一种宽带多重极化可重构全向天线制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带多重极化可重构全向天线，包括上下两个介质基板、水平环、单极子、宽带馈电网络、L型微带线和阻抗匹配网络。所述单极子由顶层加载和4根完全相同的短路柱以及锥形馈电结构组成，所述顶层加载印制在上面的介质基板背面，所述4根完全相同金属短路钉和锥形馈电结构位于上下两个介质基板中间，所述水平环印制在下面介质基板背面，所述宽带馈电网络、L型微带线和阻抗匹配网络相连并位于下面截止基板正面。本天线可在1.7‑2.2GHz频段内实现水平、垂直、圆极化三种极化方式的可重构。

A broadband multi Polarization Reconfigurable omnidirectional antenna

The invention discloses a broadband multi Polarization Reconfigurable omnidirectional antenna, comprising two upper and lower dielectric substrates, a horizontal ring, a monopole, a broadband feed network, a L type microstrip line and an impedance matching network. The monopole is composed of top loading and 4 identical short column and taper feed structure, loading the top printed on the back surface of a dielectric substrate, wherein 4 identical metal short nails and tapered feed structure is located on the middle medium under the two substrates, the horizontal ring printed below the dielectric substrate on the back of the broadband feed network, L type microstrip line and the impedance matching network is connected and is located beneath the substrate as positive. The reconfigurable antenna of three polarization modes to achieve horizontal and vertical and circular polarization in the frequency range of 2.2GHz to 1.7.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带多重极化可重构全向天线
本专利技术涉及移动通信天线领域，具体涉及一种宽带多重极化可重构全向天线。
技术介绍
随着科学技术的进步，人们对信息的需求量前所未有地增加，使得通信技术得到突飞猛进地发展。作为通信领域的一个重要分支，无线通信因其摆脱了对物理传输线的依赖，在国防、民生等各个领域得到了广泛应用。而天线是无线电设备的信息出入口，天线性能的优劣直接影响整个无线通信系统的通信质量。相比于普通天线，极化可重构天线可以提高空间自由度以便于提高无线通信系统的系统容量，提高频谱利用率，改善通信系统的传输速率。另外，极化可重构天线对于多径效应造成的信号衰落也有一定的抑制作用，提高系统对干扰信号的免疫能力。全向天线是指在水平面360°均匀辐射，垂直面内有一定波束宽度的天线，故其发射的信号可以被水平面任意方位的接收端接收，同时可接收水平面各个方向的信号，在通信系统中一般应用于大范围覆盖、点对多点通信系统中。目前的全向极化可重构天线多是通过动态改变天线辐射体或改变馈电网络的馈电路径两种方法实现全向极化可重构。前者将控制极化方式的射频开关置于天线辐射体上，后者将可控射频开关设置于馈电结构上。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种宽带多重极化可重构全向天线。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种宽带多重极化可重构全向天线，所述天线包括：上层介质基板、下层介质基板、单极子4，所述单极子4包括顶层加载12、4个完全相同的金属短路钉和锥形馈电结构13，所述上层介质基板的背面印制有单极子4的顶层加载12，所述下层介质基板的背面印制有由四个印刷偶极子组成的水平环1，所述下层介质基板的正面印制有为所述水平环1馈电的宽带馈电网络2、L型微带线和使水平极化、垂直极化、右旋圆极化覆盖同一频段的阻抗匹配网络3；所述单极子4位于所述水平环1的正上方中间位置，所述单极子4由所述锥形馈电结构13馈电，所述锥形馈电结构13紧贴于所述顶层加载12并位于所述顶层加载12和所述下层介质基板之间，4个金属短路钉与上、下层介质基板中心连线平行并以该中心连线为圆心等半径均匀间隔设置，连接上、下层介质基板的金属部分。进一步地，所述顶层加载12中间开有一个环形缝隙14，所述锥形馈电结构13的上部开口的半径与所述环形缝隙14的内径相同，所述锥形馈电结构13的下部与一个金属探针15相连，通过所述金属探针15连接到所述阻抗匹配网络3上。进一步地，所述水平环1为全平面化，由4个完全相同的弧形印刷偶极子绕水平面原点均匀分布而成，相邻的偶极子两臂之间设置有四条槽线，分别为第一槽线6A、第二槽线6B、第三槽线6C、第四槽线6D。进一步地，所述宽带馈电网络2包括4个阻抗变换器8，每个阻抗变换器8由一根弯曲设置的微带线构成，所述L型微带线包括第一L型微带线7A、第二L型微带线7B、第三L型微带线7C和第四L型微带线7D，各个L型微带线的末端开路，另一端分别与四个阻抗变换器8相连，四个阻抗变换器8的弯曲设置的微带线由四路首先汇聚为两路，然后由两路汇聚为一路，并通过该汇聚的最后一路与所述阻抗匹配网络3相连。进一步地，所述阻抗匹配网络3包括第一微带线9A、第二微带线9B、第三微带线10A、第四微带线10B、第五微带线11A、第六微带线11B，其中，所述第一微带线9A和所述第二微带线9B组成第一段阻抗匹配微带线，所述第三微带线10A和所述第四微带线10B组成第二段阻抗匹配微带线，所述第五微带线11A和所述第六微带线11B组成第三段阻抗匹配微带线；所述阻抗匹配网络3还包括射频开关，分别为第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6和第七开关S7，其中，所述第一开关S1位于所述第一微带线9A与所述第三微带线10A之间；所述第二开关S2位于所述第一微带线9A和所述第二微带线9B之间；所述第三开关S3位于所述第二微带线9B和所述第四微带线10B之间；所述第四开关S4位于所述第四微带线10B与所述第六微带线11B之间；所述第五开关S5位于所述第五微带线11A与所述第六微带线11B之间；所述第六开关S6位于所述第三微带线10A与所述第五微带线11A之间；所述第七开关S7位于所述第三微带线10A与所述第四微带线10B之间。进一步地，当所述第一开关S1和所述第二开关S2闭合，其他开关断开时，射频信号从馈电端口沿所述第一段阻抗匹配微带线到所述宽带馈电网络2，给所述水平环1馈电，实现天线水平极化工作方式；当所述第一开关S1、所述第七开关S7、所述第三开关S3、所述第四开关S4闭合，而其他开关断开时，射频信号从馈电端口同时给所述水平环1和所述单极子4馈电，并使用所述第一微带线9A做阻抗匹配，实现天线右旋圆极化工作方式；当所述第六开关S6、所述第五开关S5闭合，而其他开关断开时，射频信号从馈电端口沿所述第五微带线11A与所述第六微带线11B给所述单极子1馈电，实现天线垂直极化工作方式。进一步地，所述L型微带线和印制在介质基板背面的所述槽线构成巴伦结构，该巴伦结构实现对每对弧形印刷偶极子的平衡馈电。进一步地，所述第一段阻抗匹配微带线、所述第二段阻抗匹配微带线、所述第三段阻抗匹配微带线的长度相同，均为λg/4，其中，λg为电磁波在中心频率2GHz对应介质中的波长。进一步地，所述弧形印刷偶极子的中心半径长度范围为0.25λ0～0.35λ0,内、外半径长度范围分别为0.22λ0～0.32λ0和0.28λ0～0.38λ0，其中，λ0为电磁波在中心频率2GHz所对应自由空间的波长，每个相邻偶极子间有间隔角度。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术公开的宽带多重极化可重构全向天线为低剖面紧凑型结构，易于制作、占用空间小，具有全向辐射特性，三种极化特性均实现了1.7-2.2GHz的全频段覆盖和主极化分量比交叉极化分量大15dB以上的参数指标，满足了尺寸小、全向性、极化可重构和宽带的要求。附图说明图1是本专利技术中公开的宽带多重极化可重构全向天线的整体结构示意图；图2是由四个弧形印刷偶极子构成的水平环；图3是水平环形天线的宽带馈电网络；图4是使三种极化工作在同一频段的匹配电路；图5是带有顶层加载和金属短路钉的低剖面单极子；图6是三种极化方式的带宽图；图7是圆极化轴比的带宽图；图8(a)和图8(b)分别是水平极化工作方式在2.0GHz时水平面和垂直面的方向图；图9(a)和图9(b)分别是垂直极化工作方式在2.0GHz时水平面和垂直面的方向图；图10(a)和图10(b)分别是圆极化工作方式在2.0GHz时水平面和垂直面的方向图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，一种宽带极化可重构全向天线，包括上层介质基板、下层介质基板、单极子4，该单极子4包括顶层加载12、4个完全相同的金属短路钉和锥形馈电结构13，所述上层介质基板的背面印制有单极子4的顶层加载，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带多重极化可重构全向天线，其特征在于，所述天线包括：上层介质基板、下层介质基板、单极子(4)，所述单极子(4)包括顶层加载(12)、4个完全相同的金属短路钉和锥形馈电结构(13)，所述上层介质基板的背面印制有单极子(4)的顶层加载(12)，所述下层介质基板的背面印制有由四个印刷偶极子组成的水平环(1)，所述下层介质基板的正面印制有为所述水平环(1)馈电的宽带馈电网络(2)、L型微带线和使水平极化、垂直极化、右旋圆极化覆盖同一频段的阻抗匹配网络(3)；所述单极子(4)位于所述水平环(1)的正上方中间位置，所述单极子(4)由所述锥形馈电结构(13)馈电，所述锥形馈电结构(13)紧贴于所述顶层加载(12)并位于所述顶层加载(12)和所述下层介质基板之间，4个金属短路钉与上、下层介质基板中心连线平行并以该中心连线为圆心等半径均匀间隔设置，连接上、下层介质基板的金属部分。

【技术特征摘要】
1.一种宽带多重极化可重构全向天线，其特征在于，所述天线包括：上层介质基板、下层介质基板、单极子(4)，所述单极子(4)包括顶层加载(12)、4个完全相同的金属短路钉和锥形馈电结构(13)，所述上层介质基板的背面印制有单极子(4)的顶层加载(12)，所述下层介质基板的背面印制有由四个印刷偶极子组成的水平环(1)，所述下层介质基板的正面印制有为所述水平环(1)馈电的宽带馈电网络(2)、L型微带线和使水平极化、垂直极化、右旋圆极化覆盖同一频段的阻抗匹配网络(3)；所述单极子(4)位于所述水平环(1)的正上方中间位置，所述单极子(4)由所述锥形馈电结构(13)馈电，所述锥形馈电结构(13)紧贴于所述顶层加载(12)并位于所述顶层加载(12)和所述下层介质基板之间，4个金属短路钉与上、下层介质基板中心连线平行并以该中心连线为圆心等半径均匀间隔设置，连接上、下层介质基板的金属部分。2.根据权利要求1所述的一种宽带多重极化可重构全向天线，其特征在于，所述顶层加载(12)中间开有一个环形缝隙(14)，所述锥形馈电结构(13)的上部开口的半径与所述环形缝隙(14)的内径相同，所述锥形馈电结构(13)的下部与一个金属探针(15)相连，通过所述金属探针(15)连接到所述阻抗匹配网络(3)上。3.根据权利要求1所述的一种宽带多重极化可重构全向天线，其特征在于，所述水平环(1)为全平面化，由4个完全相同的弧形印刷偶极子绕水平面原点均匀分布而成，相邻的偶极子两臂之间设置有四条槽线，分别为第一槽线(6A)、第二槽线(6B)、第三槽线(6C)、第四槽线(6D)。4.根据权利要求3所述的一种宽带多重极化可重构全向天线，其特征在于，所述宽带馈电网络(2)包括4个阻抗变换器(8)，每个阻抗变换器(8)由一根弯曲设置的微带线构成，所述L型微带线包括第一L型微带线(7A)、第二L型微带线(7B)、第三L型微带线(7C)和第四L型微带线(7D)，各个L型微带线的末端开路，另一端分别与四个阻抗变换器(8)相连，四个阻抗变换器(8)的弯曲设置的微带线由四路首先汇聚为两路，然后由两路汇聚为一路，并通过该汇聚的最后一路与所述阻抗匹配网络(3)相连。5.根据权利要求1所述的一种宽带多重极化可重构全向天线，其特征在于，所述阻抗匹配网络(3)包括第一微带线(9A)、第二微带线(9B)、第三微带线(10A)、第四微带线(10B)、第五微带线11A、第六微带线11B，其中，所述第一微带线(9A)和所述第二微带线(9B)组成第一段阻抗匹配微带线，所述第三微带线(10A)和所述第四微带线(10B)组成第二段阻抗匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：李融林，祁昌龙，崔悦慧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44