本發(fā)明涉及射頻技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種圓極化陣列天線及通信設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，對天線進(jìn)行單純的線極化很難滿足通信要求。在線極化的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了圓極化。圓極化天線具有可接收任意極化方式的來波，且其輻射波也可被任意極化方式的天線收到，有旋向正交性，能夠抑制云雨干擾和抗多徑反射等優(yōu)點。

微帶圓極化天線結(jié)合了微帶天線和圓極化天線二者的優(yōu)點，憑借其良好的電磁特性，廣泛應(yīng)用于無線應(yīng)用，如：測量、通信、衛(wèi)星、航天、全球定位系統(tǒng)和rfid系統(tǒng)等衛(wèi)星通信、遙控、遙測技術(shù)。但是在具體實施中，圓極化的天線通常體積較大，輪廓較高，比較笨重，不易組裝攜帶。

由此可見，如何實現(xiàn)天線的圓極化、小型化和低剖面設(shè)計是通信設(shè)備相關(guān)領(lǐng)域人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種圓極化陣列天線與通信設(shè)備，用于實現(xiàn)圓極化、小型化和低剖面設(shè)計。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種圓極化陣列天線，包括橢圓貼片陣列、與所述橢圓貼片陣列連接的饋電網(wǎng)絡(luò)、pcb板和地板；

所述橢圓貼片陣列包括橢圓貼片和與所述橢圓貼片連接的第一微帶線，各所述第一微帶線通過并聯(lián)饋電的方式與所述饋電網(wǎng)絡(luò)連接，所述橢圓貼片陣列和所述饋電網(wǎng)絡(luò)置于所述pcb板的上表面，所述地板置于所述pcb板的下表面，所述地板具有橢圓槽和矩形貼片，每一個所述橢圓槽和每一個所述矩形貼片為一組與所述橢圓貼片對應(yīng)，所述橢圓槽與所述橢圓貼片之間具有環(huán)縫，所述矩形貼片與所述橢圓槽具有重疊部分且與所述橢圓貼片之間耦合短路，所述橢圓貼片的長軸和所述橢圓槽的長軸與所述第一微帶線的投影夾角均為45度；

其中，所述橢圓貼片和所述第一微帶線的數(shù)量為2ⁿ，n為正整數(shù)。

優(yōu)選地，n為2，所述橢圓貼片陣列的4個所述橢圓貼片依次為第一橢圓貼片、第二橢圓貼片、第三橢圓貼片和第四橢圓貼片，所述第一橢圓貼片和所述第二橢圓貼片的間距、所述第三橢圓貼片和所述第四橢圓貼片的間距均相同，且均大于所述第二橢圓貼片與所述第三橢圓貼片的間距；

相對應(yīng)的，4個所述橢圓槽依次為第一橢圓槽、第二橢圓槽、第三橢圓槽和第四橢圓槽，所述第一橢圓槽和所述第二橢圓槽的間距、所述第三橢圓槽和所述第四橢圓槽的間距均相同，且大于所述第二橢圓槽和所述第三橢圓槽的間距，所述第二橢圓槽和所述第三橢圓槽連通。

優(yōu)選地，所述橢圓貼片的長軸是天線工作頻率所對應(yīng)波長的0.34倍，長軸和短軸的比是1.0438，所述橢圓槽的長軸和短軸的比也為1.0438；

其中，所述天線工作頻率在5.8ghz，ism頻段。

優(yōu)選地，所述第一橢圓貼片和所述第二橢圓貼片的間距、所述第三橢圓貼片和所述第四橢圓貼片的間距均為所述天線工作頻率所對應(yīng)波長的二分之一。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括至少一種微帶線和與所述微帶線連接的t型轉(zhuǎn)換器。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)具體包括阻抗為50歐姆的第二微帶線，阻抗為70.71歐姆的第三微帶線、阻抗為100歐姆的第四微帶線和3個所述t型轉(zhuǎn)換器；

其中，4條所述第二微帶線分別與4條所述第一微帶線連接，再與4條所述第三微帶線連接，4條所述第三微帶線再與4條所述第四微帶線連接，4條所述第四微帶線兩兩通過第一t型轉(zhuǎn)換器和第二t型轉(zhuǎn)換器連接，所述第一t型轉(zhuǎn)換器和所述第二t型轉(zhuǎn)換器均依次連接所述第二微帶線，所述第三微帶線和所述第四微帶線連接后再通過第三t型轉(zhuǎn)換器連接，所述第三t型轉(zhuǎn)換器與所述第二微帶線連接，作為單點饋電接口；

其中，n為2，所述第一微帶線的阻抗為50歐姆。

優(yōu)選地，所述pcb板為矩形單層雙面pcb板，相對介電常數(shù)為4.4，正切損耗為0.02，厚度為1mm。

優(yōu)選地，所述pcb板的雙面覆銅板的厚度均為35μm。

優(yōu)選地，所述第一橢圓貼片和所述第二橢圓貼片的間距、所述第三橢圓貼片和所述第四橢圓貼片的間距均是25mm，所述第二橢圓貼片與所述第三橢圓貼片的間距為19mm，所述矩形貼片長15mm，寬1.85mm，且所述矩形貼片靠近所述橢圓槽的圓心的一邊距離所述圓心的水平距離為6.12mm，所述矩形貼片的底邊與所述圓心的垂直距離為0.2mm；

所述第一橢圓槽和所述第二橢圓槽的間距、所述第三橢圓槽和所述第四橢圓槽的間距均為25mm，所述第二橢圓槽和所述第三橢圓槽的間距是19mm；

其中，所述天線工作頻率所對應(yīng)波長為50mm。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種通信設(shè)備，包括所述的圓極化陣列天線。

本發(fā)明所提供的圓極化陣列天線，橢圓貼片陣列中的各橢圓貼片通過各第一微帶線與饋電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)饋電，橢圓貼片陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)置于pcb板的上表面，地板置于pcb板的下表面，地板具有橢圓槽和矩形貼片，每一個橢圓槽和每一個矩形貼片為一組與一個橢圓貼片對應(yīng)。橢圓槽和橢圓貼片之間具有環(huán)縫，從而構(gòu)成電容加載，而橢圓貼片和矩形貼片之間耦合短路，從而構(gòu)成電感加載，在此基礎(chǔ)上，橢圓貼片的長軸和橢圓槽的長軸與第一微帶線的投影夾角均為45度，從而在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)圓極化輻射。由于橢圓貼片以及第一微帶線的剖面都較低，厚度較小，所占體積也較小，因此，在圓極化的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)天線的小型化和低剖面設(shè)計且該天線成本較低，易集成，可廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。

此外，本發(fā)明還提供一種包含上述天線的通信設(shè)備，同樣具有上述有益效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種圓極化陣列天線的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種橢圓貼片陣列的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種地板的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種圓極化陣列天線的回波損耗圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種圓極化陣列天線的電磁仿真軸比曲線圖；

附圖標(biāo)記如下：1為橢圓貼片陣列、2為饋電網(wǎng)絡(luò)、3為pcb板、4為地板、12為第一微帶線、111為第一橢圓貼片、112為第二橢圓貼片、113為第三橢圓貼片、114為第四橢圓貼片、411為第一橢圓槽、412為第二橢圓槽、413為第三橢圓槽413、414為第四橢圓槽、o為圓心、21為第二微帶線，22為第三微帶線22、23為第四微帶線、241為第一t型轉(zhuǎn)換器、242為第二t型轉(zhuǎn)換器、243為第三t型轉(zhuǎn)換器、42為矩形貼片。

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)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下，所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種圓極化陣列天線與通信設(shè)備，用于實現(xiàn)圓極化、小型化和低剖面設(shè)計。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種圓極化陣列天線的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的一種橢圓貼片陣列的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明實施例提供的一種饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明實施例提供的一種地板的結(jié)構(gòu)圖。需要說明的是，圖1是以橢圓貼片和第一微帶線為4個為例說明。如圖1所述，該天線包括橢圓貼片陣列1、與橢圓貼片陣列1連接的饋電網(wǎng)絡(luò)2、pcb板3和地板4。

橢圓貼片陣列1包括橢圓貼片和與橢圓貼片連接的第一微帶線12，各第一微帶線12通過并聯(lián)饋電的方式與饋電網(wǎng)絡(luò)2連接，橢圓貼片陣列1和饋電網(wǎng)絡(luò)2置于pcb板3的上表面，地板4置于pcb板3的下表面，地板4具有橢圓槽和矩形貼片42，每一個橢圓槽和每一個矩形貼片42為一組與橢圓貼片對應(yīng)，橢圓槽與橢圓貼片42之間具有環(huán)縫，矩形貼片42與橢圓槽具有重疊部分且與橢圓貼片之間耦合短路，橢圓貼片的長軸和橢圓槽的長軸與第一微帶線的投影夾角均為45度；

其中，橢圓貼片和第一微帶線的數(shù)量為2ⁿ，n為正整數(shù)。

如圖1所示，當(dāng)n為2時，橢圓貼片陣列1就包含4個橢圓貼片，依次為第一橢圓貼片111、第二橢圓貼片112、第三橢圓貼片113和第四橢圓貼片114。則對應(yīng)的，4個橢圓槽依次為第一橢圓槽411、第二橢圓槽412、第三橢圓槽413和第四橢圓槽414。

在具體實施中各橢圓貼片的結(jié)構(gòu)是相同的，即第二橢圓貼片112、第三橢圓貼片113和第四橢圓貼片114與第一橢圓貼片111的結(jié)構(gòu)相同。

本實施例中，橢圓貼片的長軸和橢圓槽的長軸與第一微帶線12的投影夾角均為45度是為了得到兩個幅度相等、相位相差90度的線極化波，這樣才能得到圓極化波的輻射；另外橢圓槽與橢圓貼片形成的環(huán)縫構(gòu)成電容加載，橢圓貼片和矩形貼片42耦合短路構(gòu)成電感加載，從而在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)圓極化輻射。需要說明的是，環(huán)縫的形成需要橢圓槽的面積大于橢圓貼片的面積。

此外，橢圓貼片以及第一微帶線12的剖面都較低，厚度較小，所占體積也較小，因此，如果將這樣的天線安裝在飛行器表面的時候，低剖面天線能和飛行器表面很好的共形，不會對飛行器本身產(chǎn)生額外的空氣動力學(xué)效應(yīng)。

在具體實施中，雖然可以使用同軸饋電來實現(xiàn)圓極化，但電路板集成化難度較大，不利于安裝。因此，本實施例中，通過采用單點饋電方式，既能實現(xiàn)圓極化，又方便安裝。

本實施例提供的圓極化陣列天線，橢圓貼片陣列中的各橢圓貼片通過各第一微帶線與饋電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)饋電，橢圓貼片陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)置于pcb板的上表面，地板置于pcb板的下表面，地板具有橢圓槽和矩形貼片，每一個橢圓槽和每一個矩形貼片為一組與一個橢圓貼片對應(yīng)。橢圓槽和橢圓貼片之間具有環(huán)縫，從而構(gòu)成電容加載，而橢圓貼片和矩形貼片之間耦合短路，從而構(gòu)成電感加載，在此基礎(chǔ)上，橢圓貼片的長軸和橢圓槽的長軸與第一微帶線的投影夾角均為45度，從而在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)圓極化輻射。由于橢圓貼片以及第一微帶線的剖面都較低，厚度較小，所占體積也較小，因此，在圓極化的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)天線的小型化和低剖面設(shè)計且該天線成本較低，易集成，可廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。

可以理解的是，在具體實施中，可以將橢圓貼片陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)集成于一體，能夠在使用中更加方便。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，n為2，橢圓貼片陣列1的4個橢圓貼片依次為第一橢圓貼片111、第二橢圓貼片112、第三橢圓貼片113和第四橢圓貼片114，第一橢圓貼片111和第二橢圓貼片112的間距、第三橢圓貼片113和第四橢圓貼片114的間距均相同，且均大于第二橢圓貼片112與第三橢圓貼片113的間距。

相對應(yīng)的，4個橢圓槽依次為第一橢圓槽411、第二橢圓槽412、第三橢圓槽413和第四橢圓槽414，第一橢圓槽411和第二橢圓槽412的間距、第三橢圓槽413和第四橢圓槽414的間距均相同，且大于第二橢圓槽412和第三橢圓槽413的間距，第二橢圓槽412和第三橢圓槽413連通。

為了實現(xiàn)圓極化，模型對稱性很重要，這樣也能加強(qiáng)饋電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，因此，本發(fā)明中橢圓貼片陣列1中的橢圓貼片的數(shù)量為2ⁿ，本實施例中n為2，如果n為3，則可以將圖2中4個橢圓貼片看作一個陣元，依次往后是8、16、32，最后通過饋電網(wǎng)絡(luò)2與饋電點連接。

本實施例中，地板4上的第二橢圓槽412和第三橢圓槽413之間有重合部分，將重合部分挖掉形成連通，從而在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)圓極化輻射?？梢岳斫獾氖?，如果n為1的話，則相當(dāng)于只有第一橢圓槽411和第二橢圓槽412，因此，也就無需連通。

作為優(yōu)選地實施方式，橢圓貼片的長軸是天線工作頻率所對應(yīng)波長的0.34倍，長軸和短軸的比是1.0438，橢圓槽的長軸和短軸的比也為1.0438；

其中，天線工作頻率在5.8ghz，ism頻段。

作為優(yōu)選地實施方式，第一橢圓貼片111和第二橢圓貼片112的間距、第三橢圓貼片113和第四橢圓貼片114的間距均為天線工作頻率所對應(yīng)波長的二分之一。

本實施例中，將間距定為波長的二分之一，使得陣元輻射既不出現(xiàn)柵瓣，又能獲得盡可能大的方向性。

在具體實施中，當(dāng)天線工作頻率所對應(yīng)波長為50mm時，則對應(yīng)的，第一橢圓貼片111和第二橢圓貼片112的間距、第三橢圓貼片113和第四橢圓貼片114的間距均是25mm，第二橢圓貼片112與第三橢圓貼片113的間距為19mm，矩形貼片42長15mm，即l3＝15mm，寬1.85mm，即w3＝1.85mm，且矩形貼片42靠近橢圓槽的圓心o的一邊距離圓心o的水平距離為6.12mm，矩形貼片42的底邊與圓心o的垂直距離為0.2mm。

第一橢圓槽411和第二橢圓槽412的間距、第三橢圓槽413和第四橢圓槽414的間距均為25mm，第二橢圓槽412和第三橢圓槽413的間距是19mm。

則相對應(yīng)的，此時，橢圓貼片的長軸的尺寸a1為17.35mm，短軸的尺寸b1為16.62mm，橢圓槽的長軸的尺寸a2為22mm，短軸的尺寸b2為21.07mm。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，饋電網(wǎng)絡(luò)2包括至少一種微帶線和與微帶線連接的t型轉(zhuǎn)換器。

可以理解的是，饋電網(wǎng)絡(luò)2要通過并聯(lián)饋電方式與多個第一微帶線12連接，因此，饋電網(wǎng)絡(luò)中微帶線的種類的選取需要根據(jù)實際情況設(shè)定，但是至少包含一種，并且為了實現(xiàn)單點饋電，采用t型轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。至于t型轉(zhuǎn)換器的數(shù)量也需要根據(jù)第一微帶線12的數(shù)量而定。

作為一種優(yōu)選地實施方式，n為2，第一微帶線12的阻抗為50歐姆，且需要得到50歐姆的sma連接器時，可以具體采用如下方式。

第一微帶線12的輸入阻抗為50ω，長度尺寸l2為8mm，寬度尺寸w2為1.82mm。饋電網(wǎng)絡(luò)2具體包括阻抗為50歐姆的第二微帶線21，阻抗為70.71歐姆的第三微帶線22、阻抗為100歐姆的第四微帶線23和3個t型轉(zhuǎn)換器；

其中，4條第二微帶線21分別與4條第一微帶線12連接，再與4條第三微帶線22連接，4條第三微帶線22再與4條第四微帶線23連接，4條第四微帶線23兩兩通過第一t型轉(zhuǎn)換器241和第二t型轉(zhuǎn)換器242連接，第一t型轉(zhuǎn)換器241和第二t型轉(zhuǎn)換器242均依次連接第二微帶線21，第三微帶線22和第四微帶線23后再通過第三t型轉(zhuǎn)換器243連接，第三t型轉(zhuǎn)換器243與第二微帶線28連接，作為單點饋電接口。

需要說明的是，本發(fā)明中的第一、第二微帶線等只是對微帶線的類型區(qū)分，并不是單指某一條微帶線。例如圖3中，雖然第一微帶線12和第三微帶線22之間連接有第二微帶線21，第一t型轉(zhuǎn)換器241和第三微帶線22之間連接有第二微帶線21，但是這兩條微帶線并不是同一條微帶線，只是類型相同。

可以理解的是，最后與第三t型轉(zhuǎn)換器連接的微帶線的類型需要根據(jù)sma連接器的阻抗決定。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，pcb板3為矩形單層雙面pcb板，相對介電常數(shù)為4.4，正切損耗為0.02，厚度為1mm。

作為優(yōu)選地實施方式，pcb板3的雙面覆銅板的厚度均為35μm。

在具體實施中，pcb板3可以選用fr4_epoxy微波材料，pcb板3的尺寸可以與橢圓貼片陣列1的尺寸相同，即長度尺寸l1為109mm，寬度尺寸w1為63.66mm。

為了驗證本發(fā)明實施例提供的圓極化陣列天線的各方面的性能。下文給出具體的仿真圖。圖5為本發(fā)明實施例提供的一種圓極化陣列天線的回波損耗圖。如圖5所示，該天線的工作中心頻率為5.8ghz，工作頻帶為4ghz-6ghz，絕對帶寬達(dá)到2ghz，滿足寬帶天線的要求。圖6為本發(fā)明實施例提供的一種圓極化陣列天線的電磁仿真軸比曲線圖。如圖5所示，在主輻射方向-45.0deg-18.9deg范圍內(nèi)，軸比均小于3db，表明圓極化效果較好。

在上述實例中，對于圓極化陣列天線的實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，本發(fā)明還提供一種包含該圓極化陣列天線的通信設(shè)備。該通信設(shè)備除通信設(shè)備本體外，包括上述實施例所述的圓極化陣列天線。

由于圓極化陣列天線部分的實施例在上文中進(jìn)行了描述，因此本實施例中，不再贅述?？梢岳斫獾氖?，通信設(shè)備的種類可以為手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品。

本實施例提供的通信設(shè)備，包括圓極化陣列天線，橢圓貼片陣列中的各橢圓貼片通過各第一微帶線與饋電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)饋電，橢圓貼片陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)置于pcb板的上表面，地板置于pcb板的小表面，地板具有橢圓槽和矩形貼片，每一個橢圓槽和每一個矩形貼片為一組與一個橢圓貼片對應(yīng)。橢圓槽和橢圓貼片之間具有環(huán)縫，從而構(gòu)成電容加載，而橢圓貼片和矩形貼片之間耦合短路，從而構(gòu)成電感加載，在此基礎(chǔ)上，橢圓貼片的長軸和橢圓槽的長軸與第一微帶線的投影夾角均為45度，從而在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)圓極化輻射。由于橢圓貼片以及第一微帶線的剖面都較低，厚度較小，所占體積也較小，因此，在圓極化的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)天線的小型化和低剖面設(shè)計且該天線成本較低，易集成，可廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。

以上對本發(fā)明所提供的圓極化陣列天線及通信設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹。說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。