一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线

本发明涉及通信技术的天线领域，具体涉及一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线。

背景技术：

1、天线是一种用于发射和接收电磁波的无线电设备，它在通信系统中发挥着举足轻重的作用，在实际应用中，不同的通信环境对天线的需求是不相同的。定向天线只能朝某个特定方向辐射，全向天线可以实现方位面内360°辐射，在无线局域网(wlan)、基站和便携式设备等众多无线通信系统中，都需要全向天线进行通信。全向天线分为垂直极化全向天线和水平极化全向天线，水平极化全向天线可以应用于城市或者室内无线通信环境中，因为在该环境中传播的电磁波经过复杂的多次反射或散射后，极化特性会发生变化，垂直极化波相比于水平极化波更容易受到这些环境的影响。所以在电视广播通信系统中，通常使用水平极化全向天线进行通信，并且水平极化全向天线在手机、平板和笔记本电脑中也有广泛应用。

2、随着5g/6g通信的飞速发展，多种无线通信系统共存的场景会长期存在，实现天线的宽带化、小型化设计，可以节约基站的资源和成本。目前窄带水平极化全向天线的设计已经非常成熟和多样，但是在宽带水平极化全向天线的设计中还存在一些问题和挑战，其中，天线带宽和尺寸是一对设计矛盾点，尺寸包括天线整体结构尺寸和剖面尺寸。目前结构简单且剖面较低的水平极化全向天线工作带宽较小，而带宽较大的水平极化全向天线通常尺寸较大且结构复杂、馈电网络复杂。面对目前的通信环境，设计出高性能的水平极化全向天线不仅具有重要的学术价值，也具有重要的工程应用意义。

3、现有技术的缺点主要有以下几点：

4、(1)通过电偶极子阵列方式实现的水平极化全向天线，大多是三维立体结构，其剖面较高，占用空间较大，加工成本较高；

5、(2)通过组合环天线结构实现的水平极化全向天线剖面相对较低，但是带宽较窄；

6、(3)现有的水平极化全向天线难以同时实现大带宽、小尺寸、简单的结构和馈电网络，限制了水平极化全向天线在无线通信系统中的应用。

7、因此研究一种大带宽、尺寸小且易于加工的水平极化全向天线是很有必要的。

技术实现思路

1、发明目的：为解决现有宽带水平极化全向天线存在的整体尺寸大且结构复杂的问题，本发明提出了一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，可同时实现大带宽、整体尺寸小和结构简单，可用于无线通信等领域。

2、技术方案：一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，包括第一介质基板、单环辐射贴片、第一馈电端口和阻抗匹配线，所述单环辐射贴片设置在第一介质基板的上表面，所述第一馈电端口通过阻抗匹配线对单环辐射贴片馈电；

3、所述单环辐射贴片为非周期非均匀缝隙电容加载结构，所述非周期非均匀缝隙电容加载结构是通过在圆环传输线上沿靠近第一馈电端口的环路方向非周期的切割缝隙且切割的各缝隙的弧度均不同得到的；

4、切割的缝隙等效为在圆环传输线上引入串联电容，通过引入串联电容，使单环辐射贴片上的电流相位和电流方向保持不变，获得水平极化全向辐射模式。

5、进一步的，通过改变缝隙的弧度，调节天线谐振频点和天线阻抗匹配效果，增加天线的带宽。

6、进一步的，所述第一馈电端口和阻抗匹配线均位于单环辐射贴片的内部。

7、进一步的，通过调节阻抗匹配线的长度和宽度，实现调节第一馈电端口与单环辐射贴片的阻抗匹配。

8、本发明还公开了一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，包括第二介质基板、外环辐射贴片、内环辐射贴片和第二馈电端口；所述外环辐射贴片、内环辐射贴片和第二馈电端口均位于第二介质基板的上表面，内环辐射贴片作为寄生环设置在外环辐射贴片内部，所述第二馈电端口对外环辐射贴片直接馈电，对内环辐射贴片耦合馈电；

9、所述外环辐射贴片为非周期非均匀缝隙电容加载结构，所述非周期非均匀缝隙电容加载结构是通过在圆环传输线上沿靠近第二馈电端口的环路方向非周期的切割缝隙且切割的各缝隙的弧度均不同得到的；切割的缝隙等效为在圆环传输线上引入串联电容，通过引入串联电容，使外环辐射贴片上的电流相位和电流方向保持不变，获得水平极化全向辐射模式；

10、在内环辐射贴片上切割的缝隙的弧度和位置与外环辐射贴片上切割的缝隙的弧度和位置对应相同，形成水平极化全向辐射的同时调节天线的阻抗匹配。

11、进一步的，通过改变缝隙的弧度、外环辐射贴片的宽度和内环辐射贴片的宽度共同调节天线的谐振频率和阻抗匹配。

12、进一步的，通过调节外环辐射贴片和内环辐射贴片的半径和宽度，使外环辐射贴片和内环辐射贴片的谐振点互相靠近，实现拓展天线带宽。

13、有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

14、(1)本发明基于非周期非均匀缝隙电容加载结构，提出了一种单环宽带水平极化全向天线，可同时实现宽带、整体尺寸小、结构简单和馈电简单等优点；

15、(2)本发明基于非周期非均匀缝隙电容加载结构，提出了双环带宽水平极化全向天线，通过在基于非周期非均匀缝隙电容加载的单环宽带水平极化全向天线内部加载寄生环，可进一步增加天线的带宽并简化馈电结构；

16、(3)本发明基于非周期非均匀缝隙电容加载结构，解决了现有宽带水平极化全向天线整体尺寸较大、结构较复杂的问题。

技术特征：

1.一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：包括第一介质基板、单环辐射贴片、第一馈电端口和阻抗匹配线，所述单环辐射贴片设置在第一介质基板的上表面，所述第一馈电端口通过阻抗匹配线对单环辐射贴片馈电；

2.根据权利要求1所述的一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：通过改变缝隙的弧度，调节天线谐振频点和天线阻抗匹配效果，增加天线的带宽。

3.根据权利要求1所述的一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述第一馈电端口和阻抗匹配线均位于单环辐射贴片的内部。

4.根据权利要求1所述的一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：通过调节阻抗匹配线的长度和宽度，实现调节第一馈电端口与单环辐射贴片的阻抗匹配。

5.一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：包括第二介质基板、外环辐射贴片、内环辐射贴片和第二馈电端口；所述外环辐射贴片、内环辐射贴片和第二馈电端口均位于第二介质基板的上表面，内环辐射贴片作为寄生环设置在外环辐射贴片内部，所述第二馈电端口对外环辐射贴片直接馈电，对内环辐射贴片耦合馈电；

6.根据权利要求5所述的一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：通过改变缝隙的弧度、外环辐射贴片的宽度和内环辐射贴片的宽度共同调节天线的谐振频率和阻抗匹配。

7.根据权利要求5所述的一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，其特征在于：通过调节外环辐射贴片和内环辐射贴片的半径和宽度，使外环辐射贴片和内环辐射贴片的谐振点互相靠近，实现拓展天线带宽。

技术总结
本发明公开了一种基于非周期非均匀缝隙电容加载的环型宽带水平极化全向天线，包括第一介质基板、单环辐射贴片、第一馈电端口和阻抗匹配线，单环辐射贴片设置在第一介质基板的上表面，第一馈电端口通过阻抗匹配线对单环辐射贴片馈电；单环辐射贴片为非周期非均匀缝隙电容加载结构，非周期非均匀缝隙电容加载结构是通过在圆环传输线上沿靠近第一馈电端口的环路方向非周期的切割缝隙且切割的各缝隙的弧度均不同得到的；切割的缝隙等效为在圆环传输线上引入串联电容，通过引入串联电容，使单环辐射贴片上的电流相位和电流方向保持不变，获得水平极化全向辐射模式。

技术研发人员：朴大志,张美威,宋皎皎
受保护的技术使用者：中国传媒大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23