

本实用新型提供的天线为PCB贴片天线，PCB层叠结构由顺序连接的顶层导电贴片、介质基板、底层导电贴片组成，其中，顶层贴片由n个周向均匀分布天线单元和一个一分四馈电网络组成，排列紧凑，能够实现天线小型化。其次，通过周向均匀分布的天线单元以及一分四馈电网络，使n个天线单元能够实现圆极化辐射。。结合阵因子辐射方向图和天线单元方向图，实现了天线的宽波束性能，即本实用新型提供的天线同时实现了圆极化和宽波束。

进一步，6≥n≥3。

进一步，每个天线单元中，所述短分支的数量为长分支的2倍。

进一步，天线单元的其中一个短分支的一端与其长分支上部的端点连接。

进一步，两个短分支的长度相同，长分支的长度至少为短分支的长度的2倍。

进一步，天线单元呈水平翻转的“F”形，其中两个短分支分别为“F”形中的横向线段，长分支为“F”形中的竖向线段。

水平翻转的“F”形的天线单元为最佳的天线形状。

进一步，每个天线单元由逆时针方向上前一天线单元围绕其自身中心顺时针方向旋转90°得到。

进一步，一分四馈电网络用于分别输出相位差依次为0°、90°、180°和270°的信号至天线单元，其位置位于其中两个天线单元之间。

馈电网络的输出端口包括输出相位差为0°、90°、180°和270°的激励信号至天线单元，使得呈水平翻转的“F”形的天线结合在一起能够产生两个相位相差90°且方向正交的线极化波，从而实现能够辐射出圆极化波，此外，结合阵因子辐射方向图和天线单元方向图实现了宽波束性能。

进一步，每个天线单元之间距离为0.3倍工作波长。

采用约为0.3倍工作波长的天线单元间距可同时实现增益和轴比的宽波束性能。

进一步，每个天线单元中作为“F”形的第一条横向线段的短分支在其端点处与接地通孔连接，天线单元通过接地通孔与底层导电贴片连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其PCB层叠结构由顺序连接的顶层导电贴片、介质基板、底层导电贴片组成，其中，顶层贴片排列紧凑实现小型化。其次，每个天线单元呈水平翻转的“F”形，结合能够输出激励信号相位差分别0°、90°、180°和270°的馈电网络，使天线单元能够辐射出圆极化波，天线单元之间的0.3倍工作波长的间距使天线单元能够实现增益和轴比的宽波束性能，即本实用新型的天线能够同时实现宽波束和圆极化。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的天线的侧视图。

图2为本实用新型实施例1提供的天线的俯视图。

图3为本实用新型实施例1的天线单元110的结构示意图。

图4为本实用新型实施例1提供的天线的轴比带宽。

图5为本实用新型实施例1提供的天线的圆极化增益归一化方向图。

图6为本实用新型实施例1提供的天线的轴比方向图。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线，该天线为PCB叠层结构，如图1所示，该结构从上至下依次为顶层导电贴片100、介质基板200、底层导电贴片300。

顶层导电贴片100与底层导电贴片300之间通过贯穿介质基板200的馈电探针400馈电相连，馈电探针400用于为天线进行馈电激励，如图2所示，馈电探针400位于整个天线的中心位置。

如图2所示，顶层导电贴片100由四个周向均匀分布的天线单元110～140和一个一分四的馈电网络150组成。

四个周向均匀分布的天线单元110～140构成圆极化天线阵列，能够辐射出圆极化波。在具体的实施方式中，如图2所示，天线单元110～140的周向均匀分布方式为：每个天线单元由逆时针方向上前一天线单元围绕其自身中心顺时针方向旋转90°得到，四个天线单元排列紧凑，实现天线小型化。

如图3所示，以其中一个天线单元110为例，每个天线单元由两个平行的短分支111和112与一个与短分支垂直的长分支113组成，平行的短分支111和112的一端与长分支113的上部连接。

在具体的实施方式中，如图3所示，以其中一个天线单元110为例，天线单元110呈水平翻转的“F”形，短分支111的一端与其长分支113上部的端点连接，两个短分支111和112分别为“F”形中的横向线段，长分支113为“F”形中的竖向线段。两个短分支111和112的长度相同，长分支113的长度至少为短分支111或112的长度的2倍。

结合图1、2所示，每个天线单元均通过接地通孔500与底层导电贴片300连接。更具体地，接地通孔500与每个天线单元的其中一个短分支的端点连接，天线单元通过接地通孔500与底层导电贴片300连接。如图3所示，接地通孔500与天线单元110的短分支111的端点连接。

一分四馈电网络140用于分别输出相位差依次为0°、90°、180°和270°的信号至四个天线单元110～140，如图2所示，一分四馈电网络140的位置位于其中两个天线单元之间，更具体地是位于天线单元110和天线单元120之间。

本实施例提供的天线利用四个天线单元110～140周向均匀分布组成阵列，并通过一个一分四的馈电网络150分别输出相位差为0度、90度、180度、270度的激励信号给四个天线单元110～140，使得四个天线单元110～140合在一起后能够产生两个相位相差90°且方向正交的线极化波，从而实现圆极化辐射，此外，结合阵因子辐射方向图和天线单元方向图实现了宽波束性能。

在具体的实施方式中，每个天线单元之间距离为0.3倍工作波长。结合阵因子辐射方向图和天线单元110～140的方向图，根据阵列天线方向图相乘原理，采用约为0.3倍工作波长的天线单元间距即可同时实现增益和轴比的宽波束性能。

在具体的实施方式中，本实施例提供的天线的具体尺寸为0.34λ×0.34λ×0.009λ，其中λ为天线工作频率对应的波长，0.009λ的厚度表明天线的低剖面特性。天线具体实例的轴比带宽如图4所示，3dB轴比带宽为1.48GHz-2.79GHz，约为61％的相对带宽。具体实例的圆极化增益归一化方向图如图5所示，可知其3dB功率波束宽度大于130度。此外，具体实例的轴比波束宽度如图6所示，轴比小于3的波束宽度大于120度，因此本实施例的天线具有宽波束圆极化特性。

本实施例提供的天线由小尺寸、低剖面的四个天线单元110～140依次旋转90°紧凑排列组成，每个天线单元均呈水平翻转的“F”形，该形状的天线单元有效提高天线的整体性能。通过一个一分四馈电网络150通过不同的微带线长度实现四路输出端口的信号具备相位差，四路输出端口依次输出0°、90°、180°及270°的馈电信号，分别激励四个天线单元110～140，从而使四个天线单元110～140共同实现圆极化辐射性能。此外，结合阵因子辐射方向图和天线单元110～140的方向图实现了宽波束性能，即本实施例提供的PCB贴片天线同时做到了低剖面、宽波束和圆极化，克服了现有的螺旋天线和微带天线的尺寸大、带宽窄、无法实现圆极化波束的缺点。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有宽波束圆极化辐射性能的天线，由顺序连接的顶层导电贴片、介质基板、底层导电贴片组成；顶层导电贴片与底层导电贴片馈电相接；

其特征在于，顶层导电贴片由n个周向均匀分布的天线单元和一个一分n的馈电网络组成，n≥3；

n个周向均匀分布的天线单元构成圆极化天线阵列；

每个天线单元由至少两个短分支与若干个长分支组成，至少两个平行的短分支的一端与长分支的上部连接；

每个天线单元通过接地通孔与底层导电贴片连接。

2.根据权利要求1所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，天线单元的其中一个短分支的一端与其长分支上部的端点连接。

3.根据权利要求2所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，两个短分支的长度相同，长分支的长度至少为短分支的长度的2倍。

4.根据权利要求2或3所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，天线单元呈水平翻转的“F”形，其中两个短分支分别为“F”形中的横向线段，长分支为“F”形中的竖向线段。

5.根据权利要求4所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，每个天线单元由逆时针方向上前一天线单元围绕其自身中心顺时针方向旋转90°得到。

6.根据权利要求5所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，一分四馈电网络用于分别输出相位差依次为0°、90°、180°和270°的信号至天线单元，其位置位于其中两个天线单元之间。

7.根据权利要求4～6任一项所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，每个天线单元之间距离为0.3倍工作波长。

8.根据权利要求7所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，每个天线单元中作为“F”形的第一条横向线段的短分支在其端点处与接地通孔连接，天线单元通过接地通孔与底层导电贴片连接。

9.根据权利要求1-3任一项所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，6≥n≥3。

10.根据权利要求1-3任一项所述的具有宽波束圆极化辐射性能的天线，其特征在于，每个天线单元中，所述短分支的数量为长分支的2倍。