超宽带双圆极化天线及无线通信设备

1.本发明涉及一种圆极化天线，尤其是一种超宽带双圆极化天线及无线通信设备，属于无线通信技术领域。


背景技术：

2.现代通信对于高数据率、大容量的通信系统对天线带宽的要求越来越高，超宽带天线具有广阔的应用前景。与线极化波相比，圆极化波具有很好的抗多径反射的能力和极化易匹配特性，并且可以接收多种极化形式的来波，即使在恶劣的雨雾天气下也能较好的工作，在军用通信和雷达、电子侦察干扰和卫星导航系统中被广泛的采用。同时具有双圆极化的天线，可以减少天线的数量并且增加极化的多样性。在实际应用中，较高的隔离度能降低损耗，能极大提高天线的效率。
3.中国专利文献cn 105305045 a提出了一种t型/斜l型引流缝隙双频宽带双圆极化微带叠层天线，采用层叠结构，两层不同结构的辐射体产生多频圆极化性能。该天线通过一根同轴线对上层馈电，偏心放置耦合馈电法将上层贴片对下层贴片耦合馈电，而具有简单的馈电网络。虽然具有较好的辐射方向性，但是工作频段只覆盖了1.603~1.638ghz、2.456~2.540ghz的带通特性，则相对应频段的相对阻抗带宽仅为2.16%、3.36%。且辐射体相对于单层结构的天线来说，其剖面高度较高。剖面高度为工作频段1.603~1.638ghz中心频率1.6205ghz波长的0.032倍。辐射体结构较复杂，双层辐射体，且较多不规则形状的槽。
4.中国专利文献cn 110649383 a提出了一种基于介质谐振器加载的宽带圆极化天线，其特征在于介质基板和介质谐振器平行且上下叠层设置，利用l型槽和探针双馈实现双圆极化。该天线拥有较稳定的辐射方向图，虽然阻抗带宽能达到63.7%（1.78~3.38 ghz），但圆极化轴比频段不连续，导致工作带宽减小，其轴比带宽分别为22.7%（1.99~2.50 ghz）和15.7%（2.93 ghz ~ 3.43 ghz）。
5.中国专利文献cn 115966894 b提出了一种超宽带双圆极化天线，通过周期性的超表面改善高频部分的辐射性能，增加天线带宽；同时，使用一个90
°
宽带耦合器和两条平行双线组成馈电网络进行馈电，结构紧凑，且能很好地实现双圆极化。虽然阻抗带宽能达到112.7%（1.3 ~ 4.7 ghz）但是天线的剖面很高。
6.中国专利文献cn 203871464 u提出了一种宽带双圆极化微带天线，利用十字缝及馈电微带线耦合形成四个馈电点，相邻两馈点间，馈电微带线的走线长度为中心频率在介质中波长的四分之一，可实现在频带内左右旋圆极化信号的接收与发射。该天线具有体积小，馈电网络简单等优点，但是阻抗带宽较窄。
7.目前此领域大多是采用的缝隙馈电的单极化天线，而且多极化和高隔离一般比较难以实现，因此，提供一款同时具有超宽带、双圆极化、高隔离度特性的天线来支持上述现代通信应用需求十分重要。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种超宽带双圆极化天线，该天线具有较高的带内隔离度、宽频带和低剖面的优点。
9.本发明的另一目的在于提供一种包含上述超宽带双圆极化天线的无线通信设备。
10.本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种超宽带双圆极化天线，包括辐射体、馈电结构、金属地板和介质板，所述辐射体设置在介质板的上表面，辐射体包括第一l形辐射贴片和第二l形辐射贴片，所述馈电结构包括第一激励端口和第二激励端口，所述金属地板设置在介质板的下表面；所述第一l形辐射贴片与第二l形辐射贴片、第一激励端口与第二激励端口分别关于介质板的对角线对称，所述金属地板为关于介质板对角线对称的结构；所述第一l形辐射贴片与第一激励端口相连，所述第二l形辐射贴片与第二激励端口相连，所述第一激励端口与第二激励端口分别与金属地板相连。
11.进一步的，所述馈电结构为微带线馈电结构；所述第一激励端口包括第一sma连接头和第一微带传输线，所述第一sma连接头的内导体与第一微带传输线相连，第一sma连接头的外导体与金属地板相连，所述第一微带传输线设置在介质板的上表面，并与第一l形辐射贴片相连；所述第二激励端口包括第二sma连接头和第二微带传输线，所述第二sma连接头的内导体与第二微带传输线相连，第二sma连接头的外导体与金属地板相连，所述第二微带传输线设置在介质板的上表面，并与第二l形辐射贴片相连。
12.进一步的，所述金属地板为阶梯形开环金属地板。
13.进一步的，所述金属地板包括第一阶梯形金属地板和第二阶梯形金属地板，所述第一阶梯形金属地板的一端与第二阶梯形金属地板的一端相连，且第一阶梯形金属地板与第二阶梯形金属地板关于介质板的对角线对称，第一阶梯形金属地板与第一激励端口相连，第二阶梯形金属地板与第二激励端口相连。
14.进一步的，所述第一阶梯形金属地板和第二阶梯形金属地板相连的一端嵌入弯折槽，第一阶梯形金属地板和第二阶梯形金属地板的另一端嵌入方形槽。
15.进一步的，还包括寄生贴片，所述寄生贴片为弯折形寄生贴片，且寄生贴片设置在介质板的下表面，用于提高第一激励端口和第二激励端口的阻抗匹配，以及提高第一激励端口与第二激励端口之间的隔离度。
16.进一步的，所述寄生贴片设置在介质板下表面的对角线上，且寄生贴片为关于介质板对角线对称的结构。
17.进一步的，所述寄生贴片的两端分别靠近第一l形辐射贴片的末端和第二l形辐射贴片的末端。
18.进一步的，所述寄生贴片位于金属地板的中心附近。
19.本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种无线通信设备，包括上述的超宽带双圆极化天线。
20.本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本发明天线采用对称式的结构设计，实现了天线的两个圆极化在相同频段内具有较好的电路性能和辐射性能；l形辐射体结构形成了圆极化模式，且具有很好的阻抗匹配
性能；此外，采用了两个阶梯形金属地板结构后，使得该天线的轴比带宽得到增加，在金属地板的角落嵌入弯折的槽和方形槽结构后，使得该天线的隔离度得到增加，该天线中加入弯折的寄生贴片后使得天线的阻抗带宽增加。
21.2、本发明天线的工作频段为1.69-6.66 ghz，其中相对阻抗带宽为109%，轴比带宽为102%，该天线具有较高的带内隔离度、宽频段、低剖面等优点，其中频段内的隔离度大于20 db，双极化天线的增益为3.1-8.5 dbi。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的结构示意图。
24.图2为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的辐射体结构图。
25.图3为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的馈电结构图。
26.图4为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的金属地板结构图。
27.图5为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的寄生贴片结构图。
28.图6为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的主要尺寸示意图。
29.图7为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的反射系数曲线图。
30.图8为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的隔离度曲线图。
31.图9为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的轴比曲线图。
32.图10为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的增益曲线图。
33.图11为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的第一激励端口在中心频率为1.8ghz的辐射方向图。
34.图12为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的第一激励端口在中心频率为3.3ghz的辐射方向图。
35.图13为本发明实施例的超宽带双圆极化天线的第一激励端口在中心频率为5ghz的辐射方向图。
36.其中，101-第一l形辐射贴片，102-第二l形辐射贴片，201-第一激励端口，202-第二激励端口，203-第一sma连接头，204-第一微带传输线，205-第二sma连接头，206-第二微带传输线，300-金属地板，301-第一阶梯形金属地板，302-第二阶梯形金属地板，400-寄生贴片，500-介质板。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例：
如图1所示，本实施例提供了一种超宽带双圆极化天线，该天线能够应用于各种无线通信设备中，其包括辐射体、馈电结构、金属地板300和介质板500，辐射体设置在介质板500的上表面，辐射体包括第一l形辐射贴片101和第二l形辐射贴片102，馈电结构包括第一激励端口201和第二激励端口202，金属地板300设置在介质板500的下表面；第一l形辐射贴片101与第二l形辐射贴片102、第一激励端口201与第二激励端口202分别关于介质板500的对角线对称，金属地板300为关于介质板500对角线对称的结构，因此天线整体呈45
°
对称。
39.如图1和图2所示，第一l形辐射贴片101与第一激励端口201相连，第二l形辐射贴片102与第二激励端口202相连，第一l形辐射贴片101和第二l形辐射贴片102均通过印刷的方式设置在介质板500的上表面，l形辐射体结构形成了圆极化模式，且具有很好的阻抗匹配性能。
40.如图1和图3所示，馈电结构为微带线馈电结构，第一激励端口201包括第一sma连接头203和第一微带传输线204，第一sma连接头203的内导体与第一微带传输线204相连，第一sma连接头203的外导体与金属地板300相连，第一微带传输线204通过印刷的方式设置在介质板500的上表面，并与第一l形辐射贴片101相连，可以向第一l形辐射贴片101进行激励；第二激励端口202包括第二sma连接头205和第二微带传输线206，第二sma连接头205的内导体与第二微带传输线206相连，第二微带传输线206通过印刷的方式设置在介质板500的上表面，并与第二l形辐射贴片102相连，第二sma连接头205的外导体与金属地板300相连。
41.如图1和图4所示，金属地板300为阶梯形开环金属地板，其包括第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302，第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302均通过印刷的方式设置在介质板500的下表面，第一阶梯形金属地板301的一端与第二阶梯形金属地板302的一端相连，且第一阶梯形金属地板301与第二阶梯形金属地板302关于介质板500的对角线对称，第一阶梯形金属地板301与第一激励端口201相连，具体与第一sma连接头203的外导体相连，第二阶梯形金属地板302与第二激励端口202相连，具体与第二sma连接头205的外导体相连；为了使第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302形成阶梯形开环金属地板，第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302相连的一端嵌入弯折槽303，第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302的另一端嵌入方形槽304，即第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302的两个角落分别嵌入弯折槽303和方形槽304，采用了第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302结构后，使得本实施例天线的轴比带宽得到增加，在第一阶梯形金属地板301和第二阶梯形金属地板302的角落嵌入弯折槽303和方形槽304结构后，使得本实施例天线的隔离度得到增加。
42.如图1和图5所示，本实施例的超宽带双圆极化天线还可包括寄生贴片400，该寄生贴片400为弯折形寄生贴片，寄生贴片400设置在介质板500的下表面，具体通过印刷的方式设置在介质板下表面的对角线上，寄生贴片400位于金属地板300的中心附近，寄生贴片400为关于介质板500对角线对称的结构，其两端分别靠近第一l形辐射贴片101的末端和第二l形辐射贴片102的末端；通过电流耦合的方式，寄生贴片400能提高第一激励端口201和第二激励端口202的阻抗匹配，并且可以提高第一激励端口201与第二激励端口202之间的隔离度。
43.如图1~图6所示，本实施例天线呈线结构对称，方形的整体尺寸l为83mm；第一l形
辐射贴片101的长度l1和l2分别为21.3mm和4.5mm，宽度w1和w2分别为5.8mm和6.2mm；第一微带传输线204的长度l3为15.7mm，宽度w3为1.7mm；第一微带传输线204到边缘的距离d1为36.6mm；第一阶梯形金属地板301的长度分别是l4为14.0mm，l5为12.4mm，l6为6.9mm，长度分别是w4为20.8mm，w5为17.2mm，w6为7.7mm；弯折槽303的长度l7为12.5mm，宽度w7为3.4mm；方形槽304的边长d2为31mm；寄生贴片400的长度b1为22.4mm，宽度b2为12.2mm；寄生贴片400到金属地板300的距离d3为18mm，介质板500的厚度为0.762mm。
44.图7、图8、图9、图10、图11~图13分别为本实施例天线的反射系数曲线图、隔离度曲线图、轴比曲线图、增益曲线图、辐射方向图（中心频率分别为1.8ghz、3.3ghz和5ghz）；本实施例天线的工作频段为1.69-6.66 ghz，其中相对阻抗带宽为109%，轴比带宽为102%；本实施例天线具有较高的带内隔离度、宽频段、低剖面等优点，其中频段内的隔离度大于20 db，双极化（左旋圆极化和右旋圆极化）天线的增益为3.1-8.5 dbi。
45.综上所述，本发明天线采用对称式的结构设计，实现了天线的两个圆极化在相同频段内具有较好的电路性能和辐射性能；l形辐射体结构形成了圆极化模式，且具有很好的阻抗匹配性能；此外，采用了两个阶梯形金属地板结构后，使得该天线的轴比带宽得到增加，在金属地板的角落嵌入弯折的槽和方形槽结构后，使得该天线的隔离度得到增加，该天线中加入弯折的金属贴片后使得天线的阻抗带宽增加。
46.以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超宽带双圆极化天线，其特征在于，包括辐射体、馈电结构、金属地板和介质板，所述辐射体设置在介质板的上表面，辐射体包括第一l形辐射贴片和第二l形辐射贴片，所述馈电结构包括第一激励端口和第二激励端口，所述金属地板设置在介质板的下表面；所述第一l形辐射贴片与第二l形辐射贴片、第一激励端口与第二激励端口分别关于介质板的对角线对称，所述金属地板为关于介质板对角线对称的结构；所述第一l形辐射贴片与第一激励端口相连，所述第二l形辐射贴片与第二激励端口相连，所述第一激励端口与第二激励端口分别与金属地板相连。2.根据权利要求1所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述馈电结构为微带线馈电结构；所述第一激励端口包括第一sma连接头和第一微带传输线，所述第一sma连接头的内导体与第一微带传输线相连，第一sma连接头的外导体与金属地板相连，所述第一微带传输线设置在介质板的上表面，并与第一l形辐射贴片相连；所述第二激励端口包括第二sma连接头和第二微带传输线，所述第二sma连接头的内导体与第二微带传输线相连，第二sma连接头的外导体与金属地板相连，所述第二微带传输线设置在介质板的上表面，并与第二l形辐射贴片相连。3.根据权利要求1所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述金属地板为阶梯形开环金属地板。4.根据权利要求3所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述金属地板包括第一阶梯形金属地板和第二阶梯形金属地板，所述第一阶梯形金属地板的一端与第二阶梯形金属地板的一端相连，且第一阶梯形金属地板与第二阶梯形金属地板关于介质板的对角线对称，第一阶梯形金属地板与第一激励端口相连，第二阶梯形金属地板与第二激励端口相连。5.根据权利要求4所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述第一阶梯形金属地板和第二阶梯形金属地板相连的一端嵌入弯折槽，第一阶梯形金属地板和第二阶梯形金属地板的另一端嵌入方形槽。6.根据权利要求1-5任一项所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，还包括寄生贴片，所述寄生贴片为弯折形寄生贴片，且寄生贴片设置在介质板的下表面，用于提高第一激励端口和第二激励端口的阻抗匹配，以及提高第一激励端口与第二激励端口之间的隔离度。7.根据权利要求6所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述寄生贴片设置在介质板下表面的对角线上，且寄生贴片为关于介质板对角线对称的结构。8.根据权利要求6所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述寄生贴片的两端分别靠近第一l形辐射贴片的末端和第二l形辐射贴片的末端。9.根据权利要求6所述的超宽带双圆极化天线，其特征在于，所述寄生贴片位于金属地板的中心附近。10.一种无线通信设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的超宽带双圆极化天线。

技术总结
本发明公开了一种超宽带双圆极化天线及无线通信设备，所述天线包括辐射体、馈电结构、金属地板和介质板，所述辐射体设置在介质板的上表面，辐射体包括第一L形辐射贴片和第二L形辐射贴片，所述馈电结构包括第一激励端口和第二激励端口，所述金属地板设置在介质板的下表面；所述第一L形辐射贴片与第二L形辐射贴片、第一激励端口与第二激励端口分别关于介质板的对角线对称，所述金属地板为关于介质板对角线对称的结构；所述第一L形辐射贴片与第一激励端口相连，所述第二L形辐射贴片与第二激励端口相连，所述第一激励端口与第二激励端口分别与金属地板相连。本发明天线具有较高的带内隔离度、宽频带和低剖面的优点。宽频带和低剖面的优点。宽频带和低剖面的优点。


技术研发人员：吴多龙 陈伟豪 潘建伟 叶亮华 李健凤 胡振欣
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/1