本發(fā)明涉及無線移動通信領(lǐng)域的天線，特別涉及一種可應(yīng)用于移動通信的低剖面、寬帶、高增益、圓極化交叉偶極子天線。

背景技術(shù)：

近年來，交叉偶極子天線由于其良好的圓極化特性從而受到廣泛關(guān)注。為了滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的需要，各種寬帶交叉偶極子天線被相繼提出。增加帶寬的技術(shù)主要有兩種：一是利用各種寄生單元，二是采用較寬的平面偶極子。通過這些方法得到的天線帶寬較寬，但是它們的剖面都比較高。高剖面天線不適合共面，而且所受風阻也更大。為了降低天線的高度，人們采用人工磁導(dǎo)體（AMC）作為交叉偶極子天線的反射板。但是此時天線帶寬往往會被極大減小。

因此，研究如何在低剖面的條件下實現(xiàn)寬帶交叉偶極子天線具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可應(yīng)用于移動通信的低剖面、寬帶、高增益、圓極化交叉偶極子天線。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下。

一種低剖面、寬帶、高增益、圓極化交叉偶極子天線，其包括第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板、在第一介質(zhì)基板上下表面分別蝕刻的交叉偶極子、位于第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間的尼龍支撐柱、在第二介質(zhì)基板下表面蝕刻的反射板；兩個交叉偶極子均是由相位延遲線連接兩個相同的階梯狀矩形貼片構(gòu)成，分別位于第一介質(zhì)基板上下表面；階梯狀矩形貼片通過相位延遲線饋電產(chǎn)生90°相位差，從而產(chǎn)生雙頻圓極化輻射；第二介質(zhì)基板位于第一介質(zhì)基板下面并且和第一介質(zhì)基板之間有空氣間隙，且第二介質(zhì)基板能夠使階梯狀矩形貼片產(chǎn)生的雙頻軸比通帶連接起來形成更寬的軸比帶寬；反射板位于第二介質(zhì)基板下表面，能改善天線的高頻增益，從而使天線整個通帶內(nèi)的增益提高；天線直接采用同軸電纜饋電。

進一步地，相位延遲線是折線或弧線，其長度l滿足1/4l_g-1/16l_g<l<1/4l_g+1/10l_g，其中l(wèi)_g是天線中心頻率對應(yīng)微帶線中的波長。

進一步地，階梯狀矩形貼片是由兩個不同尺寸的矩形構(gòu)成。

進一步地，四個相同結(jié)構(gòu)的階梯狀矩形貼片是按照連續(xù)旋轉(zhuǎn)90°的方向排列。

進一步地，第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間是通過尼龍支撐柱連接起來的，中尼龍支撐柱尺寸（截面半徑/邊長）比兩端大，而中間部分的高度能根據(jù)第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間的間隔進行選取。

進一步地，位于第一介質(zhì)基板和反射板之間的第二介質(zhì)基板能由兩層或兩層以上的不同介電常數(shù)的介質(zhì)基板代替。

進一步地，天線的反射板是不規(guī)則的形狀。

進一步地，反射板的四個角是階梯形狀或漸變形狀（如圓弧）。

進一步地，天線的反射板是通過在矩形反射板的四個角上去掉相同階梯圖案而得到的形狀。

進一步地，位于第一介質(zhì)基板上表面的階梯狀矩形貼片與同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體相連，而位于第一介質(zhì)基板下表面的階梯狀矩形貼片以及反射板則與同軸電纜的外導(dǎo)體相連。

本發(fā)明的一種低剖面、寬帶、高增益、圓極化交叉偶極子天線，所述的交叉偶極子輻射體由位于上層介質(zhì)基板上下兩個表面的階梯狀矩形貼片和相位延遲線組成，其中相位延遲線提供90°相位差從而產(chǎn)生圓極化輻射，階梯狀矩形貼片能夠使天線產(chǎn)生雙頻的軸比通帶；而下層的介質(zhì)基板可以將雙頻軸比通帶融合起來使得天線帶寬極大增加，最后通過不規(guī)則反射板的設(shè)計則使得天線在通帶內(nèi)的增益得到很好的改善。

相關(guān)已公開的天線發(fā)明專利和實用新型專利，都未采用上述的方法實現(xiàn)增加帶寬和提高增益的效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

1.采用階梯狀矩形貼片產(chǎn)生雙頻的軸比通帶，并且通過在反射板和輻射單元之間引入介質(zhì)基板使得雙頻3dB軸比通帶融合在一起，形成寬帶圓極化輻射；

2.通過在規(guī)則矩形金屬反射板的四個角落去掉相同部分金屬得到不規(guī)則的反射板結(jié)構(gòu)，提高了天線通帶內(nèi)的整體增益；

3.所述圓極化交叉偶極子天線具有低剖面、寬帶、高增益的特點。天線整體高度~0.13l0，10dB阻抗帶寬達到66.9%，3dB的軸比帶寬達到55.1%，單個天線平均增益為10.4dBi。

附圖說明

圖1是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例的側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例的輻射體的俯視圖；

圖3是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例的反射板的示意圖；

圖4是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例的S₁₁參數(shù)的仿真和測試曲線圖；

圖5是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例的軸比參數(shù)的仿真和測試曲線圖；

圖6是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例的增益參數(shù)的仿真和測試曲線圖；

圖7a～圖7c分別是本發(fā)明圓極化交叉偶極子天線具體實施例在4.2GHz，5.5GHz，7.0GHz的歸一化輻射方向圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)細節(jié)進行清晰、詳盡的說明，所描述的實施例僅是本發(fā)明中的部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明實施例一種低剖面、寬帶、高增益、圓極化交叉偶極子天線。，包括第一介質(zhì)基板2、第二介質(zhì)基板4、在第一介質(zhì)基板2上下表面分別蝕刻的交叉偶極子1、位于第一介質(zhì)基板2和第二介質(zhì)基板4之間的尼龍支撐柱3、在第二介質(zhì)基板4下表面蝕刻的反射板5；兩個交叉偶極子1均是由相位延遲線8連接兩個相同的階梯狀矩形貼片7構(gòu)成，分別位于第一介質(zhì)基板2上下表面；階梯狀矩形貼片7通過相位延遲線8饋電產(chǎn)生90°相位差，從而產(chǎn)生雙頻圓極化輻射；第二介質(zhì)基板4位于第一介質(zhì)基板2下面并且和第一介質(zhì)基板2之間有空氣間隙，且第二介質(zhì)基板4能夠使階梯狀矩形貼片7產(chǎn)生的雙頻軸比通帶連接起來形成更寬的軸比帶寬；反射板5位于第二介質(zhì)基板4下表面，能改善天線的高頻增益，從而使天線整個通帶內(nèi)的增益提高；天線直接采用同軸電纜6饋電。第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板之間是通過尼龍支撐柱3連接起來的。位于第一介質(zhì)基板2上表面的階梯狀矩形貼片7與同軸電纜6的內(nèi)導(dǎo)體相連，而位于第一介質(zhì)基板2下表面的階梯狀矩形貼片7以及反射板5則與同軸電纜6的外導(dǎo)體相連。

參閱圖1，本實施例的側(cè)視圖，第一介質(zhì)基板2的厚度h₁= 0.813mm（可采用PCB板RO4003），第二介質(zhì)基板4的厚度h₂=3mm（可采用覆銅箔板F4T），天線整體高度~7.113 mm，剖面低。參閱圖2，本實施例的輻射體的俯視圖，輻射體采用交叉偶極子1，交叉偶極子1由位于上層第一介質(zhì)基板2上下表面的階梯狀矩形貼片7和相位延遲線8組成，其中相位延遲線8是為了提供90°相位差從而產(chǎn)生圓極化輻射，階梯型矩形貼片7產(chǎn)生兩個相隔比較近的軸比通帶。本實施例得到一個優(yōu)化的尺寸:大矩形的尺寸為19mm×13.8mm,小矩形的尺寸為12.5mm×7.8mm。

參閱圖3，本實施例的反射板5，其位于下層第二介質(zhì)基板4的下表面。反射板5并不是傳統(tǒng)的規(guī)則金屬反射板，而是一個不規(guī)則的形狀，它是通過在規(guī)則矩形反射板的四個角去掉相同圖案而得到。

進一步優(yōu)化實施地，調(diào)節(jié)反射板尺寸進一步改善高頻增益，最終使整個天線在通帶內(nèi)的增益得到很大提高。

參照圖4，本發(fā)明實施例仿真與測試的|S₁₁| 參數(shù)較為吻合，測試結(jié)果在高頻部分稍微有頻偏，這是由實際加工和實驗誤差所致。測試的10 dB阻抗帶寬為66.9%而仿真的結(jié)果為66.4%。參照圖5，本發(fā)明實施例仿真與測試的3dB軸比參數(shù)同樣較為吻合，測試的3dB軸比帶寬為55.1%而仿真的結(jié)果為57.3%。而且測試的軸比通帶整個位于阻抗通帶內(nèi)，因此均為可用帶寬。參照圖6，本發(fā)明實施例仿真與測試的增益曲線比較吻合，測試通帶內(nèi)平均增益為10.4dBi且3-dB增益帶寬為53.6%。參閱圖7a~圖7c，在通帶內(nèi)三個不同頻率4.2GHz，5.5GHz，7.0GHz的歸一化輻射方向圖。隨著頻率增加，由于高次模激勵導(dǎo)致天線的旁瓣增加，從而使得天線的波束變窄。但是天線的最大輻射方向保持在輻射體的正上方，此方向上主極化比交叉極化大15 dBi 以上。

本發(fā)明創(chuàng)造性地設(shè)計階梯狀矩形貼片偶極子，天線結(jié)構(gòu)簡單，未使用復(fù)雜的饋電電路，高度僅0.13l0，10dB 阻抗帶寬達到66.9%，3dB軸比帶寬達到55.1%，天線通帶內(nèi)平均增益為10.4dBi

本發(fā)明提供的實施例應(yīng)用于無線移動通信領(lǐng)域，可應(yīng)用于各類無線通信系統(tǒng)的接收和發(fā)射設(shè)備中，可以得到很好的圓極化性能。