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CN107978852B - 一种宽频带双圆极化槽天线 - Google Patents

一种宽频带双圆极化槽天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽频带双圆极化槽天线，所述介质基板的上层设有共面波导馈电结构、正方形槽贴片和六边形辐射贴片，所述六边形辐射贴片设置在正方形槽贴片的正方形槽内，并与正方形槽贴片相连，所述共面波导馈电结构具有两个馈电端口，并与六边形辐射贴片相连。本发明通过共面波导馈电结构的两个馈电端口进行馈电，并通过在一个与介质基板等大的正方形贴片正中央切去一个较小正方形贴片形成正方形槽贴片，将正方形槽贴片与六边形辐射贴片相连，能够有效拓宽天线的轴比带宽，具有双圆极化特性，且具有结构简单、易加工、体积小、成本低、频带宽等优点。

Description

一种宽频带双圆极化槽天线
技术领域
本发明涉及一种槽天线，尤其是一种宽频带双圆极化槽天线，属于无线移动通信技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，以及通信环境变得越来越复杂，圆极化天线较线极化天线而言，由于具有抗多径反射、抗极化失配等优点受到了广泛的研究。其中圆极化槽天线由于具有宽频带、尺寸小、质量轻和低成本等优点备受关注。但是这些天线大多数只能辐射一种圆极化波，左旋圆极化波或者右旋圆极化波，在复杂的环境里，面临着极化反转的问题。而双圆极化天线的提出将解决这些问题，同时也可以增大通信容量。
对天线而言，带宽越宽，天线的数据传输率越高，所以如何设计宽频带双圆极化天线成为了一个热门的研究课题。但是，现在宽带双圆极化天线的结构很多为立体结构或多层结构，制造复杂，使宽频带双圆极化天线的制作和推广受到了限制。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2016年“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”的期刊上，RohitKumar Saini和Santanu Dwari发表题为“A Broadband Dual Circularly PolarizedSquare Slot Antenna”的文章中提出了一种双圆极化正方形槽天线，该天线通过CPW进行馈电，结构简单；该天线具有60％的3-dB轴比带宽，且在该带宽内的S11≤-10dB，两端口的隔离在15dB以上。为了拓宽其轴比带宽，该天线加入了到L型枝节。但是要进一步拓宽其带宽，则该方法受到了限制。
2017年“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”的期刊上，ChanduDS和S.S.Karthikeyan发表题为“A Novel Broadband Dual Circularly PolarizedMicrostrip-Fed Monopole Antenna”的文章中提出了一种微带馈电的双圆极化单极子天线，该天线采用了两对L型枝节分别在高低频实现了匹配，从而获得了较宽的频带，其轴比带宽为80.7％，该天线采用的是微带馈电结构。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供了一种宽频带双圆极化槽天线，该天线具有双圆极化特性，且具有结构简单、易加工、体积小、成本低、频带宽等优点，可以应用于LTE、蓝牙、WLAN和Wi-MAX等频段。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种宽频带双圆极化槽天线，包括介质基板，所述介质基板的上层设有共面波导馈电结构、正方形槽贴片和六边形辐射贴片，所述六边形辐射贴片设置在正方形槽贴片的正方形槽内，并与正方形槽贴片相连，所述共面波导馈电结构具有两个馈电端口，并与六边形辐射贴片相连。
进一步的，所述六边形辐射贴片通过连接线与正方形槽贴片相连。
进一步的，所述正方形槽贴片上开有圆形槽，所述连接线上开有细缝，所述细缝与圆形槽相连。
进一步的，所述圆形槽位于正方形槽贴片的右下角。
进一步的，所述连接线设置在六边形辐射贴片的右下方。
进一步的，所述正方形槽贴片内侧的边缘处开有弯曲的矩形槽。
进一步的，所述矩形槽有两个，两个矩形槽分别位于正方形槽贴片内侧的两个边缘处。
进一步的，所述六边形辐射贴片设置在正方形槽贴片的正方形槽内的右下角。
进一步的，所述共面波导馈电结构的两个馈电端口分别与六边形辐射贴片的两条边相连。
进一步的，所述正方形槽贴片的正方形槽位于介质基板的正中央。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的宽频带双圆极化槽天线通过共面波导馈电结构的两个馈电端口进行馈电，并通过在一个与介质基板等大的正方形贴片正中央切去一个较小正方形贴片形成正方形槽贴片，将正方形槽贴片与六边形辐射贴片相连，能够有效拓宽天线的轴比带宽，具有双圆极化特性(既可辐射左旋圆极化波，又可辐射右旋圆极化波)，且具有结构简单、易加工、体积小、成本低、频带宽等优点。
2、本发明的宽频带双圆极化槽天线利用连接线连接正方形槽贴片和六边形辐射贴片，并进一步在正方形槽贴片上开出圆形槽，以及在连接线上开出与圆形槽相连的细缝，增大了共面波导馈电结构的两个馈电端口的隔离度。
3、本发明的宽频带双圆极化槽天线在正方形槽贴片2的内侧边缘变成弯曲的曲线状，以开出弯曲的矩形槽，通过这种设计，增加了电流路径，提高了低频段的隔离度。
4、本发明的宽频带双圆极化槽天线的仿真结果表明，该天线在1.63GHz～3.9GHz频段范围内，都能满足回波损耗小于10dB、轴比小于3dB和两端口的隔离度大于15dB。相对带宽较宽为82.1％，能够应用于LTE、蓝牙、WLAN和Wi-MAX等频段。
5、本发明的宽频带双圆极化槽天线在1.63GHz～3.9GHz频段范围内的增益变化在1.5dB范围内，增益变化稳定。
附图说明
图1为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线俯视图。
图2为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线正视图。
图3为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线S11与S21参数仿真曲线图。
图4为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线AR参数仿真曲线图。
图5为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线增益参数仿真曲线图。
图6为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线在2.5GHz频率时的主极化方向图。
图7为本发明实施例1的宽频带双圆极化槽天线在2.5GHz频率时的主极化方向图。
其中，1-介质基板，2-正方形槽贴片，3-六边形辐射贴片，4-第一馈电端口，5-第二馈电端口，6-连接线，7-圆形槽，8-细缝，9-矩形槽。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种宽频带双圆极化槽天线，该天线包括介质基板1，所述介质基板1的上层设有共面波导(coplanar waveguide，CPW)馈电结构、正方形槽贴片2和六边形辐射贴片3，共面波导馈电结构具有两个馈电端口，两个馈电端口分别为第一馈电端口4和第二馈电端口5。
所述介质基板1采用PCB板，其加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足造价的要求。
所述正方形槽贴片2通过在一个与介质基板1等大的正方形贴片正中央切去一个较小正方形贴片形成，切去的部分形成了正方形槽，可见该正方形槽位于介质基板1的正中央。
所述六边形辐射贴片3设置在正方形槽贴片2的正方形槽内的右下角，从图中可以看到六边形辐射贴片3的其中一条边位于右方，且靠近正方形槽的右边，其中一条边位于左方，且远离正方形槽的左边，其中一条边位于上方，且远离正方形槽的上边，其中一条边位于下方，且靠近正方形槽的下边，剩下两条边相互对称，分别位于左上方和右下方，并与正方形槽的对角线平行。
优选地，所述六边形辐射贴片3通过连接线6与正方形槽贴片2相连，该连接线6设置在六边形辐射贴片3的右下方，即连接线6与六边形辐射贴片3位于右下方的那条边连接。
进一步地，正方形槽贴片2上开有圆形槽7，圆形槽7位于正方形槽贴片2的右下角，连接线6上开有细缝8，该细缝8与圆形槽7相连，利用连接线6连接正方形槽贴片2和六边形辐射贴片3，并开出圆形槽7和细缝8，可以增大了第一馈电端口4和第二馈电端口5的隔离度。
本实施例中，正方形槽贴片2的内侧上边缘和右边缘均变成弯曲的曲线状，以开出两个弯曲的矩形槽9，可见矩形槽9是与正方形槽相连的，通过这种设计，增加了电流路径，提高了低频段的隔离度。
所述共面波导馈电结构的第一馈电端口4和第二馈电端口5分别与六边形辐射贴片3的两条边相连，具体为第一馈电端口4与六边形辐射贴片3位于右方的那条边，并切断正方形槽贴片2右边的一部分与外部SMA头相连，第二馈电端口5与六边形辐射贴片3位于下方的那条边相连，并切断正方形槽贴片2下边的一部分与外部SMA头相连，进而对六边形辐射贴片3进行馈电，由六边形辐射贴片3将能量辐射出去。
调整本实施例的宽频带双圆极化槽天线各部分的尺寸参数后，通过计算和电磁仿真，对本实施例的宽频带双圆极化槽天线进行了验证仿真，如图3～图5所示，分别给出了该天线在1GHz～4GHz频率范围内的S11(输入端口回波损耗)参数、轴比参数和增益的仿真结果曲线；可以看到该天线在1.63GHz～3.9GHz频段范围内，能同时满足回波损耗小于10dB、轴比小于3dB和两端口的隔离度大于15dB，其相对带宽较宽为82.1％；且在该频段范围内的最大增益为4.58dB，增益变化在1.5dB范围内，增益变化稳定；天线性能良好，能够应用于LTE、蓝牙、WLAN和Wi-MAX等频段。
本实施例的宽频带双圆极化槽天线HFSS仿真的模型在2.5GHz时辐射的主极化方向图如图6和图7所示。
上述实施例中，所述PCB板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布和共烧陶瓷任意一种材料构成；所述共面波导馈电结构、正方形槽贴片2、六边形辐射贴片3、连接线6采用的金属为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，本发明的宽频带双圆极化槽天线通过共面波导馈电结构的两个馈电端口进行馈电，并通过在一个与介质基板等大的正方形贴片正中央切去一个较小正方形贴片形成正方形槽贴片，将正方形槽贴片与六边形辐射贴片相连，能够有效拓宽天线的轴比带宽，具有双圆极化特性(既可辐射左旋圆极化波，又可辐射右旋圆极化波)，且具有结构简单、易加工、体积小、成本低、频带宽等优点。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种宽频带双圆极化槽天线，包括介质基板，其特征在于：所述介质基板的上层设有共面波导馈电结构、正方形槽贴片和六边形辐射贴片，所述六边形辐射贴片设置在正方形槽贴片的正方形槽内，并与正方形槽贴片相连，所述共面波导馈电结构具有两个馈电端口，两个馈电端口分别为第一馈电端口和第二馈电端口，第一馈电端口与六边形辐射贴片位于右方的那条边相连，并切断正方形槽贴片右边的一部分与外部SMA头相连，第二馈电端口与六边形辐射贴片位于下方的那条边相连，并切断正方形槽贴片下边的一部分与外部SMA头相连，进而对六边形辐射贴片进行馈电。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述六边形辐射贴片通过连接线与正方形槽贴片相连。
3.根据权利要求2所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述正方形槽贴片上开有圆形槽，所述连接线上开有细缝，所述细缝与圆形槽相连。
4.根据权利要求3所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述圆形槽位于正方形槽贴片的右下角。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述连接线设置在六边形辐射贴片的右下方。
6.根据权利要求1所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述正方形槽贴片内侧的边缘处开有弯曲的矩形槽。
7.根据权利要求6所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述矩形槽有两个，两个矩形槽分别位于正方形槽贴片内侧的两个边缘处。
8.根据权利要求1-4、6-7任一项所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述六边形辐射贴片设置在正方形槽贴片的正方形槽内的右下角。
9.根据权利要求1-4、6-7任一项所述的一种宽频带双圆极化槽天线，其特征在于：所述正方形槽贴片的正方形槽位于介质基板的正中央。
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