一种小型化圆极化天线的制作方法

一种小型化圆极化天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信导航领域，具体涉及一种小型化圆极化天线。
【背景技术】
[0002]近年来，随着通信技术向着大容量、宽频带、多功能的发展，对天线的小型化、宽频带、高效率、高增益提出了更高的要求，并成为一个重要的研宄方向。应用于多模卫星导航的天线形式以微带天线为主。由于微带天线的诸多优点，近年来受到了天线工作者的广泛重视和深入研宄。微带天线的馈电网络、辐射单元的设计比较灵活，便于实现圆极化辐射，并且具有加工成本低，适合批量生产等优点。
[0003]现有的通信导航领域使用的圆极化天线基本都是微带结构，采用高介电常数的介质材料来缩减天线的结构尺寸。但是采用高介电常数的介质材料也有局限性，当介电常数达20以上时，材料的一致性无法得到保障，对天线体积的缩小也是有限的；同时由于高介电常数材料的损耗较大，天线的辐射效率很低。

【发明内容】

[0004]本发明为克服现有技术中的不足，提供了一种体积小、损耗低、辐射效率高的小型化圆极化天线。
[0005]为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案:
[0006]一种小型化圆极化天线，包括辐射体、辐射单元和功分馈电网络，所述辐射体为横截面为正方形的长方体，长方体表面紧贴有四面电路结构相同的辐射单元，所述功分馈电网络包括功分移相器、第一 PCB板、第二 PCB板和第三PCB板，第一 PCB板上设有功分移相网络至辐射体的变换电路，第二 PCB板和第三PCB板上共同设有输入端至功分移相网络的变换电路，第一 PCB板的上部连接辐射单元，下部连接功分移相器，功分移相器连接第二 PCB板，第二 PCB板连接第三PCB板，第三PCB板底部设有连接器探针；辐射单元底部呈“h”形或左右翻转的“h”形，“h”形结构对应左旋圆极化天线，左右翻转的“h”形结构对应右旋圆极化天线，“h”形的两个底脚分别设有馈电点和短路点，馈电点连接第一变换电路的输入端，短路点接地。
[0007]进一步的，所述辐射体由低介电常数的LDS激光塑胶制成。
[0008]进一步的，所述长方体为空心结构。
[0009]进一步的，所述长方体设有顶盖。
[0010]进一步的，所述长方体为实心结构。
[0011]进一步的，所述辐射单元中除“h”形或左右翻转的“h”形之外的其他结构为直线、曲线或折线形式，且每面辐射单元仅设置在长方体的一面上。
[0012]进一步的，所述辐射单元中除“h”形或左右翻转的“h”形之外的其他结构为直线、曲线或折线形式，且每面辐射单元延伸至其他相邻的面上。
[0013]进一步的，所述正方形的边长大于Imm且小于最大可加工尺寸。
[0014]进一步的，所述功分移相器外围设有用于防偏移的介质围框。
[0015]进一步的，所述介质围框为非导电材质。
[0016]本发明公开的一种小型化圆极化天线，具有以下有益效果:
[0017]1.由于采用四臂结构，本发明的天线体积与传统类型的天线相比大幅缩小，更有利于该天线在小型化无线设备中的推广和应用。
[0018]2.随着天线正方形边长的增加，天线增益也会增加；
[0019]3.随着天线长方体高度的增加，天线增益也会增加；
[0020]4.天线的圆极化轴比较常规天线低，同时轴比带宽也较宽；
[0021]5.四端口等幅馈电，各端口依次相移90°，使天线在辐射过程中合成轴比较好的圆极化波。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的左旋圆极化的示意图；
[0023]图2是本发明的右旋圆极化的示意图；
[0024]图3是本发明的爆炸示意图；
[0025]图4是短路点和馈电点的示意图；
[0026]图5是本发明的连接示意图；
[0027]图6是实施例1的天线结构图；
[0028]图7是实施例1在1268MHz时的增益方向图；
[0029]图8是实施例1在1256MHz时的增益方向图；
[0030]图9是实施例1在1277MHz时的增益方向图；
[0031]图10是实施例1在宽频带1256-1277MHZ时的轴比曲线合并图；
[0032]图11是实施例2的天线结构图；
[0033]图12是实施例2在1555MHz时的增益方向图；
[0034]图13是实施例2在1560MHz时的增益方向图；
[0035]图14是实施例2在1566MHz时的增益方向图；
[0036]图15是实施例2在1575MHz时的增益方向图；
[0037]图16是实施例2在宽频带1555-1575MHZ的轴比曲线图；
[0038]图17是实施例3的天线结构图；
[0039]图18是实施例3在1606MHz时的增益方向图；
[0040]图19是实施例3在1612MHz时的增益方向图；
[0041]图20是实施例3在1615MHz时的增益方向图；
[0042]图21是实施例3在1621MHz时的增益方向图；
[0043]图22是实施例3在宽频带1606-1621MHZ的轴比曲线图；
[0044]图23是实施例4的天线结构图；
[0045]图24是实施例4在2485MHz时的增益方向图；
[0046]图25是实施例4在2490MHz时的增益方向图；
[0047]图26是实施例4在2495MHz时的增益方向图；
[0048]图27是实施例4在宽频带2485-2495MHZ的轴比曲线图；
[0049]其中:
[0050]1-辐射体2-辐射单元
[0051]3-功分馈电网络21-短路点
[0052]22-馈电点31-第一 PCB 板
[0053]32-第二 PCB 板33-第三 PCB 板
[0054]34-功分移相器
【具体实施方式】
[0055]下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
[0056]请参见图3和图5，图3是本发明的爆炸示意图，图5是本发明的连接示意图。本发明一种小型化圆极化天线，包括辐射体1、辐射单元2和功分馈电网络3。所述辐射体I为横截面为正方形的长方体，长方体表面紧贴有四面电路结构相同的辐射单元2。所述功分馈电网络3包括功分移相器34、第一 PCB板31、第二 PCB板32和第三PCB板33，第一 PCB板31上设有功分移相网络至辐射体的变换电路，第二 PCB板32和第三PCB板33上共同设有输入端至功分移相网络的变换电路，第一 PCB板31的上部连接辐射单元2，下部连接功分移相器34，功分移相器34连接第二 PCB板32，第二 PCB板32连接第三PCB板33，第三PCB板33底部设有连接器探针。辐射单元2底部呈“h”形或左右翻转的“h”形(见图1和图2)，其中，“h”形结构对应左旋圆极化天线，左右翻转的“h”形对应右旋圆极化天线，“h”形的两个底脚分别设有馈电点22和短路点21 (见图4)，馈电点22连接第一变换电路的输入端，短路点21接地。
[0057]需要说明的是，辐射体I由低介电常数的LDS激光塑胶制成；长方体为空心结构或实心结构，空心结构的长方体既可以设有顶盖也可以没有顶盖；辐射单元2中除“h”形或左右翻转的“h”形之外的其他结构为直线、曲线或折线形式，既可以每面辐射单元设置在长方体的一面上，也可以每面辐射单元延伸至其他相邻的面上。正方形的边长大于Imm且小于最大可加工尺寸，优选10mm。功分移相器34外围设有用于防偏移的介质围框，介质围框为非导电材质。
[0058]考虑到实际需要，表面辐射单元2可由LDS技术直接在辐射体I表面活化成型，并通过后期的沉铜电镀工艺实现，最终实现立体电路的功能。
[0059]辐射体I的结构尺寸根据技术指标 的变化可进行调整，横截面边长可变(从1_至最大可加工范围)，辐射体I高度可变，辐射单元2的结构形式具有多样性(要求馈电端短路结构以及弯折阵子的各种变异形状)，除馈电位置与工作频率有关需要固定设计之外，其余辐射部分可以进行变化设计。
[0060]实施例1-4为目前北斗导航领域的部分天线根据本发明设计的结果，本发明可应用的领域包含所有使用圆极化天线的设备。
[0061]实施例1
[0062]请参见图6-图10。1268MHz为北斗二代导航的一个工作频率，本发明针对北斗二代导航设计的尺寸为正方形边长10mm，根据本发明所设计的右旋圆极化天线在该体积下效率高，可使目前的便携、手持类装备的体积更小。附图为该天线关键指标一一增益方向图和轴比的计算结果。
[0063]图7所示为在1268Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0064]图8所示为在1256Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0065]图9所示为在1277Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0066]图10所示为在宽频带1256-1277MHZ时的轴比曲线合并图；
[0067]由以上图示可以看出，本发明所设计的针对北斗二代导航的右旋圆极化天线轴比更好、效率更高。
[0068]实施例2
[0069]请参见图11-图16。1561MHz为北斗二代导航的一个工作频率，本发明针对北斗二代导航设计的尺寸为正方形边长10mm，根据本发明所设计的右旋圆极化天线在该体积下效率高，同时该天线还兼容了 GPS天线的功能。可使目前的便携、手持类装备的体积更小。附图为该天线关键指标一一增益方向图和轴比的计算结果。
[0070]图12所示为在1555Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0071]图13所示为在1560Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0072]图14所示为在1566Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0073]图15所示为在1575Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0074]图16所示为在宽频带1555-1277MHZ时的轴比曲线合并图；
[0075]由以上图示可以看出，本发明所设计的针对北斗二代导航的右旋圆极化天线轴比更好、效率更高。
[0076]实施例3
[0077]请参见图17-图22。1616MHz为北斗一代导航地面设备的发射频率，本发明针对北斗二代导航设计的尺寸为正方形边长10mm，根据本发明所设计的左旋圆极化天线在该体积下效率高。可使目前的便携、手持类装备的体积更小。附图为该天线关键指标一一增益方向图和轴比的计算结果。
[0078]图18所示为在1606Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0079]图19所示为在1612Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0080]图20所示为在1615Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0081]图21所示为在1621Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0082]图22所示为在宽频带1606-1621MHZ时的轴比曲线合并图；
[0083]由以上图示可以看出，本发明设计的针对北斗一代导航地面设备的发射左旋圆极化天线轴比更好、效率更高。
[0084]实施例4
[0085]请参见图23-图26。2492MHz为北斗一代导航地面设备的接收频率，本发明针对北斗二代导航设计的尺寸为正方形边长10mm，根据本发明所设计的右旋旋圆极化天线在该体积下效率高。可使目前的便携、手持类装备的体积更小。附图为该天线关键指标一一增益方向图和轴比的计算结果。
[0086]图24所示为在2485Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0087]图25所示为在2490Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0088]图26所示为在2495Mhz时该天线在不同角度下的增益值；
[0089]图27所示为在宽频带2485-2495MHZ时的轴比曲线合并图；
[0090]由以上图示可以看出，本发明设计的针对北斗一代导航地面设备的接收左旋圆极化天线轴比更好、效率更高。
[0091]仿真计算结果表明，该天线的技术指标较高，并且随着天线正方形边长的增加，天线增益也会增加，可根据系统的设计需要改进天线结构达到指标要求。
[0092]传统天线的体积大约为35mmX35mmX5mm，本发明所说明的天线体积可做到1mmX 1mmX20mm,比传统同类型的天线缩小了 68%，更有利于在该天线在小型化无线设备中的推广和应用。
[0093]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种小型化圆极化天线，其特征在于，包括辐射体、辐射单元和功分馈电网络，所述辐射体为横截面为正方形的长方体，长方体表面紧贴有四面电路结构相同的辐射单元，所述功分馈电网络包括功分移相器、第一 PCB板、第二 PCB板和第三PCB板，第一 PCB板上设有功分移相网络至辐射体的变换电路，第二 PCB板和第三PCB板上共同设有输入端至功分移相网络的变换电路，第一 PCB板的上部连接辐射单元，下部连接功分移相器，功分移相器连接第二 PCB板，第二 PCB板连接第三PCB板，第三PCB板底部设有连接器探针；辐射单元底部呈“h”形或左右翻转的“h”形，“h”形结构对应左旋圆极化天线，左右翻转的“h”形结构对应右旋圆极化天线，“h”形的两个底脚分别设有馈电点和短路点，馈电点连接第一变换电路的输入端，短路点接地。2.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述辐射体由低介电常数的LDS激光塑胶制成。3.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述长方体为空心结构。4.根据权利要求3所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述长方体设有顶盖。5.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述长方体为实心结构。6.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述辐射单元中除“h”形或左右翻转的“h”形之外的其他结构为直线、曲线或折线形式，且每面辐射单元仅设置在长方体的一面上。7.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述辐射单元中除“h”形或左右翻转的“h”形之外的其他结构为直线、曲线或折线形式，且每面辐射单元延伸至其他相邻的面上。8.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述正方形的边长大于Imm且小于最大可加工尺寸。9.根据权利要求1所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述功分移相器外围设有用于防偏移的介质围框。10.根据权利要求9所述的一种小型化圆极化天线，其特征在于，所述介质围框为非导电材质。
【专利摘要】本发明涉及一种小型化圆极化天线，包括辐射体、辐射单元和功分馈电网络，所述辐射体为长方体，长方体表面紧贴有辐射单元，所述功分馈电网络底部设有连接器探针；辐射单元底部呈“h”形或左右翻转的“h”形，“h”形结构对应左旋圆极化天线，左右翻转的“h”形结构对应右旋圆极化天线，“h”形的两个底脚分别设有馈电点和短路点，馈电点连接第一变换电路的输入端，短路点接地。本发明的优点体现在：由于采用四臂结构，本发明的天线体积与传统类型的天线相比大幅缩小，更有利于该天线在小型化无线设备中的推广和应用；随着天线正方形边长、高度的增加，天线增益也会增加；天线的圆极化轴比较常规天线低，同时轴比带宽也较宽。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q23/00, H01Q1/36
【公开号】CN104882668
【申请号】CN201510218239
【发明人】王博
【申请人】王博
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月30日