一种圆极化的双层平面倒F天线制造技术

本发明专利技术公开了一种圆极化的双层平面倒F天线，包括金属振子、金属探针和金属地板，其中金属振子包括第一至第四金属片，第一、第三金属片分别与金属地板平行设置，第二、第四金属片分别与金属地板垂直设置且第二金属片与第四金属片相互垂直，第二金属片连接在第一金属片和第三金属片之间以形成上层天线，第四金属片连接在第三金属片和金属地板之间以形成下层天线，金属探针用于同时激励上层天线和下层天线。由于上层天线和下层天线的辐射口面相互垂直，可以产生一对正交极化的四分之一波长谐振模式，再通过调节上下层天线的尺寸使其产生等幅90°相位差的辐射场，从而产生圆极化辐射。本发明专利技术具有小型、低剖面、低成本、单馈点、结构简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种圆极化的双层平面倒F天线
本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种圆极化的双层平面倒F天线。
技术介绍
电磁波的极化，是指电磁波在运动过程中电场矢量的运动轨迹。根据极化的不同，可以将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。相比于线极化天线，圆极化天线有很多优点：(1)圆极化天线可以对抗多径衰落的影响；(2)圆极化天线可以减小法拉第旋转产生的影响；(3)圆极化天线对发射与接收天线的相对位置不敏感。因此圆极化天线被广泛应用于卫星通信、射频识别、车辆探测、医疗通信等领域。在有源射频识别应用中，由于工作频率较低，具有通信距离远、穿透性强等优点；但是工作频率较低会导致天线的尺寸太大，因此如何实现圆极化天线的小型化和低剖面在有源射频识别应用中非常的关键。微带天线由于具有低剖面、便于加工、自带地结构等特点，被广泛用来制作低剖面圆极化天线；但是传统的微带天线的尺寸过大，不适合用于低频应用，因此大量的圆极化微带天线小型化技术被提出来用于减小圆极化微带天线的尺寸。现有的圆极化微带天线小型化技术包括：(1)使用高介电常数的基板来减小天线尺寸，虽然这种方法可以有效减小微带天线的尺寸，但由于尺寸变小提高了天线Q值而且介质基板有较大损耗，因此这类天线往往面临阻抗带宽窄、轴比带宽窄、辐射效率低、成本高、重量大等缺点；(2)在微带天线的贴片上或地板上开槽来加长电流路径，从而实现小型化；这种方法本质上是对二分之一波长的谐振电流进行弯折实现小型化，但是弯折过程中产生的反向电流会构成传输线模式，从而储存能量，提高天线的Q值，降低天线的阻抗带宽；(3)利用基于超材料的谐振结构来减小天线的尺寸，这种方法能将天线尺寸做得很小，但是它的带宽较窄，而且结构复杂。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术提出一种圆极化的双层平面倒F天线，具有小型、低剖面、高效率、低成本、单馈点、结构简单等优点。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种圆极化的双层平面倒F天线，包括金属振子、金属探针和金属地板，其中所述金属振子包括第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片，所述第一金属片、第三金属片分别与所述金属地板平行设置，所述第二金属片、第四金属片分别与所述金属地板垂直设置且所述第二金属片与所述第四金属片相互垂直，所述第二金属片连接在所述第一金属片和所述第三金属片之间以形成上层天线，所述第四金属片连接在所述第三金属片和所述金属地板之间以形成下层天线，所述金属探针的第一端连接在所述第一金属片上且第二端穿过所述第三金属片和所述金属地板连接馈线以同时激励所述上层天线和所述下层天线，通过调节所述第二金属片到所述上层天线的辐射口面之间的第一间距和所述第四金属片到所述下层天线的辐射口面之间的第二间距以使所述上层天线和所述下层天线之间产生90°相位差；并通过调节所述上层天线的辐射口面的宽度和高度以及所述下层天线的辐射口面的宽度和高度以使得辐射口面相互正交的所述上层天线和所述下层天线极化的幅度相等。优选地，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片以及所述金属地板均为矩形结构。优选地，与所述第二金属片垂直的所述第一金属片的第一边长≤与所述第二金属片垂直的所述第三金属片的第一边长≤与所述第二金属片垂直的所述金属地板的第一边长；与所述第二金属片平行的所述第一金属片的第二边长≤与所述第二金属片平行的所述第三金属片的第二边长≤与所述第二金属片平行的所述金属地板的第二边长。优选地，与所述第一金属片平行的所述第二金属片的第一边长≤与所述第二金属片平行的所述第一金属片的第二边长；与所述第三金属片平行的所述第四金属片的第一边长≤与所述第四金属片平行的所述第三金属片的第一边长。优选地，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片以及所述金属地板分别为三角形、梯形、圆形结构或者其他任意规则或不规则形状结构。优选地，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片由一块金属平板折叠而成。优选地，所述第一金属片、第二金属片由一块金属平板折叠而成，所述第三金属片、第四金属片由另一块金属平板折叠而成，其中所述第二金属片与所述第三金属片焊接连接。优选地，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片依次通过焊接连接。优选地，所述第四金属片焊接连接在所述金属地板上。优选地，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片分别是由带介质基板的印刷电路板加工而成。优选地，所述上层天线的辐射口面的高度与所述下层天线的辐射口面的高度之和之和小于或等于0.1倍的波长。优选地，所述上层天线的辐射口面的高度与所述下层天线的辐射口面的高度之和小于或等于0.05倍的波长。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的圆极化的双层平面倒F天线通过依次相互连接的第一、第二、第三金属片形成上层天线，依次相互连接的第三、第四金属片和金属地板形成下层天线，其中第二金属片(上层天线的短路面)与第四金属片(下层天线的短路面)相互垂直，使得上层天线的辐射口面与下层天线的辐射口面相互正交，从而构成一对正交极化的四分之一波长谐振模式，相比于传统的二分之一波长谐振的圆极化微带天线，尺寸减小了75％以上，实现圆极化微带天线的小型化，再通过调节上层天线和下层天线的尺寸，可以在上层天线和下层天线之间产生90°相位差且极化幅度一致，从而在天线的正上方形成圆极化辐射；且该天线采用磁流辐射，无需考虑地面镜像电流对天线辐射性能的影响，具有低剖面特性；另外该天线仅包括一块金属振子、一根金属探针和一块金属地板，具有结构简单、成本低的特点；综上所述，本专利技术的圆极化的双层平面倒F天线实现了小型、低剖面、高效率、低成本、单馈点、结构简单的圆极化特性；另外，本专利技术的圆极化的双层平面倒F天线通过一根金属探针同时激励起两个平面倒F天线，可以分别沿水平面内的两个方向调节馈电点位置，其中沿某个方向移动，只影响相应的一个天线的阻抗匹配，从而能够通过分别调节馈电点位置在水平面内的两个方向上的位置来独立地调节上层天线和下层天线的阻抗匹配。在进一步的方案中，金属振子可以采用一块金属平板折叠而成，结构更加简单，成本进一步降低；其中上层天线的辐射口面的高度与下层天线的辐射口面的高度之和不大于0.1倍的波长甚至0.05倍的波长，更进一步实现低剖面效果。在更进一步的方案中，金属振子采用全金属结构，可以采用空气介质，也可以采用介质基板进行加工，其中采用空气介质时无介质损耗，辐射效率更高。附图说明图1是本专利技术优选实施例的圆极化的双层平面倒F天线的结构示意图；图2是图1的分解示意图；图3是制作图1中的金属振子的金属平板的展开示意图；图4a是本专利技术具体实例的制作圆极化的双层平面倒F天线中的金属振子的金属平板的尺寸示意图；图4b是专利技术具体实例的圆极化的双层平面倒F天线中的金属振子的尺寸示意图；图4c是专利技术具体实例的圆极化的双层平面倒F天线中的金属地板和馈电点位置的尺寸示意图；图5a是本专利技术具体实例的圆极化的双层平面倒F天线的反射系数；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆极化的双层平面倒F天线，其特征在于，包括金属振子、金属探针和金属地板，其中所述金属振子包括第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片，所述第一金属片、第三金属片分别与所述金属地板平行设置，所述第二金属片、第四金属片分别与所述金属地板垂直设置且所述第二金属片与所述第四金属片相互垂直，所述第二金属片连接在所述第一金属片和所述第三金属片之间以形成上层天线，所述第四金属片连接在所述第三金属片和所述金属地板之间以形成下层天线，所述金属探针的第一端连接在所述第一金属片上且第二端穿过所述第三金属片和所述金属地板连接馈线以同时激励所述上层天线和所述下层天线，通过调节所述第二金属片到所述上层天线的辐射口面之间的第一间距和所述第四金属片到所述下层天线的辐射口面之间的第二间距以使所述上层天线和所述下层天线之间产生90°相位差；并通过调节所述上层天线的辐射口面的宽度和高度以及所述下层天线的辐射口面的宽度和高度以使得辐射口面相互正交的所述上层天线和所述下层天线极化的幅度相等。

【技术特征摘要】
1.一种圆极化的双层平面倒F天线，其特征在于，包括金属振子、金属探针和金属地板，其中所述金属振子包括第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片，所述第一金属片、第三金属片分别与所述金属地板平行设置，所述第二金属片、第四金属片分别与所述金属地板垂直设置且所述第二金属片与所述第四金属片相互垂直，所述第二金属片连接在所述第一金属片和所述第三金属片之间以形成上层天线，所述第四金属片连接在所述第三金属片和所述金属地板之间以形成下层天线，所述金属探针的第一端连接在所述第一金属片上且第二端穿过所述第三金属片和所述金属地板连接馈线以同时激励所述上层天线和所述下层天线，通过调节所述第二金属片到所述上层天线的辐射口面之间的第一间距和所述第四金属片到所述下层天线的辐射口面之间的第二间距以使所述上层天线和所述下层天线之间产生90°相位差；并通过调节所述上层天线的辐射口面的宽度和高度以及所述下层天线的辐射口面的宽度和高度以使得辐射口面相互正交的所述上层天线和所述下层天线极化的幅度相等。2.根据权利要求1所述的圆极化的双层平面倒F天线，其特征在于，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片以及所述金属地板均为矩形结构。3.根据权利要求2所述的圆极化的双层平面倒F天线，其特征在于，与所述第二金属片垂直的所述第一金属片的第一边长≤与所述第二金属片垂直的所述第三金属片的第一边长≤与所述第二金属片垂直的所述金属地板的第一边长；与所述第二金属片平行的所述第一金属片的第二边长≤与所述第二金属片平行的所述第三金属片的第二边长≤与所述第二金属片平行的所述金属地板的第二边长。4.根据权利要求2所述的圆极化的双层平面倒F天线，其特征在于，与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙利滨，张志军，冯海刚，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44