高增益宽带圆极化天线及无线通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种高增益宽带圆极化天线及无线通信设备，所述天线包括两层介质基板、四个辐射体、四个寄生贴片、馈电结构和地板，所述两层介质基板上下水平设置；所述四个辐射体和馈电结构设置在下层介质基板的上表面，且四个辐射体旋转对称，所述馈电结构具有一个输入端口和四个输出端口，四个输出端口分别与四个辐射体相连，所述地板设置在下层介质基板的下表面；所述四个寄生贴片设置在上层介质基板的上表面，四个寄生贴片与四个辐射体一一对应，且每个寄生贴片位于对应辐射体的正上方；所述无线通信设备包括上述的天线。本发明专利技术天线具有高增益、高带宽、易加工、结构简单、成本低等特点，可以应用于1.76GHz～3GHz范围内的无线通讯系统中。

High gain broadband circularly polarized antenna and wireless communication equipment

The invention discloses a high gain broadband circularly polarized antenna and a wireless communication device. The antenna includes two-layer medium base plate, four radiators, four parasitic patches, a feeding structure and a floor, the two-layer medium base plate is horizontally arranged on the top and the bottom; the four radiators and the feeding structure are arranged on the upper surface of the lower medium base plate, and the four radiators rotate symmetrically, and the feeding The structure has one input port and four output ports, four output ports are respectively connected with four radiators, the floor is arranged on the lower surface of the lower medium substrate, the four parasitic patches are arranged on the upper surface of the upper medium substrate, the four parasitic patches correspond to the four radiators one by one, and each parasitic patch is located directly above the corresponding radiator, and the wireless communication The communication equipment includes the above antenna. The antenna has the advantages of high gain, high bandwidth, easy processing, simple structure and low cost, and can be applied to the wireless communication system in the range of 1.76ghz-3ghz.

【技术实现步骤摘要】
高增益宽带圆极化天线及无线通信设备
本专利技术涉及一种圆极化天线，尤其是一种高增益宽带圆极化天线及无线通信设备，属于无线通信

技术介绍
与线极化天线相比较，圆极化天线有着许多优良的特性，比如可以缓解极化失配以及抑制多径效应，在全球卫星通信系统及射频识别等领域有着重要的应用。随着无线通信技术的迅速发展，为了满足多信道的应用，现代通信系统的带宽需求越来越高，而天线作为无线通信技术桥梁和空中接口，也必然朝着这个方向发展，在一些对增益有特定要求的通信设备中，要求天线有着较高的增益，于是高增益宽带圆极化天线受到广泛应用。传统的圆极化天线可用带宽较窄，无法满足高数率传输的无线通信需求，而现有的宽带圆极化天线，增益较低且剖面普遍较高。据调查与了解，已经公开的现有技术如下：2017年16期的《IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.》，H.H.Tran,I.Park,andT.K.Nguyen,发表题为“CircularlyPolarizedBandwidth-EnhancedCrossedDipoleAntennaWithaSimpleSingleParasiticElement”的文章中提出了一种带宽提高的圆极化交叉偶极子天线。该文章采用同轴馈电的交叉偶极子结构，并加载了一个梯形寄生贴片，以此来拓宽天线的轴比带宽，将轴比带宽增加到了58.6％，但该结构的剖面高达0.27λ0(λ0为圆极化中心频率的自由空间波长)，限制了该结构的实际应用。2019年67期的《IEEETrans.AntennasPropag.》,L.B.Sun,Y.Li,Z.J.Zhang,andZ.H.Feng,发表题为“Low-ProfileCompactCircularlyPolarizedSlot-EtchedPIFAUsingEvenandOddModes”的文章中提出了一种高增益平面倒F天线，通过在开槽的平面倒F天线的两个端口分别进行同相馈电和反向馈电，激励出一对奇偶模来实现圆极化，该结构有着0.032λ0的剖面，剖面较低，但其可用带宽只有14.7％，且增益只有2.2dBic左右，无法满足高带宽高增益的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供了一种高增益宽带圆极化天线，该天线具有高增益、高带宽、易加工、结构简单、成本低等特点，可以应用于1.76GHz～3GHz范围内的无线通讯系统中。本专利技术的另一目的在于提供一种无线通信设备。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种高增益宽带圆极化天线，包括两层介质基板、四个辐射体、四个寄生贴片、馈电结构和地板，所述两层介质基板上下水平设置；所述四个辐射体和馈电结构设置在下层介质基板的上表面，且四个辐射体旋转对称，所述馈电结构具有一个输入端口和四个输出端口，四个输出端口分别与四个辐射体相连，所述地板设置在下层介质基板的下表面；所述四个寄生贴片设置在上层介质基板的上表面，四个寄生贴片与四个辐射体一一对应，且每个寄生贴片位于对应辐射体的正上方。进一步的，所述四个辐射体关于地板的中心轴旋转对称，任意一个辐射体由与该辐射体相邻的辐射体绕地板的中心轴旋转九十度形成。进一步的，所述四个寄生贴片关于地板的中心轴旋转对称，任意一个寄生贴片由与该寄生贴片相邻的寄生贴片绕地板的中心轴旋转九十度形成。进一步的，所述四个辐射体和四个寄生贴片均为矩形结构，四个辐射体的尺寸相同，四个寄生贴片的尺寸也相同，辐射体的长度大于寄生贴片的长度，辐射体的宽度大于寄生贴片的宽度。进一步的，所述馈电结构包括第一圆弧段、第二圆弧段、第三圆弧段和第四圆弧段；所述第一圆弧段的第一端设有一个输入端口；所述第一圆弧段的第二端与第二圆弧段的第一端相连，且第一圆弧段与第二圆弧段的相连处设有一个输出端口；所述第二圆弧段的第二端与第三圆弧段的第一端相连，且第二圆弧段与第三圆弧段的相连处设有一个输出端口；所述第三圆弧段的第二端与第四圆弧段的第一端相连，且第三圆弧段与第四圆弧段的相连处设有一个输出端口；所述第四圆弧段的第二端设有一个输出端口。进一步的，所述第二圆弧段、第三圆弧段和第四圆弧段的弧长相同，且大于第一圆弧段的弧长；所述第二圆弧段的宽度大于第一圆弧段的宽度，所述第一圆弧段的宽度大于第三圆弧段的宽度，所述第三圆弧段的宽度大于第四圆弧段的宽度。进一步的，所述地板为经过倒角处理且具有四个弧形切角的方形结构。进一步的，所述两层介质基板之间为空气层。进一步的，所述两层介质基板之间的距离为0.06～0.07λ0，其中λ0为天线中心频率所对应的波长。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种无线通信设备，包括上述的高增益宽带圆极化天线。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术天线具有较宽的带宽，通过设置两层介质基板，在下层介质基板的上表面设置四个旋转对称的辐射体和馈电结构，并将四个旋转对称的辐射体和馈电结构的四个输出端口相连，极大地提高了天线的阻抗带宽，仿真结果显示天线的-10dB阻抗带宽为54.2％；并且在上层介质基板的上表面设置了四个寄生贴片，四个寄生贴片与四个辐射体一一对应，且每个寄生贴片位于对应辐射体的正上方，起到了引向器的作用，提高了天线的增益，最高增益由4.5dBic增加到6.6dBic。2、本专利技术天线的地板为方形结构，其四个直角经过倒角处理，切除了四个尺寸相同的弧形片，得到四个弧形切角，改善了天线的轴比，使天线的轴比带宽得到了显著提升，3dB轴比带宽高达72.1％。3、本专利技术天线采用双层介质基板，结构简单，介质基板的加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足天线低造价的要求。4、本专利技术天线具有结构简单、高增益的优点，需要调整的参数较少，容易加工设计，适合工程应用，解决了现有技术的一些圆极化天线结构复杂、带宽窄，且剖面高的问题。附图说明图1为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线的立体结构图。图2为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线的侧视结构图。图3为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线中第二介质基板的仰视结构图。图4为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线中第二介质基板的俯视结构图。图5为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线中第一介质基板的俯视结构图。图6为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线的|S11|随频率变化的仿真曲线。图7为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线的轴比随频率变化的仿真曲线。图8为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线的增益随频率变化的仿真曲线。图9为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线的效率随频率变化的仿真曲线。图10为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线在2GHz时的E面辐射方向图。图11为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线在2GHz时的H面辐射方向图。图12为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线在2.4GHz时的E面辐射方向图。图13为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线在2.4GHz时的H面辐射方向图。图14为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线在2.9GHz时的E面辐射方向图。图15为本专利技术实施例的高增益宽带圆极化天线在2.9GHz时的H面辐射方向图。其中，1-第一介质基板，2-第二介质基板，3-辐射体，301-第一辐射体，302-第二辐射体，303-第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高增益宽带圆极化天线，其特征在于：包括两层介质基板、四个辐射体、四个寄生贴片、馈电结构和地板，所述两层介质基板上下水平设置；所述四个辐射体和馈电结构设置在下层介质基板的上表面，且四个辐射体旋转对称，所述馈电结构具有一个输入端口和四个输出端口，四个输出端口分别与四个辐射体相连，所述地板设置在下层介质基板的下表面；所述四个寄生贴片设置在上层介质基板的上表面，四个寄生贴片与四个辐射体一一对应，且每个寄生贴片位于对应辐射体的正上方。

【技术特征摘要】
1.一种高增益宽带圆极化天线，其特征在于：包括两层介质基板、四个辐射体、四个寄生贴片、馈电结构和地板，所述两层介质基板上下水平设置；所述四个辐射体和馈电结构设置在下层介质基板的上表面，且四个辐射体旋转对称，所述馈电结构具有一个输入端口和四个输出端口，四个输出端口分别与四个辐射体相连，所述地板设置在下层介质基板的下表面；所述四个寄生贴片设置在上层介质基板的上表面，四个寄生贴片与四个辐射体一一对应，且每个寄生贴片位于对应辐射体的正上方。2.根据权利要求1所述的高增益宽带圆极化天线，其特征在于：所述四个辐射体关于地板的中心轴旋转对称，任意一个辐射体由与该辐射体相邻的辐射体绕地板的中心轴旋转九十度形成。3.根据权利要求1所述的高增益宽带圆极化天线，其特征在于：所述四个寄生贴片关于地板的中心轴旋转对称，任意一个寄生贴片由与该寄生贴片相邻的寄生贴片绕地板的中心轴旋转九十度形成。4.根据权利要求1-3任一项所述的高增益宽带圆极化天线，其特征在于：所述四个辐射体和四个寄生贴片均为矩形结构，四个辐射体的尺寸相同，四个寄生贴片的尺寸也相同，辐射体的长度大于寄生贴片的长度，辐射体的宽度大于寄生贴片的宽度。5.根据权利要求1-3任一项所述的高增益宽带圆极化天线，其特征在于：所述馈电结构包括第一圆弧段、第二圆弧段、...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂治红，汪华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44