本申請(qǐng)涉及天線領(lǐng)域，具體地，涉及空氣貼片微帶天線形式的圓極化天線及雙極化天線。

背景技術(shù)：

由于圓極化(CP)天線或雙極化天線能夠接收任意方向的線性極化的EM波，圓極化天線在許多應(yīng)用中廣泛應(yīng)用，諸如RFID(射頻識(shí)別)讀取器、GPS(全球定位系統(tǒng))，和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。由于雙極化天線能夠獨(dú)立接收發(fā)射兩路垂直極化的電磁波，從而可以同時(shí)收發(fā)兩路不同的信號(hào)，被廣泛應(yīng)用在無線通信的基站天線中。

因?yàn)橘N片天線(或稱微帶天線)具有剖面低、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，貼片天線是最普遍使用的天線的一種。通過在一片接地電介質(zhì)基底上印刷金屬貼片就能夠容易地實(shí)現(xiàn)CP或雙極化貼片天線。為了減少電介質(zhì)損耗、提高輻射效率和削減制造成本，經(jīng)常通過用電介質(zhì)柱支承頂部金屬貼片來使用空氣填充的CP或雙極化貼片天線。這種電介質(zhì)支承件必然導(dǎo)致額外的損耗、成本以及用于批量生產(chǎn)的安裝中的不便。另一種廣泛使用的CP天線是帶有金屬腔的槽天線，能夠在金屬腔之間通過設(shè)置各種槽來構(gòu)造CP天線。一般情況下，制造金屬腔通常很昂貴，并且金屬腔非常笨重。CP介質(zhì)諧振器天線(DRA)也是一種眾所周知的CP天線。通過電介質(zhì)的高介電常數(shù)，能夠大大減小天線的體積。然而，低損耗介質(zhì)的價(jià)格通常非常昂貴。對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用，希望具有一種剖面低、成本低、重量輕且便于制造的CP或雙極化貼片天線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，一種片式天線包括接地平面、布置成平 行于接地平面的貼片、從貼片的4個(gè)有固有特征的位置垂直延伸的4條金屬腿以及配置成為天線提供信號(hào)接口的饋電結(jié)構(gòu)。其中，4條金屬腿的遠(yuǎn)端均機(jī)械連接至且電連接至接地平面。

根據(jù)實(shí)施方式，貼片可以是矩形形狀，并且饋電結(jié)構(gòu)被布置成在沿貼片的對(duì)角線并接近其中一條金屬腿的位置。饋電結(jié)構(gòu)可為一探針。貼片可以由一整片金屬構(gòu)成。

根據(jù)實(shí)施方式，為減小貼片面積，貼片上可切割有十字形槽，其中，槽的交點(diǎn)位于貼片的中心，并且槽的兩條交叉線分別平行于貼片的兩個(gè)相鄰側(cè)。饋電結(jié)構(gòu)被布置成在沿貼片的對(duì)角線并接近其中一條金屬腿的位置。饋電結(jié)構(gòu)可為一探針。貼片可以由一整片金屬構(gòu)成。

根據(jù)實(shí)施方式，貼片天線的饋電結(jié)構(gòu)可包括位于接地平面上的功率分配器、連接至功率分配器且從功率分配器延伸的兩個(gè)傳輸線路以及兩個(gè)n形探針，其中每個(gè)n形探針中的一端連接至一路傳輸線的一端，另一端焊接至一個(gè)不接地的焊盤上。兩個(gè)傳輸線路間具有90度的相位差。

根據(jù)實(shí)施方式，貼片可以是矩形環(huán)的形狀。兩個(gè)等腰三角形角部分別插入在貼片的對(duì)角線上，以使得形成貼片的兩個(gè)斜切角部。饋電點(diǎn)可設(shè)置在沿對(duì)角線上并在其中一個(gè)斜切角部中或接近其中一個(gè)斜切角部的位置。該矩形環(huán)可以是連續(xù)的。

根據(jù)實(shí)施方式，該矩形環(huán)可由4個(gè)L形條帶形成，4個(gè)L形條帶中的每?jī)蓚€(gè)部分重疊并通過之間的電容耦合。等腰三角形角部可插入在貼片的對(duì)角線上，以使得在L形條帶之一中形成斜切角部。饋電結(jié)構(gòu)可設(shè)置成沿對(duì)角線在斜切角部中或接近斜切角部的位置處。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的第一實(shí)施方式的一款CP天線。

圖2(a)和圖2(b)示出了用于圖1的天線的右旋圓極化(RHCP)和左旋圓極化(LHCP)的饋電設(shè)置。

圖3示出了根據(jù)本申請(qǐng)的第二實(shí)施方式的一款CP天線。

圖4(a)和4(b)圖示出了用于圖3的天線的右旋圓極化(RHCP)和左 旋圓極化(LHCP)的饋電設(shè)置。

圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)示出了根據(jù)本申請(qǐng)的第三實(shí)施方式的一款CP天線。

圖6示出了根據(jù)本申請(qǐng)的第四實(shí)施方式的一款CP天線。

圖7(a)和圖7(b)示出了用于圖6的天線的右旋圓極化(RHCP)和左旋圓極化(LHCP)的饋電設(shè)置。

圖8示出了根據(jù)本申請(qǐng)的第五實(shí)施方式的一款CP天線。

圖9(a)和圖9(b)示出了用于圖8的天線的右旋圓極化(RHCP)和左旋圓極化(LHCP)的饋電設(shè)置。

圖10示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的TAP CP天線的電磁場(chǎng)(EM)模擬和測(cè)量得到的反射系數(shù)。反射系數(shù)越大回波損耗越大，反射系數(shù)為0dB時(shí)，100％能量經(jīng)回波損耗掉。

圖11示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的TAP CP天線在不同頻率下的模擬和測(cè)量的峰值增益及軸比。

圖12示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的TAP CP天線在2.45GHz測(cè)量的不同仰角下的軸比。

圖13(a)、圖13(b)和圖13(c)是根據(jù)第一實(shí)施方式的RHCP TAP CP天線在2.45GHz測(cè)量的輻射方向圖。

圖14示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的十字形槽CP-TAP天線的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。

圖15示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的十字形槽CP-TAP天線在不同頻率下的模擬和測(cè)量的峰值增益及軸比。

圖16示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的在2.45GHz測(cè)量的不同仰角下的軸比。

圖17(a)、圖17(b)和圖17(c)示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的十字形槽TAP LHCP天線在2.45GHz測(cè)量的輻射方向圖。

圖18示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的寬帶TAP天線的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。

圖19示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的寬帶TAP天線在不同頻率下的模擬和測(cè)量的峰值增益及軸比。

圖20(a)示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的寬帶TAP天線在不同的頻率的模擬輻射方向圖，并且圖20(b)示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的寬帶TAP天線在不同頻率的測(cè)量輻射方向圖。

圖21(a)示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的寬帶TAP天線在不同頻率的模擬軸比；圖21(b)示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的寬帶TAP天線在不同頻率測(cè)量的軸比。

圖22示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的矩形環(huán)狀CP天線的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。

圖23示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的矩形環(huán)狀CP天線的模擬和測(cè)量的增益和軸比。

圖24示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的在2.45GHz測(cè)量的在不同仰角下的軸比。

圖25(a)、圖25(b)和圖25(c)示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的RHCP‘拳擊臺(tái)’式CP天線在2.45GHz測(cè)量的輻射方向圖。

圖26(a)和圖26(b)分別示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的天線1和天線2的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。

圖27(a)和圖27(b)分別示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的天線1和天線2的模擬和測(cè)量的增益和軸比。

圖28(a)和圖28(b)分別示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的天線1和天線2在2.45GHz測(cè)量的在不同仰角下的軸比。

圖29(a)和圖29(b)分別示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的電容加載矩形環(huán)狀CP天線1和天線2在2.45GHz測(cè)量的輻射方向圖。

圖30(a)示出了天線1在2.45GHz模擬的RHCP和LHCP輻射方向圖，圖30(b)示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的天線1在2.45GHz測(cè)量的RHCP和LHCP輻射方向圖。

圖31(a)示出了天線2在2.45GHz模擬的RHCP和LHCP輻射方向圖，圖31(b)示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的天線2在2.45GHz測(cè)量的RHCP和LHCP輻射方向圖。

圖32(a)示出了根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施方式的雙極化天線。

圖32(b)示出了圖32(a)所示的雙極化天線的饋電設(shè)置。

圖33(a)示出了根據(jù)本申請(qǐng)另一個(gè)實(shí)施方式的雙極化天線。

圖33(b)示出了圖33(a)所示的雙極化天線的饋電設(shè)置。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本申請(qǐng)，提出了包括具有4條金屬腿的有一定形狀的金屬貼片的圓極化天線。具體地，該天線包括接地平面、矩形貼片、4條腿、以及饋電結(jié)構(gòu)，其中，矩形貼片設(shè)置成平行于接地平面，4條腿從貼片的4個(gè)角部垂直延伸，其中，一條腿的遠(yuǎn)端中的每個(gè)都固定至接地平面，饋電結(jié)構(gòu)為貼片提供饋電接口。

本申請(qǐng)基于以下原理提出。對(duì)于給定的封裝條件，電磁場(chǎng)在離散的頻率諧振。每個(gè)頻率下的電磁場(chǎng)的固有分布稱為一個(gè)模式。貼片天線提供的封裝條件在不同的貼片配置下可產(chǎn)生不同的模式。對(duì)于給定的貼片配置，貼片下方的電壓分布是唯一的，并且與垂直極化的電場(chǎng)的強(qiáng)度分布成比例。本公開中提供的貼片天線配置支持在相同或者相近頻率下工作的兩個(gè)正交簡(jiǎn)并模，其電壓分布在貼片的邊緣處表現(xiàn)出四個(gè)零值。在本申請(qǐng)中，提出在這四個(gè)電壓零值點(diǎn)處放置四個(gè)短接腿。兩個(gè)正交簡(jiǎn)并模用來構(gòu)造圓極化天線或雙極化天線。

下面提供了一些實(shí)施方式。

實(shí)施方式1

圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的天線結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式。如圖所示，該CP天線包括接地平面101、設(shè)置成平行于接地平面101的貼片102、從貼片垂直延伸(例如，從貼片的4個(gè)角部)的4條腿103以及配置成為貼片提供饋電的饋電結(jié)構(gòu)，其中，4條腿103的遠(yuǎn)端都固定在接地平面101。饋電結(jié)構(gòu)設(shè)置在沿貼片的對(duì)角線并接近一條腿的位置104處。饋電結(jié)構(gòu)例如可為探針結(jié)構(gòu)105。如圖1所示，該貼片天線由一整片金屬片構(gòu)成。

如圖所示，該CP天線為‘桌形’空氣貼片(TAP)天線，其具有4條固有金屬腿。4條腿設(shè)置在電壓為零的位置處。4條金屬腿自然地將矩形貼片支撐在空氣中。矩形貼片的長(zhǎng)度和寬度分別為L(zhǎng)p和Wp。4條金屬腿位于貼片的4個(gè)角處、形成4個(gè)高度為Hp和薄寬度為Ws 的短針。4條腿在空氣中為矩形的‘桌’提供可靠的機(jī)械支撐。雖然假定了具有尺寸L×L的有限大地平面，但是，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，L的實(shí)際尺寸并不關(guān)鍵。TAP CP天線能夠由定位在沿貼片的對(duì)角線并距離一條腿的距離為L(zhǎng)f處的同軸探針來饋電。對(duì)于寬帶TAP CP天線，貼片的高度Hp相對(duì)較大。下文中將對(duì)寬帶TAP CP天線進(jìn)行討論。

為了研究TAP CP天線中的電磁場(chǎng)諧振模式，使用三維EM模擬仿真軟件來計(jì)算該天線內(nèi)部的電場(chǎng)分布。時(shí)諧場(chǎng)模擬能夠提供在不同相位狀態(tài)下的總場(chǎng)。從分別在0°和90°的相位狀態(tài)獲得的貼片下的總電場(chǎng)能夠觀察到，在該半開放貼片諧振器中有兩個(gè)正交的TM₁₁₀諧振模式。這兩個(gè)模式的相位相差90°，為CP天線提供了所需的相位條件。

圖2(a)和圖2(b)分別示出了用于通過同軸探針饋電的右旋圓極化(RHCP)TAP CP天線和左旋圓極化(LHCP)TAP CP天線的饋電布置。能夠看出，LHCP TAP CP天線是RHCP TAP CP天線的鏡像。在圖2(a)和圖2(b)中，Lp值應(yīng)大于Wp值。圖2(a)和圖2(b)中的箭頭分別示出了RHCP TAP CP天線和LHCP TAP CP天線中的饋電位置。

天線的尺寸可基于通過電磁場(chǎng)(EM)分析軟件的模擬來設(shè)計(jì)?？筛鶕?jù)諸如反射系數(shù)、峰值增益和軸比的一個(gè)或多個(gè)所需的參數(shù)來調(diào)節(jié)天線的尺寸。在天線的尺寸中，天線的橫向尺寸被選擇成確定天線的工作頻率并在該頻率天線的增益和軸比率達(dá)到最優(yōu)。另外，饋電位置被選擇成使得實(shí)現(xiàn)低反射系數(shù)從而實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配。

例如，具有表1中列出的物理尺寸的TAP CP天線表現(xiàn)出良好的性能。

表I

圖10示出了根據(jù)具有以上參數(shù)的實(shí)施方式的TAP CP天線的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。能夠看出的是，天線在從2.38GHz至2.55GHz的帶寬下均得到小于-10dB的反射系數(shù)。圖11示出了TAP CP天線在不同頻率下模擬和測(cè)量的峰值增益以及軸比。在可工作帶寬內(nèi)，模擬的峰值增益約為11.3dBi，而測(cè)量的增益約為11.1dBi。在2.43GHz 至2.47GHz的范圍，具有低于3dB的軸比帶寬，其落在匹配的阻抗頻率范圍中。圖12示出了TAP CP天線在2.45GHz測(cè)量的不同仰角下的軸比。圖13(a)、圖13(b)和圖13(c)示出了RHCP TAP CP天線在2.45GHz的輻射方向圖，其中，圖13(a)示出了總增益，圖13(b)示出了TAP RHCP和LHCP天線的模擬結(jié)果，而圖13(c)示出了TAP RHCP和LHCP天線的測(cè)量結(jié)果。如圖所示，模擬和測(cè)量還證明了所提出的CP-TAP天線具有圓極化天線應(yīng)用的良好輻射性能。

實(shí)施方式2

圖3示出了根據(jù)本申請(qǐng)的天線結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施方式。與圖1的CP天線相比，圖3所示的實(shí)施方式2中的接地平面201、貼片202和腿203與圖1所示的實(shí)施方式1中的接地平面101、貼片102和腿103類似，區(qū)別之處在于，根據(jù)如圖3所示的實(shí)施方式還包括位于貼片202的中心處的十字形槽204。如圖3所示，構(gòu)成十字形槽的兩個(gè)條狀槽平行于貼片的兩個(gè)相鄰側(cè)。如圖所示，從饋電結(jié)構(gòu)至貼片兩側(cè)的距離分別小于從兩個(gè)條狀槽至貼片的相應(yīng)側(cè)的距離。如圖所示，連接于電纜206的饋電探針205設(shè)置在貼片的對(duì)角線上，到一條腿203的距離為L(zhǎng)f。

與在實(shí)施方式1中所提出的TAP CP天線相比，在實(shí)施方式2中所提出的具有十字形槽的TAP CP天線是尺寸減小版的TAP CP天線。具有十字形槽的TAP CP天線的尺寸和輻射性堪比傳統(tǒng)的CP空氣貼片天線。與TAP CP天線類似，十字形槽TAP CP天線包括切槽矩形貼片，該切槽矩形貼片利用在其4個(gè)角處的4條金屬腿安裝在長(zhǎng)寬為L(zhǎng)×L的導(dǎo)電地平面上，其中，該矩形貼片的長(zhǎng)度和寬度分別為L(zhǎng)p和Wp。在貼片上切割有十字形槽，該十字形槽的水平長(zhǎng)度和豎直長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)sh和Lsv。十字形槽寬度為Ws，寬度Ws對(duì)于天線的輻射性能不是非常關(guān)鍵。具有高度H和薄寬度Wl的4條金屬腿為貼片提供穩(wěn)定的機(jī)械支承。具有十字形槽的TAP CP天線能夠通過同軸探針進(jìn)行饋電，該同軸探針定位在沿貼片的對(duì)角線距離一條腿Lf距離處。

圖4(a)和圖4(b)示出了分別用于LHCP天線和RHCP天線的饋電點(diǎn)布置，其中，Lp的值應(yīng)大于Wp的值。實(shí)際上，LHCP天線與RHCP 天線之間的差異在于饋電探針位于沿頂部貼片的不同的對(duì)角線的相應(yīng)位置上。圖4(a)和圖4(b)中的箭頭分別示出了RHCP十字形槽TAP CP天線和LHCP十字形槽TAP CP天線中的饋電位置。

例如，具有表2中列出的物理尺寸的十字形槽TAP CP天線表現(xiàn)出良好的性能。

表2

應(yīng)理解的是，天線的尺寸可基于通過EM軟件的模擬來進(jìn)行設(shè)計(jì)。天線的尺寸可進(jìn)行調(diào)整，從而獲得諸如反射系數(shù)、峰值增益和軸比最優(yōu)的一個(gè)或多個(gè)所需的參數(shù)。

圖14示出了根據(jù)具有以上參數(shù)的實(shí)施方式的十字形槽CP-TAP天線的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。

圖15示出了十字形槽CP-TAP天線在不同頻率下模擬和測(cè)量的峰值增益和軸比。

圖16示出了在2.45GHz測(cè)量的不同仰角下的軸比。

圖17(a)、圖17(b)和圖17(c)示出了十字形槽TAP LHCP天線在2.45GHz測(cè)量的輻射方向圖，其中，圖17(a)示出了總增益，圖17(b)示出了該實(shí)施的RHCP和LHCP天線的模擬結(jié)果，而圖17(c)示出了該實(shí)施的RHCP和LHCP天線的測(cè)量結(jié)果。

實(shí)施方式3

圖5(a)至圖5(c)示出了根據(jù)本申請(qǐng)的天線結(jié)構(gòu)的一種寬帶實(shí)施方式。與實(shí)施方式1中提出的CP天線相比，圖5所示的實(shí)施方式3中的接地平面301、貼片302和腿303與圖1所示的實(shí)施方式1中的接地平面101、貼片102和腿103類似，區(qū)別之處在于，在實(shí)施方式3中提出的天線中使用了不同的饋電結(jié)構(gòu)，即，包括兩個(gè)探針304和305。具體地，圖5(a)示出了寬帶TAP CP天線的配置；圖5(b)示出了該天線的饋電結(jié)構(gòu)(或饋電網(wǎng)絡(luò))；圖5(c)示出了一種n形饋電探針。

如圖5(b)所示，該饋電結(jié)構(gòu)包括功率分配器(例如，Wilkinson功率分配器)、兩個(gè)傳輸線路和兩個(gè)n型探針304和305，其中，功率分 配器用地面上的微帶電路實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)傳輸線路連接至功率分配器，每個(gè)n形探針中的一端連接至一路傳輸線的一端，另一端焊接至一個(gè)不接地的焊盤上。兩個(gè)n形探針中的每個(gè)的高度都小于貼片與接地基板之間的距離。兩個(gè)傳輸線具有90度的相位差。

如圖所示，接地基板具有尺寸L。實(shí)際上，天線的性能對(duì)于接地面的尺寸并不是很敏感。上部結(jié)構(gòu)是典型TAP天線，其長(zhǎng)度和寬度分別為L(zhǎng)p和Wp。頂部貼片由具有長(zhǎng)度Hp和寬度Ws的4條接地金屬腿支撐。與TAP CP天線相比，這種TAP CP天線的工作頻率帶寬要寬得多。圓極化的類型(RHCP或LHCP)由兩個(gè)傳輸線之間的相位差來確定。如果圖5(b)中的傳輸線TL1的電長(zhǎng)度比TL2大90度，那么該極化應(yīng)為RHCP。n型探針是近似開路的四分之一波長(zhǎng)諧振器。該探針的總長(zhǎng)度(2hpd+lpd的)大約等于操作帶的中心頻率的四分之一波長(zhǎng)。n形探針的開放端安裝在焊盤上，焊盤提供穩(wěn)定機(jī)構(gòu)以支承饋電探針。該饋電探針以“n”形形狀進(jìn)行折疊并安裝在接地面上。因而，該饋電探針排除了將同軸探針焊接至貼片，將限制天線帶寬的、由同軸探針的電感引起的頻率色散降至最小，并且提高了探針自身的機(jī)械強(qiáng)度。

天線的尺寸可通過EM軟件的模擬來設(shè)計(jì)?？烧{(diào)節(jié)天線的具體尺寸，從而獲得使諸如反射系數(shù)、峰值增益和軸比最優(yōu)的一個(gè)或多個(gè)所需的參數(shù)。

例如，具有表3中列出的物理尺寸的寬帶TAP CP天線表現(xiàn)出良好的性能。

表3

圖18示出了根據(jù)具有以上參數(shù)的實(shí)施方式的寬帶TAP天線的模擬的和測(cè)量的反射系數(shù)。圖19示出了寬帶TAP天線在不同頻率的模擬和測(cè)量的峰值增益和軸比。圖20(a)示出了寬帶TAP天線在不同頻率的模擬輻射方向圖；而圖20(b)示出了寬帶TAP天線在不同頻率的測(cè)量的輻射方向圖。圖21(a)示出了寬帶TAP天線在不同頻率的模擬 軸比；圖21(b)示出了寬帶TAP天線在不同頻率的測(cè)量軸比。

實(shí)施方式4

圖6示出了根據(jù)本申請(qǐng)的天線結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施方式。與實(shí)施方式1的CP天線相比，圖6所示的實(shí)施方式4中的接地平面401和腿403與圖1所示的實(shí)施方式1中的接地平面101和腿103類似，區(qū)別之處在于，如圖6所示，根據(jù)實(shí)施方式4的CP天線具有形狀為矩形環(huán)或“拳擊臺(tái)”形狀的貼片402。在根據(jù)該實(shí)施方式的天線中，兩個(gè)等腰三角形角部分別被插入貼片的對(duì)角線上，從而形成貼片的兩個(gè)斜切角部。饋電結(jié)構(gòu)(例如，連接于電纜406的探針405)設(shè)置在沿貼片對(duì)角線上并在兩個(gè)斜切角部中的一個(gè)中或接近兩個(gè)斜切角部中的一個(gè)的位置404處。矩形環(huán)CP天線具有重量輕和占用空間小的優(yōu)點(diǎn)。

矩形環(huán)天線由金屬制成。與實(shí)施方式1中提出的TAP CP天線相比，實(shí)施方式1的頂部矩形貼片由金屬矩形環(huán)替代，其長(zhǎng)度和寬度分別為L(zhǎng)p和Wp，并且該環(huán)的寬度為W。位于角部上的4條金屬腿是天線的固有部分，并且能夠用于在空氣中支承該環(huán)。短針的長(zhǎng)度和寬度分別為H、Ws。天線的饋電位置沿該矩形環(huán)的對(duì)角線，并且距一個(gè)金屬腿的距離為L(zhǎng)f。兩個(gè)等腰三角形金屬角部能夠被插入至對(duì)角線上的斜切角部，用于阻抗匹配和軸比(AR)的調(diào)諧。

圖7(a)和圖7(b)分別示出了矩形環(huán)天線的LHCP天線和RHCP天線的饋電布置。LHCP天線與RHCP天線之間的差異在于饋電探針位于沿矩形環(huán)的不同的對(duì)角線的相應(yīng)位置上，其中，Lp應(yīng)大于Wp。圖7(a)和圖7(b)中的箭頭分別示出了RHCP“拳擊臺(tái)”形狀的TAP CP天線和LHCP“拳擊臺(tái)”形狀的TAP CP天線中的饋電位置。

天線的尺寸可基于通過EM軟件的模擬來設(shè)計(jì)?？烧{(diào)節(jié)天線的具體尺寸，從而獲得諸如反射系數(shù)、峰值增益和軸比最優(yōu)的一個(gè)或多個(gè)所需的參數(shù)。

例如，具有表4中列出的物理尺寸的拳擊臺(tái)TAP CP天線表現(xiàn)出良好的性能。

表4

圖22示出了根據(jù)具有以上參數(shù)的實(shí)施方式的矩形環(huán)CP天線的模擬的和測(cè)量的反射系數(shù)。圖23示出了‘拳擊臺(tái)’CP天線在不同頻率下模擬和測(cè)量的峰值增益和軸比。圖24示出了在2.45GHz測(cè)量的不同仰角下的軸比。圖25(a)、圖25(b)和圖25(c)示出了RHCP矩形環(huán)CP天線在2.45GHz的輻射方向圖，其中，圖25(a)示出了總增益，圖25(b)示出了基于該實(shí)施方式的RHCP和LHCP天線的模擬結(jié)果，而圖25(c)示出了基于該實(shí)施方式的RHCP和LHCP天線的測(cè)量結(jié)果。

實(shí)施方式5

圖8示出了根據(jù)本申請(qǐng)的天線結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施方式。與具有連續(xù)矩形環(huán)的實(shí)施方式4的CP天線相比，實(shí)施方式5中提出的天線具有由4個(gè)L形條502形成的矩形環(huán)，這4個(gè)L形條中的每?jī)蓚€(gè)之間電容耦合并且部分重疊，從而形成該環(huán)的一側(cè)。等腰三角形角部被插入在貼片的對(duì)角線上，以使得在L形條中的一個(gè)中形成斜切角部。饋電結(jié)構(gòu)被設(shè)置成沿對(duì)角線在斜切角部中或接近斜切角部的位置處為貼片饋電。圖8所示的實(shí)施方式5中的接地平面501、腿503、饋電位置504、饋電結(jié)構(gòu)505和線纜506與圖6所示的實(shí)施方式4中的的接地平面401、腿403、饋電位置404、饋電結(jié)構(gòu)405和線纜406類似。

所提出的天線包括矩形環(huán)以及在該矩形環(huán)的角部中的4條金屬腿。每個(gè)邊緣均由兩個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)1和L2的電容性聯(lián)接的帶組成。該帶的寬度為W。兩個(gè)條的重疊部分分別為L(zhǎng)o1和Lo2。重疊條帶的間隙尺寸為s。所提出的天線的工作頻率由尺寸L1、L2、Lo1和Lo2控制。具有高度H和薄寬度ws的4條接地腿可靠地支撐分段的環(huán)結(jié)構(gòu)。饋電點(diǎn)在沿該矩形環(huán)的對(duì)角線上，并且與其中一條腿的距離為L(zhǎng)f。通過電容加載的環(huán)結(jié)構(gòu)，所提出的天線的輻射增益可通過改變?cè)摥h(huán)的尺寸來修改，而工作頻率變化不大。

圖9(a)和圖9(b)示出了LHCP和RHCP電容加載的矩形環(huán)CP天線。LHCP和RHCP天線之間的差異在于相應(yīng)的饋電點(diǎn)位于矩形環(huán)的不同的對(duì)角線上。圖9(a)和圖9(b)中的箭頭分別示出了根據(jù)實(shí)施方式5的RHCP“拳擊臺(tái)”形狀的TAP CP天線和LHCP“拳擊臺(tái)”形狀的TAP CP天線中的饋電位置。

天線的尺寸可基于通過EM軟件的模擬來設(shè)計(jì)?？烧{(diào)節(jié)天線的具體尺寸，從而獲得諸如反射系數(shù)、峰值增益和軸比最優(yōu)的一個(gè)或多個(gè)所需的參數(shù)。

例如，具有表5中列出的物理尺寸的兩個(gè)拳擊臺(tái)TAP CP天線(即Ant_1和Ant_2)表現(xiàn)出良好的性能。

表5

圖26(a)和圖26(b)分別示出了天線1和天線2的模擬和測(cè)量的反射系數(shù)。圖27(a)和圖27(b)分別示出了天線1和天線2的模擬和測(cè)量的增益和軸比。圖28(a)和圖28(b)分別示出了天線1和天線2在2.45GHz測(cè)量的不同仰角下的軸比。圖29(a)和圖29(b)分別示出了電容性加載的矩形環(huán)CP天線1和天線2在2.45GHz的輻射方向圖。圖30(a)示出了天線1在2.45GHz的模擬的RHCP和LHCP天線的輻射方向圖，并且圖30(b)示出了天線1在2.45GHz的測(cè)量的RHCP和LHCP天線的輻射方向圖。圖31(a)示出了天線2在2.45GHz模擬的RHCP天線和LHCP天線的輻射方向圖，并且圖31(b)示出了天線2在2.45GHz測(cè)量的RHCP天線和LHCP天線的輻射方向圖。

實(shí)施方式6

根據(jù)本申請(qǐng)的天線結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)一種雙極化天線。將實(shí)施方式3中的兩個(gè)n型探針的端口分別連接至兩個(gè)不同信號(hào)的收發(fā)機(jī)，可以通過該天線獨(dú)立發(fā)射和接收兩組不同極化的信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)連接至兩個(gè)不同收發(fā)機(jī)的雙極化天線。圖32(a)示出了根據(jù)實(shí)施方式6的雙極化天線的示例性結(jié)構(gòu)。圖32(b)示出了實(shí)施方式6的雙極化天線的饋電結(jié)構(gòu)。如圖所示，與實(shí)施方式3相比，實(shí)施方式6 的雙極化天線使用的饋電網(wǎng)絡(luò)包括兩組饋電結(jié)構(gòu)。具體地，探針604和605構(gòu)成第一組饋電結(jié)構(gòu)，探針606和607構(gòu)成第二組饋電結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式6中的接地平面601、貼片602和腿603與實(shí)施方式3中的接地平面301、貼片302和腿303類似。

如圖所示，本實(shí)施方式中的饋電結(jié)構(gòu)還包括位于接地平面的兩個(gè)巴倫(balun)，用于將輸入信號(hào)等量劃分為兩個(gè)幅度相等但相位相差180度的信號(hào)。該饋電結(jié)構(gòu)還包括連接于每個(gè)探針的傳輸線。每個(gè)傳輸線的一端連接于對(duì)應(yīng)的探針，另一端連接于巴倫的兩個(gè)端口中的一個(gè)。每個(gè)探針的一端連接于對(duì)應(yīng)的傳輸線，另一端垂直連接于接地平面上的焊盤。在此實(shí)施方式中，將實(shí)施方式3中的兩個(gè)n型探針的端口分別連接兩段等相位的傳輸線，再通過一個(gè)功率分配器合為一路信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)連接至同一收發(fā)機(jī)的雙極化天線。

實(shí)施方式7

圖33(a)示出了根據(jù)實(shí)施方式7的“拳擊臺(tái)形”雙極化天線的示例性結(jié)構(gòu)。圖33(b)示出了實(shí)施方式7的該雙極化天線的饋電結(jié)構(gòu)。如圖所示，與實(shí)施方式4相比，實(shí)施方式7的雙極化天線使用的饋電網(wǎng)絡(luò)包括兩組饋電結(jié)構(gòu)。具體地，探針704和705構(gòu)成第一組饋電結(jié)構(gòu)，探針706和707構(gòu)成第二組饋電結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式7中的接地平面701、貼片702和腿703與實(shí)施方式4中的接地平面401、貼片402和腿403類似。

如圖所示，本實(shí)施方式中的饋電結(jié)構(gòu)還包括位于接地平面的兩個(gè)巴倫(balun)，用于將輸入信號(hào)等量劃分為兩個(gè)幅度相等但相位相差180度的信號(hào)。該饋電結(jié)構(gòu)還包括連接于每個(gè)探針的傳輸線。每個(gè)傳輸線的一端連接于對(duì)應(yīng)的探針，另一端連接于巴倫的兩個(gè)端口中的一個(gè)。每個(gè)探針的一端連接于對(duì)應(yīng)的傳輸線，另一端垂直連接于接地平面上的焊盤。在此實(shí)施方式中，將實(shí)施方式4中的兩個(gè)n型探針的端口分別連接兩段等相位的傳輸線，再通過一個(gè)功率分配器合為一路信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)連接至同一收發(fā)機(jī)的雙極化天線。

雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解了一些基本的發(fā)明構(gòu)思后就可以進(jìn)行許多修改和變化。所 附權(quán)利要求旨在被理解為包括這些優(yōu)選的實(shí)施方式以及落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有變化和修改。

將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因?yàn)?，如果任何修改和變化落在本發(fā)明的精神和原則中，那么本發(fā)明旨在包括這些修改和變化。