專(zhuān)利名稱(chēng)：寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線(xiàn)，尤其涉及天線(xiàn)中的ー種寬帶圓極化貼片天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)(如GPS，北斗衛(wèi)星)的快速發(fā)展，圓極化貼片天線(xiàn)得到越來(lái)越多的關(guān)注。圓極化貼片天線(xiàn)具有尺寸小、重量輕、低剖面、易于加工、對(duì)天氣環(huán)境適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的圓極化貼片天線(xiàn)的工作原理是通過(guò)在貼片邊緣切角或加載尾狀物，使得在某ー頻點(diǎn)貼片上有ー對(duì)方向相互垂直、幅度相等而相位相差大約90度的表面電流，從而在這ー頻點(diǎn)激勵(lì)出圓極化波。由于只能在單ー頻點(diǎn)激勵(lì)出圓極化波，傳統(tǒng)的圓極化貼片天線(xiàn)帶寬較窄。另ー方面，隨著無(wú)線(xiàn)通信終端設(shè)備的體積不斷變小，對(duì)天線(xiàn)的尺寸也有更高要求。為此，設(shè)計(jì)人員提出了很多方案來(lái)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的小型化。四分之一波長(zhǎng)短路接地的方法是ー種常用的實(shí)現(xiàn)貼片天線(xiàn)小型化的技術(shù)，但這種技術(shù)會(huì)引入較大的交叉極化，而 且一般應(yīng)用在線(xiàn)極化天線(xiàn)，很難應(yīng)用于單ー饋點(diǎn)的圓極化貼片天線(xiàn)。目前來(lái)說(shuō)，對(duì)于圓極化貼片天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)小型化的主要方法有兩種，第一在貼片上開(kāi)各種形狀的槽或者在貼片邊緣加載金屬尾狀物(開(kāi)槽和加載金屬尾狀物可同時(shí)實(shí)施)，可減小天線(xiàn)的尺寸。第二將貼片覆在高介電常數(shù)的材料(如陶瓷)上來(lái)減小天線(xiàn)的尺寸。雖然這些方法能夠有效的減小圓極化貼片天線(xiàn)的尺寸，卻使得圓極化貼片天線(xiàn)的工作帶寬變得更窄，從而影響了天線(xiàn)的應(yīng)用范圍并増加了在實(shí)際中的調(diào)試難度。綜合來(lái)看，目前已有的圓極化貼片天線(xiàn)的技術(shù)，很難在工作帶寬和小型化兩方面都實(shí)現(xiàn)較好的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了ー種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，該天線(xiàn)能夠在工作帶寬和小型化兩方面都實(shí)現(xiàn)良好的性能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明所提供了ー種寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，包括金屬微帶貼片(I)、金屬接地板(3)和位于所述金屬微帶貼片(I)和金屬接地板(3)之間的介質(zhì)板，所述金屬微帶貼片(I)包括第一金屬微帶貼片(101)以及與其基本鏡像的第二金屬微帶貼片(102)，其中第一金屬微帶貼片(101)為諧振頻率為fl的四分之一波長(zhǎng)接地短路貼片，第ニ金屬微帶貼片(102)為諧振頻率為f2的四分之一波長(zhǎng)貼片，其中頻率fl與f2鄰近，且fl < f2。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，所述天線(xiàn)設(shè)有貫通所述第一金屬微帶貼片(101)、所述介質(zhì)板以及金屬接地板(3)的金屬化孔(2)。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，在所述金屬微帶貼片(I)的四個(gè)角的對(duì)角線(xiàn)方向上分別設(shè)置第一槽(191)、第二槽(192)、第三槽(193)以及第四槽(194)；其中，所述第一槽(191)、第二槽(192)位于所述第一金屬微帶貼片(101)上，所述第一槽(191)、第二槽(192)延伸線(xiàn)的夾角為90度；
其中，所述第三槽(193)、第四槽(194)位于所述第二金屬微帶貼片(102)上，所述第三槽(193)、第四槽(194)延伸線(xiàn)的夾角為90度。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第一槽(191)、第二槽(192)、第三槽(193)和第四槽(194)沿所述金屬微帶貼片(I)的對(duì)角方向的槽長(zhǎng)均相等。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第一金屬微帶貼片(101)位于所述第一槽(191)的位置處延伸有第一短截線(xiàn)；所述第一金屬微帶貼片(101)位于所述第二槽(192)的位置處延伸有第二短截線(xiàn)；所述第二金屬微帶貼片(102)位于所述第三槽(193)的位置處延伸有第三短截線(xiàn)；所述第二金屬微帶貼片(102)位于所述第四槽(194)的位置處延伸有第四短截線(xiàn)；所述第一短截線(xiàn)、第二短截線(xiàn)、第三短截線(xiàn)和第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度各不相等。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第一短截線(xiàn)的長(zhǎng)度大于所述第二短截線(xiàn)的長(zhǎng)度，所述第三短截線(xiàn)的長(zhǎng)度大于所述第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第一短截線(xiàn)包括于所述第一槽(191)的位置處分別 向所述第一金屬微帶貼片(101)的兩邊延伸的第一金屬尾狀物(11)和第二金屬尾狀物(12)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第二短截線(xiàn)包括于所述第二槽(192)的位置處分別向所述第一金屬微帶貼片(101)的兩邊延伸的第三金屬尾狀物(13)和第四金屬尾狀物。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第三短截線(xiàn)包括于所述第三槽(193)的位置處分別向所述第二金屬微帶貼片(102)兩邊延伸的第五金屬尾狀物(15)和第六金屬尾狀物(16)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述第四短截線(xiàn)包括于所述第四槽(194)的位置處分別向所述第二金屬微帶貼片(102)兩邊延伸的第七金屬尾狀物(17)和第八金屬尾狀物(18)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述金屬微帶貼片(I)為正方形，其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)為頻率為(fl+f2)/2的二分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述金屬微帶貼片(I)通過(guò)第五槽(103)將所述金屬微帶貼片(I)分為對(duì)稱(chēng)設(shè)置的第一金屬微帶貼片(101)和第二金屬微帶貼片(102);所述金屬接地板(3)設(shè)有位置對(duì)應(yīng)于所述第五槽(103)的第六槽(31)，其中第六槽(31)的槽長(zhǎng)的取值使得所述天線(xiàn)在滿(mǎn)足軸比值條件的同時(shí)獲得最大的工作帶寬。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述金屬微帶貼片(I)為正方形，其邊長(zhǎng)L為頻率為(fl+f2)/2的二分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長(zhǎng)L，所述金屬接地板(3)為的邊長(zhǎng)為G，所述第六槽
(31)的槽長(zhǎng)為 L12，其中，G > I, L12 = O. 8 I. 2L。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)上述方案，在第一金屬貼片(一個(gè)四分之一波長(zhǎng)短路接地貼片)旁邊寄生第二金屬貼片(一個(gè)基本鏡像的四分之一波長(zhǎng)貼片)，可激勵(lì)出兩組相互垂直，幅度相等并且相位相差近似90度的表面電流，從而能夠在兩個(gè)相鄰的頻點(diǎn)都激勵(lì)出圓極化波，從而在保證小型化的同時(shí)，還大幅增加了工作帶寬，改善了天線(xiàn)的性能，并降低了在實(shí)際中的調(diào)試難度。


圖I是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的尺寸圖3是沿著圖I的A-A’方向本發(fā)明所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的剖視圖；圖4是圖I所示的所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的后視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的表面電流流向示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)所測(cè)試的駐波比與軸比(最大輻射方向上)隨頻率變化曲線(xiàn)圖。上述附圖中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1，金屬微帶貼片；101，第一金屬微帶貼片；102，第二金屬微帶貼片；103，第五槽；11，第一金屬尾狀物；12，第二金屬尾狀物；13，第三金屬尾狀物；14，第四金屬尾狀物；15，第五金屬尾狀物；16，第六金屬尾狀物；17，第七金屬尾狀物；18，第八金屬尾狀物；191，第ー槽；192，第二槽；193，第三槽；194，第四槽；2，金屬化孔；21，第一金屬化孔ロ ；22，第二金屬化孔ロ ；3，金屬接地板；31，第六槽；41，同軸饋點(diǎn)；42，同軸接線(xiàn)ロ ；5，同軸線(xiàn)?！?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明。本發(fā)明所提供的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)在ー個(gè)四分之一波長(zhǎng)短路接地貼片旁邊寄生ー個(gè)基本鏡像的四分之一波長(zhǎng)貼片，可使整個(gè)貼片上激勵(lì)出兩組相互垂直，幅度相等并且相位相差近似90度的表面電流，從而能夠在兩個(gè)相鄰的頻點(diǎn)都激勵(lì)出圓極化波，大幅増加天線(xiàn)工作帶寬。本發(fā)明所提供的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)進(jìn)ー步還能實(shí)現(xiàn)小型化，通過(guò)將上述天線(xiàn)貼片覆在高介電常數(shù)的材料上，來(lái)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的小型化。圖I為根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的ー種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的示意圖。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的天線(xiàn)，包括金屬微帶貼片I、金屬接地板3和位于所述金屬微帶貼片I、金屬接地板3之間的介質(zhì)板，本發(fā)明還采用高介電常數(shù)的介質(zhì)板來(lái)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的小型化，介質(zhì)板的介質(zhì)常數(shù)根據(jù)天線(xiàn)的需求(比如天線(xiàn)的尺寸以及與天線(xiàn)的應(yīng)用頻段)而定，例如在本發(fā)明的一個(gè)示例中，在2. 560-2. 660GHz頻段的天線(xiàn)采用相對(duì)介電常數(shù)不小于10的介質(zhì)板，當(dāng)然本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用而選擇合適介電常數(shù)的介質(zhì)板。所述天線(xiàn)設(shè)有連接所述金屬微帶貼片I、金屬接地板3以及介質(zhì)板的金屬化孔2，通過(guò)該金屬化孔2，金屬微帶貼片I為接地的微帶貼片。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，例如，如果金屬微帶貼片I為矩形，則金屬接地板3也為矩形，并且，所述金屬接地板3的各邊長(zhǎng)要大于所述金屬微帶貼片I的各邊長(zhǎng)。圖2為根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的尺寸圖，如圖2所示，所述金屬微帶貼片I可以?xún)?yōu)選為正方形，其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，所述金屬接地板3可以?xún)?yōu)選為正方形，其邊長(zhǎng)為G，則G >し如圖I所示，所述金屬微帶貼片I設(shè)有將其一分為ニ的第五槽103，通過(guò)所述第五槽103將所述金屬微帶貼片I分為不金屬導(dǎo)通的第一金屬微帶貼片101和第二金屬微帶貼片102，其中金屬化孔2設(shè)置在金屬微帶貼片I的第一金屬微帶貼片101上，由此第一金屬微帶貼片101成為接地的微帶貼片，而由于第五槽103將第一金屬微帶貼片101與第二金屬微帶貼片102隔離開(kāi)，因此第二金屬微帶貼片102成為不接地的微帶貼片。并且，第一金屬微帶貼片101為諧振在頻率fl的貼片，也即為在頻率fl的四分之一波長(zhǎng)短路接地片，第ニ金屬微帶貼片102為諧振在頻率f2的貼片，也即為在頻率f2的四分之一波長(zhǎng)貼片。因此如果金屬微帶貼片I為正方形時(shí)，其邊長(zhǎng)L由頻率f I和f2確定，為在中心頻率點(diǎn)fO (fO=(fl+f2)/2)的二分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長(zhǎng)。優(yōu)選地，本發(fā)明可以通過(guò)所述第五槽103將正方形的所述金屬微帶貼片I分為矩形的第一金屬微帶貼片101和矩形的第二金屬微帶貼片102。第一金屬微帶貼片101與第二金屬微帶貼片102沿所述第五槽103對(duì)稱(chēng)設(shè)置，即第五槽103相當(dāng)于所述金屬微帶貼片I的垂直中心線(xiàn)，所述第一金屬微帶貼片101與所述第二金屬微帶貼片102為形狀相同的矩形。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖2所示，所述第一金屬微帶貼片101的寬度為L(zhǎng)10，所述第二金屬微帶貼片102的寬度為L(zhǎng)ll，LlO = Lll0進(jìn)一步地，在所述金屬微帶貼片I的四個(gè)角方向上分別設(shè)有沿 其對(duì)角線(xiàn)方向向內(nèi)延伸設(shè)置的第一槽191、第二槽192、第三槽193和第四槽194，即第一槽191、第二槽192、第三槽193和第四槽194相當(dāng)于所述金屬微帶貼片I的二條對(duì)角線(xiàn)的四個(gè)端。在本發(fā)明中，設(shè)置這些槽的作用是讓金屬微帶貼片I上的表面電流能夠流入下面所提及的第一至第八金屬尾狀物中，即讓這些金屬尾狀物能夠發(fā)揮作用。如圖I所示，所述第一槽191、第二槽192位于所述第一金屬微帶貼片101上，所述第一槽191、第二槽192的夾角為90度；所述第三槽193、第四槽194位于所述第二金屬微帶貼片102上，所述第三槽193、第四槽194的夾角為90度。所述第一槽191、第二槽192、第三槽193和第四槽194的槽長(zhǎng)(沿所述金屬微帶貼片I對(duì)角方向的長(zhǎng)度)優(yōu)選為均相等，且均為L(zhǎng)13，根據(jù)所期望的天線(xiàn)軸比帶寬，優(yōu)化設(shè)計(jì)L13的具體數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述金屬微帶貼片I為正方形且其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)時(shí)，軸比帶寬為2. 560-2. 660GHz時(shí)，優(yōu)化得出的L13 = O. 2 O. 5L。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一槽191、第二槽192、第三槽193、第四槽194和第五槽103可以為狹長(zhǎng)矩形槽(縫隙)，所述第一槽191、第二槽192、第三槽193、第四槽194和第五槽103的槽寬取值范圍例如均約為O. 2 I毫米。本發(fā)明進(jìn)一步地還在上述各槽處延伸有短截線(xiàn)，如圖I所示，所述第一金屬微帶貼片101位于所述第一槽191的位置處向外延伸有第一短截線(xiàn),所述第一金屬微帶貼片101位于所述第二槽192的位置處向外延伸有第二短截線(xiàn)，所述第二金屬微帶貼片102位于所述第三槽193的位置處向外延伸有第三短截線(xiàn)，所述第二金屬微帶貼片102位于所述第四槽194的位置處向外延伸有第四短截線(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一短截線(xiàn)、第二短截線(xiàn)、第三短截線(xiàn)和第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度各不相等，其中，所述第一短截線(xiàn)的長(zhǎng)度大于所述第二短截線(xiàn)的長(zhǎng)度，所述第三短截線(xiàn)的長(zhǎng)度小于所述第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度。因此，由于具有的短截線(xiàn)長(zhǎng)度不同，第一金屬微帶貼片101與第二金屬微帶貼片102基本鏡像，也即第一金屬微帶貼片101與第二金屬微帶貼片102除了短截線(xiàn)的長(zhǎng)度不同其它的結(jié)構(gòu)和形狀都基本相同。考慮到要保持天線(xiàn)尺寸的小型化，一般是采用下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所述四條短截線(xiàn)，但是本發(fā)明不限于此，任何只要配合槽能夠產(chǎn)生圓極化波的短截線(xiàn)實(shí)現(xiàn)方式都可用于本發(fā)明。如圖I所示，所述第一短截線(xiàn)包括于所述第一槽191的位置處分別向所述第一金屬微帶貼片101的兩邊延伸的第一金屬尾狀物11和第二金屬尾狀物12，所述第一金屬尾狀物11與所述第一金屬微帶貼片101的一邊相平行，所述第二金屬尾狀物12與所述第一金屬微帶貼片101的另ー邊相平行，即，第一金屬尾狀物11和第二金屬尾狀物12的夾角為90度，第一金屬尾狀物11和第二金屬尾狀物12分別包裹所述第一金屬微帶貼片101的其中一角。如圖2所示，第一金屬尾狀物11的長(zhǎng)度為L(zhǎng)I，第二金屬尾狀物12的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，長(zhǎng)度LI和L2與天線(xiàn)的諧振頻率和軸比帶寬相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述金屬微帶貼片I為正方形且其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)時(shí)，軸比帶寬為2. 560-2. 660GHz時(shí)，優(yōu)化得出的LI = L2=0. 4 0. 8し由于金屬尾狀物的寬度對(duì)天線(xiàn)性能的基本無(wú)影響，因此可以采取已知技術(shù)中的常用寬度，例如第一金屬尾狀物11和第二金屬尾狀物12的寬度取值范圍例如均約為0. 2 I毫米。如圖I所示，所述第二短截線(xiàn)包括于所述第二槽192的位置處分別向所述第一金屬微帶貼片101的兩邊延伸的第三金屬尾狀物13和第四金屬尾狀物14，所述第三金屬尾狀物13與所述第一金屬微帶貼片101的ー邊相平行，所述第四金屬尾狀物14與所述第一金屬微帶貼片101的另ー邊相平行，即，第三金屬尾狀物13和第四金屬尾狀物14的夾角為90度，第三金屬尾狀物13和第四金屬尾狀物14分別包裹所述第一金屬微帶貼片101的其 中一角。如圖2所示，第三金屬尾狀物13的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，第四金屬尾狀物14的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4，長(zhǎng)度L3和L4與所期望的天線(xiàn)的諧振頻率和軸比帶寬相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述金屬微帶貼片I為正方形且其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)時(shí)，軸比帶寬為2. 560-2. 660GHz時(shí)，優(yōu)化得出的L3 = L4 < 0. 3L，第三金屬尾狀物13和第四金屬尾狀物14的寬度取值范圍例如均約為0. 2 I毫米。如圖I所示，所述第三短截線(xiàn)包括于所述第三槽193的位置處分別向所述第二金屬微帶貼片102的兩邊延伸的第五金屬尾狀物15和第六金屬尾狀物16，所述第五金屬尾狀物15與所述第二金屬微帶貼片102的ー邊相平行，所述第六金屬尾狀物16與所述第二金屬微帶貼片102的另ー邊相平行，即，第五金屬尾狀物15和第六金屬尾狀物16的夾角為90度，第五金屬尾狀物15和第六金屬尾狀物16分別包裹所述第二金屬微帶貼片102的其中一角。如圖2所不,第五金屬尾狀物15的長(zhǎng)度為L(zhǎng)5,第六金屬尾狀物16的長(zhǎng)度為L(zhǎng)6,長(zhǎng)度L5和L6與所期望的天線(xiàn)的諧振頻率和軸比帶寬相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述金屬微帶貼片I為正方形且其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)時(shí)，軸比帶寬為2. 560-2. 660GHz時(shí)，優(yōu)化得出的L5=L6 < 0. 3L，第五金屬尾狀物15和第六金屬尾狀物16的寬度取值范圍例如均為0. 2 I毫米。如圖I所示，所述第四短截線(xiàn)包括于所述第四槽194的位置處分別向所述第二金屬微帶貼片102的兩邊延伸的第七金屬尾狀物17和第八金屬尾狀物18，所述第七金屬尾狀物17與所述第二金屬微帶貼片102的ー邊相平行，所述第八金屬尾狀物18與所述第二金屬微帶貼片102的另ー邊相平行，即，第七金屬尾狀物17和第八金屬尾狀物18的夾角為90度，第七金屬尾狀物17和第八金屬尾狀物18分別包裹所述第二金屬微帶貼片102的其中一角。如圖2所示，所述第七金屬尾狀物17的長(zhǎng)度為L(zhǎng)7，所述第八金屬尾狀物18的長(zhǎng)度為L(zhǎng)8，長(zhǎng)度L7和L8與所期望的天線(xiàn)的諧振頻率和軸比帶寬相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述金屬微帶貼片I為正方形且其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)時(shí)，軸比帶寬為2. 560-2. 660GHz吋，優(yōu)化得出的L7 = 0. 4 0. 7L，L8 = 0. 15 0. 5L，第七金屬尾狀物17和第八金屬尾狀物18的寬度取值范圍例如約為0. 2 I毫米。這里應(yīng)注意到，本發(fā)明最優(yōu)選的方案是L7 =L8，但為了實(shí)現(xiàn)小型化的目的，使得第八金屬尾狀物L(fēng)8在結(jié)構(gòu)上不得不為了避讓第一金屬尾狀物L(fēng)，而采用第八金屬尾狀物L(fēng)8略短于第七金屬尾狀物L(fēng)7的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，所述金屬接地板3設(shè)有第六槽31，設(shè)置第六槽31的作用是控制第一金屬微帶貼片101的諧振點(diǎn)fl和第二金屬微帶貼片102的諧振點(diǎn)f2之間的相位差(也即Π與f2之間的距離I fl-f2 I)，使得諧振點(diǎn)Π和諧振點(diǎn)f2能相互鄰近從而形成較寬的軸比頻帶。所述第六槽31的設(shè)置位置與位于第一金屬貼片101上的第五槽103的位置相對(duì)應(yīng)(即第六槽31位于第五槽103的正下方)。由于第六槽的長(zhǎng)度越大，fl與f2之間的距離越遠(yuǎn)，但此時(shí)在fl和f2之間的軸比值也越大，而第六槽的長(zhǎng)度變小，fl與f2之間的距離也變小，其軸比值也變小，此時(shí)天線(xiàn)的工作帶寬也變小，因此需要優(yōu)化第六槽31的槽長(zhǎng)的取值使得天線(xiàn)在滿(mǎn)足軸比值條件(一般是在工作帶寬內(nèi)軸比值要小于3dB)的同時(shí)獲得最大的工作帶寬，因此，如圖2所示，所述第六槽31的槽長(zhǎng)優(yōu)選為L(zhǎng)12 = O. 8 I. 2L，所述第六槽31的槽寬取值范圍例如約為O. 2 I毫米。如圖I、圖3以及圖4所示，所述第一金屬微帶貼片101上設(shè)有同軸饋點(diǎn)41，所述金屬接地板3上設(shè)有同軸接線(xiàn)口 42，通過(guò)所述同軸接線(xiàn)口 42連接有50歐姆的同軸線(xiàn)5，通 過(guò)該同軸饋點(diǎn)將信號(hào)引入到天線(xiàn)中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬化孔2為矩形孔，且所述金屬化孔2位于所述第一金屬微帶貼片101上的孔口為第一金屬化孔口 21，所述金屬化孔2位于所述金屬接地板3上的孔口為第二金屬化孔口 22，所述第一金屬化孔口 21與所述第一槽191、第二槽192的延長(zhǎng)線(xiàn)相交。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述金屬微帶貼片I為正方形，其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，所述第一金屬化孔口 21的槽長(zhǎng)為L(zhǎng)9，例如，L9 = O. 2 O. 6L。本發(fā)明的微帶貼片天線(xiàn)，一方面，金屬微帶貼片I的總長(zhǎng)度L是天線(xiàn)所在介質(zhì)中的二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)，保持了傳統(tǒng)半波長(zhǎng)微帶貼片特性，具有良好的向上的對(duì)稱(chēng)性輻射方向圖；另一方面，本發(fā)明引入了四分之一波長(zhǎng)短路技術(shù)和鏡像技術(shù)，將上層貼片I分割成兩個(gè)相互鏡像的四分之一波長(zhǎng)貼片(第一金屬微帶貼片101和第二金屬微帶貼片102)，其中第一金屬微帶貼片101上接有金屬短路墻(通過(guò)金屬化孔2使得貼片101接地)。第一金屬微帶貼片101上的金屬短截線(xiàn)(第一和第二金屬短截線(xiàn))和第二金屬微帶貼片102的金屬短截線(xiàn)(第三和第四金屬短截線(xiàn))長(zhǎng)度不同，使得第一金屬微帶貼片101和第二金屬微帶貼片102能產(chǎn)生兩個(gè)不同的圓極化諧振點(diǎn)，分別為fl和f2。同時(shí)，金屬短路墻在第一金屬微帶貼片101上的第一金屬化孔口 21的槽長(zhǎng)L9和接地板3上的第六槽31的槽長(zhǎng)L12能控制兩諧振點(diǎn)Π和f2之間的距離，通過(guò)調(diào)節(jié)L9和L12能使得Π和f2相互鄰近并獲得最優(yōu)的軸比帶寬。因此，如圖5所示，本發(fā)明提供的一種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的工作原理為所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的表面電流流向路徑I :從金屬微帶貼片I的中心流向第一短截線(xiàn)；所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的表面電流流向路徑2 :從第二短截線(xiàn)流向金屬微帶貼片I的中心；所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的表面電流流向路徑3 :從第三短截線(xiàn)流向金屬微帶貼片I的中心；所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的表面電流流向路徑4 :從金屬微帶貼片I的中心流向第四短截線(xiàn)。圖5只是貼片在工作頻點(diǎn)下的簡(jiǎn)化的貼片表面電流圖，目的是為了方便理解天線(xiàn)的工作原理。第一金屬微帶貼片I上的電流(路徑2+路徑I)需保持連貫性，即從第二短截線(xiàn)通過(guò)貼片中心，流向第一短截線(xiàn)。類(lèi)似的第二金屬微帶貼片2上的電流(路徑3+路徑4)也需保持連貫性，即從第三短截線(xiàn)通過(guò)貼片中心，流向第四短截線(xiàn)。在第一金屬微帶貼片101里，沿路徑I和沿路徑2的表面電流相互垂直，幅度相等，并且其相位差值由第一短截線(xiàn)I和第二短截線(xiàn)的長(zhǎng)度差值決定，通過(guò)優(yōu)化第一短截線(xiàn)和第二短截線(xiàn)的長(zhǎng)度差值，來(lái)使路徑I和路徑2在指定頻點(diǎn)f I上相位相差90度，從而第一金屬微帶貼片101在頻點(diǎn)fl上激勵(lì)出圓極化工作模式，同理，在第二金屬微帶貼片102里，沿路徑3和沿路徑4的表面電流相互垂直，幅度相等，通過(guò)優(yōu)化第三短截線(xiàn)和第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度差值，來(lái)使路徑3和路徑4在指定頻點(diǎn)f2上相位相差90度，從而第二金屬微帶貼片102在頻點(diǎn)f2上激勵(lì)出圓極化工作模式。所以，通過(guò)在第一金屬微帶貼片101( —個(gè)四分之一波長(zhǎng)短路接地貼片)旁邊寄生第二金屬微帶貼片102 (—個(gè)基本鏡像的四分之一波長(zhǎng)貼片)，整個(gè)小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)能在兩相鄰頻點(diǎn)(fl，f2, fl < f2)都激勵(lì)出圓極化工作模式，從而大幅増加天線(xiàn)的工作帶寬。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供的ー種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的工作性能，在上述結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖6為測(cè)試的駐波比與軸比(最大輻射方向上)隨頻率變化曲線(xiàn)圖，從軸比曲線(xiàn)可以看出，所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)有兩個(gè)臨近的圓極化諧振點(diǎn)(諧振點(diǎn)1，諧振點(diǎn)2)，從而擁有大約3. 8% (2. 560-2. 660GHz)的軸比帶寬(軸比小于等于3dB);從駐波比曲線(xiàn)可以看出，所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的阻抗帶寬(駐波比小于等于2)大約為6.8% (2. 490-2. 667GHz)，它覆蓋了天線(xiàn)的軸比帶寬。因此，所述小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的工作帶寬(駐波比小于等于2，軸比小于等于3dB)為3. 8% (2. 560-2. 660GHz)，與傳統(tǒng)的小尺寸圓極化天線(xiàn)相比，有明顯的改善。本發(fā)明提供的ー種小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)I.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，易于加工，可批量生產(chǎn)。2.工作帶寬有很大改迸。傳統(tǒng)的小尺寸圓極化貼片天線(xiàn)，由于只存在一個(gè)圓極化諧振點(diǎn)，工作帶寬很窄(一般小于1% )，而本發(fā)明提供的小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)能在兩相鄰頻點(diǎn)激勵(lì)出兩個(gè)圓極化諧振點(diǎn)，能大幅度的改善天線(xiàn)的軸比帶寬，其工作帶寬大約是傳統(tǒng)圓極化貼片天線(xiàn)的2-3倍。3.在結(jié)構(gòu)上，對(duì)介質(zhì)板以及制作エ藝水平的適用性較強(qiáng)。由于材料偏差和制作エ藝偏差會(huì)對(duì)天線(xiàn)的性能，特別會(huì)對(duì)工作頻點(diǎn)產(chǎn)生較大影響。傳統(tǒng)的小尺寸圓極化天線(xiàn)由于工作帶寬窄，對(duì)這些因素所造成的誤差適用性較差，對(duì)エ藝的要求較高，而本發(fā)明所提出的小尺寸寬帶圓極化貼片天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，其工作帶寬大約是傳統(tǒng)圓極化貼片天線(xiàn)的2-3倍，所以其對(duì)介質(zhì)板材料偏差和制作エ藝偏差的適應(yīng)性較強(qiáng)，即對(duì)エ藝的要求較差，可有效降低成本。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，包括金屬微帶貼片(I)、金屬接地板(3)和位于所述金屬微帶貼片⑴和金屬接地板⑶之間的介質(zhì)板，其特征在于，所述金屬微帶貼片⑴包括第一金屬微帶貼片(101)以及與其基本鏡像的第二金屬微帶貼片(102)，其中第一金屬微帶貼片(101)為諧振頻率為fl的四分之一波長(zhǎng)接地短路貼片，第二金屬微帶貼片(102)為諧振頻率為f2的四分之一波長(zhǎng)貼片，其中頻率fl與f2鄰近，且fl < f2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述天線(xiàn)設(shè)有貫通所述第一金屬微帶貼片(101)、所述介質(zhì)板以及金屬接地板(3)的金屬化孔(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述介質(zhì)板采用高介電常數(shù)的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，在所述金屬微帶貼片(I)的四個(gè)角的對(duì)角線(xiàn)方向上分別設(shè)置第一槽(191)、第二槽(192)、第三槽(193)以及第四槽(194)； 其中，所述第一槽(191)、第二槽(192)位于所述第一金屬微帶貼片(101)上，所述第一槽(191)、第二槽(192)延伸線(xiàn)的夾角為90度； 其中，所述第三槽(193)、第四槽(194)位于所述第二金屬微帶貼片(102)上，所述第三槽(193)、第四槽(194)延伸線(xiàn)的夾角為90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第一槽(191)、第二槽(192)、第三槽(193)和第四槽(194)沿所述金屬微帶貼片(I)的對(duì)角方向的槽長(zhǎng)均相坐寸ο
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第一金屬微帶貼片(101)位于所述第一槽(191)的位置處延伸有第一短截線(xiàn)；所述第一金屬微帶貼片(101)位于所述第二槽(192)的位置處延伸有第二短截線(xiàn)；所述第二金屬微帶貼片(102)位于所述第三槽(193)的位置處延伸有第三短截線(xiàn)；所述第二金屬微帶貼片(102)位于所述第四槽(194)的位置處延伸有第四短截線(xiàn)；所述第一短截線(xiàn)、第二短截線(xiàn)、第三短截線(xiàn)和第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度各不相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第一短截線(xiàn)的長(zhǎng)度大于所述第二短截線(xiàn)的長(zhǎng)度，所述第三短截線(xiàn)的長(zhǎng)度大于所述第四短截線(xiàn)的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第一短截線(xiàn)包括于所述第一槽(191)的位置處分別向所述第一金屬微帶貼片(101)的兩邊延伸的第一金屬尾狀物(11)和第二金屬尾狀物(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第二短截線(xiàn)包括于所述第二槽(192)的位置處分別向所述第一金屬微帶貼片(101)的兩邊延伸的第三金屬尾狀物(13)和第四金屬尾狀物(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第三短截線(xiàn)包括于所述第三槽(193)的位置處分別向所述第二金屬微帶貼片(102)兩邊延伸的第五金屬尾狀物(15)和第六金屬尾狀物(16)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第四短截線(xiàn)包括于所述第四槽(194)的位置處分別向所述第二金屬微帶貼片(102)兩邊延伸的第七金屬尾狀物(17)和第八金屬尾狀物(18)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任意一項(xiàng)所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述金屬微帶貼片(I)為正方形，其邊長(zhǎng)為L(zhǎng)為頻率為(fl+f2)/2的二分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長(zhǎng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-11任意一項(xiàng)所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述金屬 微帶貼片(I)為正方形，其邊長(zhǎng)L為頻率為(fl+f2)/2的二分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長(zhǎng)，所述第一金屬尾狀物的長(zhǎng)度LI和第二金屬尾狀物的長(zhǎng)度L2相等都約為O. 4 O. 8L ;所述第三金屬尾狀物(13)的長(zhǎng)度L3和所述第四金屬尾狀物(14)的長(zhǎng)度L4均約小于O. 3L;第五金屬尾狀物(15)的長(zhǎng)度L5和所述第六金屬尾狀物(16)的長(zhǎng)度L6均約小于O. 3L;第七金屬尾狀物(17)的長(zhǎng)度L7 = O. 4 O. 7L，以及所述第八金屬尾狀物(18)的長(zhǎng)度L8 = O. 15 O.5L;其中所述第一槽(191)、第二槽(192)、第三槽(193)和第四槽(194)的槽長(zhǎng)均約為O.2 O. 5L0
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述金屬微帶貼片(I)通過(guò)第五槽(103)將所述金屬微帶貼片(I)分為對(duì)稱(chēng)設(shè)置的第一金屬微帶貼片(101)和第二金屬微帶貼片(102);所述金屬接地板(3)設(shè)有位置對(duì)應(yīng)于所述第五槽(103)的第六槽(31)，其中第六槽(31)的槽長(zhǎng)的取值使得所述天線(xiàn)在滿(mǎn)足軸比值條件的同時(shí)獲得最大的工作帶寬。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述金屬微帶貼片(I)為正方形，其邊長(zhǎng)L為頻率為(fl+f2)/2的二分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長(zhǎng)L，所述金屬接地板(3)為的邊長(zhǎng)為G，所述第六槽(31)的槽長(zhǎng)為L(zhǎng)12，其中，G > L，L12 = O. 8 I. 2L。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述第一金屬微帶貼片(101)上設(shè)有同軸饋點(diǎn)(41)，所述金屬接地板(3)上在與同軸饋電點(diǎn)(41)相應(yīng)的位置處設(shè)有同軸接線(xiàn)口(42)。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，其特征在于，所述金屬化孔(2)位于所述第一金屬微帶貼片(101)上的孔口為第一金屬化孔口(21)，所述金屬化孔(2)位于所述金屬接地板(3)上的孔口為第二金屬化孔口(22)，所述第一金屬化孔口(21)與所述第一槽(191)、第二槽(192)的延長(zhǎng)線(xiàn)相交。
全文摘要
本發(fā)明涉一種寬帶圓極化貼片天線(xiàn)，包括金屬微帶貼片(1)、金屬接地板(3)和位于所述金屬微帶貼片(1)和金屬接地板(3)之間的介質(zhì)板，其特征在于，所述金屬微帶貼片(1)包括第一金屬微帶貼片(101)以及與其基本鏡像的第二金屬微帶貼片(102)，其中第一金屬微帶貼片(101)為諧振頻率為f1的四分之一波長(zhǎng)接地短路貼片，第二金屬微帶貼片(102)為諧振頻率為f2的四分之一波長(zhǎng)貼片，其中頻率f1與f2鄰近，且f1＜f2。本發(fā)明的天線(xiàn)能夠大幅增加工作帶寬，改善了天線(xiàn)的性能，并降低了在實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)試難度。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102820534SQ20111015980
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者唐錫輝, 薛泉, 黃衡 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)深圳研究院