本發(fā)明涉及自相移圓極化交叉偶極子天線的領(lǐng)域，更具體地，涉及一種自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線。

背景技術(shù)：

隨著通信在社會生活中的重要性與日俱增，作為無線通信眼睛的天線直接影響著通信的質(zhì)量和效率。半波偶極子天線是天線的基本單元。由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)，并可隨意更改陣列偶極子結(jié)構(gòu)以達(dá)到理想旳極化需求。在增益方向圖性能方面較單極子天線有了一定的提高，能獲得較為滿意的方向圖特性，且偶極子天線由于其良好的輻射特性，波長縮短效應(yīng)和諧振特性等，被廣泛應(yīng)用于微波能量收集和傳輸領(lǐng)域中。通過控制多個(gè)偶極子上電流幅度、相位以及空間位置之間的關(guān)系，偶極子天線可以廣泛應(yīng)用于基站天線、圓極化天線、多輸入多輸出（mimo）天線中。

海量數(shù)據(jù)的傳輸需要相適應(yīng)的寬帶無線系統(tǒng)的支撐，這對通信設(shè)備的寬帶化提出了越來越高的要求。圓極化天線在抗多徑干擾、抑制雨霧干擾和提高信道容量等方面具有明顯的優(yōu)勢，具有圓極化和寬帶特征的無線通信系統(tǒng)是滿足未來海量數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。對于圓極化天線，要求天線能在寬角度內(nèi)實(shí)現(xiàn)低軸比，這樣無論處在任何角度，天線都能很好的收到信號。

通常情況下，通過功分饋電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移的圓極化天線，能很好地實(shí)現(xiàn)相位控制。但由于復(fù)雜功分網(wǎng)絡(luò)的存在，天線難于集成，因而很難應(yīng)用于便攜式設(shè)備上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線，該天線結(jié)合偶極子天線與圓極化天線的特點(diǎn)，采用自相移結(jié)構(gòu)產(chǎn)生90°相位差的交叉偶極子天線，既舍去了復(fù)雜功分網(wǎng)絡(luò)的累贅，又能使天線的尺寸更小，結(jié)構(gòu)更加簡單。

為了解決上述問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

一種自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線，包括介質(zhì)板和兩個(gè)偶極子臂，其中兩個(gè)偶極子臂分別印制在介質(zhì)板的兩個(gè)面上，兩個(gè)偶極子臂的位置關(guān)系是：旋轉(zhuǎn)一個(gè)偶極子臂180度后與另一偶極子臂基于介質(zhì)板對稱；偶極子臂由互成90度的兩個(gè)枝節(jié)貼片組成，枝節(jié)呈矩形長條狀或等腰三角形狀；從而加長了天線有效輻射面積，延長電流的有效流動(dòng)路徑，使得天線有著更寬的頻帶；

偶極子臂的兩個(gè)枝節(jié)長度不同，通過調(diào)整兩枝節(jié)的長度差產(chǎn)生90°相位差，使得天線有圓極化特性；

天線饋電點(diǎn)所在位置位于介質(zhì)板的中心。

優(yōu)選的，為了使天線獲得更好的匹配，通過三角形結(jié)構(gòu)連接偶極子臂的枝節(jié)。

優(yōu)選的，該天線通過軟剛性的同軸線饋電，同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體分別接到介質(zhì)板兩個(gè)面的偶極子臂上。通過改變枝節(jié)貼片的長短，大小等參數(shù)，可調(diào)整天線的工作頻段和輻射特性。

優(yōu)選的，當(dāng)枝節(jié)為等腰三角形時(shí)，枝節(jié)為一個(gè)等腰三角形結(jié)構(gòu)或兩個(gè)串接的三角形結(jié)構(gòu)。

當(dāng)只使用由矩形長條構(gòu)成的簡單自相移正交半波振子時(shí)，由于兩個(gè)不同長度的矩形振子枝節(jié)諧振頻率不同，當(dāng)兩個(gè)諧振頻率相互接近某個(gè)頻率點(diǎn)時(shí)，帶寬也隨之逐漸拓寬。

將自相移正交半波振子的矩形長條枝節(jié)改進(jìn)成一個(gè)等腰三角形枝節(jié)，可以延長電流的有效流動(dòng)路徑，從而實(shí)現(xiàn)頻帶的拓寬。

將偶極子臂一個(gè)等腰三角形結(jié)構(gòu)繼續(xù)改進(jìn)成兩個(gè)等腰三角形結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步增加和延長電流的有效流動(dòng)路徑，更好的實(shí)現(xiàn)天線的頻帶拓寬。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在常規(guī)平面印刷交叉偶極子的基礎(chǔ)上，通過改變偶極子臂的長度產(chǎn)生90°相移產(chǎn)生圓極化，通過依次增加三角形結(jié)構(gòu)進(jìn)而逐步拓寬偶極子的帶寬，并且在兩個(gè)偶極子枝節(jié)之間通過三角形連接以使天線達(dá)到更好的匹配，在不減弱其他性能的條件下，實(shí)現(xiàn)天線寬帶化，達(dá)到更優(yōu)的阻抗匹配和更好的圓極化。該天線是一種移動(dòng)設(shè)備和環(huán)境微波能量傳輸與獲取系統(tǒng)可用的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線。

附圖說明

圖1為長矩形自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線結(jié)構(gòu)圖。

圖2為長矩形自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線的仿真和測試的s11對比圖。

圖3為一個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線結(jié)構(gòu)圖。

圖4為一個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線的仿真和測試的s11對比圖。

圖5為兩個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線結(jié)構(gòu)圖。

圖6為兩個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線的仿真和測試的s11對比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。

實(shí)施例1

如圖1所示，長矩形自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線結(jié)構(gòu)圖，偶極子天線的兩個(gè)偶極子臂分別印制在介質(zhì)板的上下兩面，一個(gè)偶極子臂旋轉(zhuǎn)180度后與另一偶極子臂基于介質(zhì)板對稱。位于同一平面的偶極子臂由相互垂直的且長度不同的兩個(gè)枝節(jié)構(gòu)成，通過兩個(gè)枝節(jié)長度不同而提供90度的相位差，形成天線圓極化的特性。天線饋電點(diǎn)所在位置位于介質(zhì)板的中心，通過軟剛性的同軸線饋電，同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體分別接到介質(zhì)板的上下兩個(gè)偶極子臂上，通過三角形結(jié)構(gòu)連接兩個(gè)不同長度的偶極子枝節(jié)。

在本實(shí)例中，該天線印刷在厚為2mm，介電系數(shù)為4.7，損耗角正切為0.01的fr-4環(huán)氧玻纖布介質(zhì)基板上。介質(zhì)基板規(guī)格為76mm*62mm，由互成90度的矩形長條組成的偶極子輻射貼片長枝節(jié)的長為33mm，寬為4mm。短枝節(jié)的長度為約為26mm，寬為4mm。三角形連接結(jié)構(gòu)的底長為12mm，高為5mm。

在本實(shí)例中，此天線的工作工作頻段包括dcs1800，gsm1800，td-scdma，wcdma，cdma2000無線通信頻段，通過修改基板大小，調(diào)整相應(yīng)天線貼片的參數(shù)和漸變環(huán)的大小和厚度，可以使天線的工作頻段改變。

通過使用印刷電路板(pcb)技術(shù)，可制作出了此實(shí)例的雙頻帶寬帶圓極化交叉偶極子天線實(shí)物原型，由于饋電端口貼片較小，不能使用普通3.5mm的sma接口，所以在本實(shí)施例中使用軟剛性同軸線饋電。其中圖2是天線反射系數(shù)s11的仿真和測試對比圖，可以看出天線具有較好的阻抗匹配效果，阻抗帶寬大約從1.57ghz到2.24ghz，工作頻段包含3g、4g通信多個(gè)頻段，即此種形式的天線的性能完全可以滿足實(shí)際要求。

實(shí)施例2

如圖3所示，為了拓寬天線的頻帶和提高天線的圓極化特性，將矩形長條改進(jìn)成一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)，由于三角形結(jié)構(gòu)增加和延長了電流的有效流動(dòng)路徑，達(dá)到帶寬展寬的效果。兩個(gè)枝節(jié)長度不同提供90度的相位差，形成天線圓極化的特性。

在本實(shí)例中，該天線印刷在厚為2mm，介電系數(shù)為4.7，損耗角正切為0.01的fr-4環(huán)氧玻纖布介質(zhì)基板上。介質(zhì)基板規(guī)格為77mm*65mm，互成90度的兩個(gè)枝節(jié)上，尺寸較大的三角形底長為18mm，高為21mm，較小的三角形底長為12mm，高為21mm，三角形連接結(jié)構(gòu)的底長為9mm，高為21mm。

同樣通過使用印刷電路板(pcb)技術(shù)，也制作出了一個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線的實(shí)物原型。其中圖4為此天線反射系數(shù)s11的仿真和測試對比圖，可以看出此種天線帶寬為1.52ghz到2.32ghz，與上述實(shí)例1的天線相比，帶寬有所展寬，此種形式的天線的性能完全可以滿足實(shí)際要求，天線也能有較好的性能。

實(shí)施例3

圖5所示是兩個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線結(jié)構(gòu)圖，結(jié)構(gòu)與上例相似，不同之處在于在一個(gè)三角形的基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)成兩個(gè)三角形，在不影響天線性能的條件下，相比于一個(gè)三角形，兩個(gè)三角形的優(yōu)勢在于電流路徑能繼續(xù)增加和延長。因而帶寬得以繼續(xù)展寬。同樣通過調(diào)整兩個(gè)枝節(jié)長度的不同而提供90度的相位差，形成天線圓極化的特性。

在本實(shí)例中，該天線印刷在厚為2mm，介電系數(shù)為4.7，損耗角正切為0.01的fr-4環(huán)氧玻纖布介質(zhì)基板上。介質(zhì)基板規(guī)格為73mm*63mm，互成90度的兩個(gè)枝節(jié)上，尺寸較大枝節(jié)的兩個(gè)三角形底長和高分別為16mm，14mm和20mm，7mm，尺寸較小枝節(jié)的三角形底長和高分別為12mm，15mm和12mm，6mm。三角形連接結(jié)構(gòu)的底長為9.15mm，高為15mm。

同樣通過使用印刷電路板(pcb)技術(shù)，也制作出了兩個(gè)三角形的自相移寬帶圓極化交叉偶極子天線的實(shí)物原型。其中圖6為此天線反射系數(shù)s11的仿真和測試對比圖，可以看出此種天線帶寬為1.53ghz到2.4ghz，與上述實(shí)例2的天線相比，帶寬有所展寬，此種形式的天線的性能完全可以滿足實(shí)際要求。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。