一种应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线。

背景技术

目前天线在无线通信系统中是不可或缺的一部分，作为发射和接受电磁波的设备，在无线通信中扮演着至关重要的角色。随着移动通信技术和各种无线系统的快速发展，能够显著提高通信质量的多波段多极化天线逐渐引起了人们的广泛关注。微带天线由于其剖面低，小型化，低成本等优点被广发使用。

伴随着无人机技术、航空航天技术的发展，天线需要覆盖的范围扩大，线极化天线已经很难满足应用的需求，与之相比，圆极化天线有着许多优点。目前线极化工作方式常用于无线通信方面，但是单一的极化方式已不能满足定位、导航等方面的需求。因此有必要设计一种新的应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的提出的一种应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线，以解决上述现有技术中存在的至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线，包括上层介质基板及位于上层介质基板的正下方的下层介质基板，所述上层介质基板的上表面设置有开槽圆贴片，所述上层介质基板下表面设置有微带枝节，所述微带枝节通过铜柱与开槽圆贴片连接，所述下层介质基板的上表面设置有地板，所述地板上设置有圆环槽和圆弧槽，所述下层介质基板的下表面设置有微带馈线，所述微带馈线与端口连接，所述端口在微带馈线的起始端与地板连接，信号从所述端口进入，所述微带馈线在接受到信号后，通过所述微带馈线耦合激励地板上刻蚀的加载圆弧槽的圆环槽，实现对上层介质板上印刷的开槽圆形贴片上刻蚀的矩形槽耦合激励。

优选地，所述开槽圆形贴片相对于上层基板几何中心对称，所述开槽圆形贴片上设置有矩形槽，所述矩形槽向左倾斜60°，印刷于所述上层介质基板下表面的微带枝节位于上层介质基板的左下方，所述微带枝节与上表面的矩形槽平行设置。

优选地，所述圆环槽相对于下层介质基板几何中心对称，所述圆环槽的右下方设置有圆弧槽。

优选地，所述下层介质板下表面的微带馈线相对于地板轴对称，所述微带馈线为50Ω微带馈线。

优选地，所述下层介质基板的上表面印刷有金属的地板，所述下层介质板下表面的微带馈线将信号传播到地板上的同时，通过金属的地板所开的圆弧槽和圆环槽，将信号向上方传播，透过上层介质基板与下层介质基板中的空气为上层介质基板上印刷的开槽圆行贴片进行缝隙耦合馈电。

优选地，所述下层介质基板上表面印刷的地板上加载的圆环槽和圆弧槽，用于将地板上的电流路径进行改变，将主模分为两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，形成第一个左旋圆极化频点。

优选地，所述上层介质基板的上表面的开槽圆形贴片上加载的矩形槽能够将主模分为两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，产生第一个右旋圆极化频点，同时受到低频主模圆极化电流的耦合影响，产生第二个左旋圆极化频点，拓展了低频的圆极化轴比带宽。

优选地，所述上层介质基板下表面的微带枝节，通过铜柱与上层板上表面的开槽圆形贴片连接，在拓展带宽的同时产生了第二个右旋圆极化频点，扩宽了高频带的轴比带宽。

与现有技术相比，本发明提供的一种应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线，具备以下有益效果：

1、通过微带馈线耦合激励地板上刻蚀的加载圆弧槽的圆环槽可以将主模分为两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，形成第一个左旋圆极化频点(2.00GHz)，同时通过地板上刻蚀的加载圆弧槽的圆环槽耦合激励了上层介质基板的开槽圆贴片。

2、通过在上层介质基板的上表面的开槽圆贴片加载的矩形槽被地板上的加载弧形槽的圆环槽激励，产生了第一个右旋的圆极化频点(3.33GHz)，同时受到低频主模圆极化电流的耦合影响，产生第二个左旋圆极化频点(2.11GHz)；通过在圆贴片上加载的矩形槽，能够产生两个旋向不同的圆极化频点；本发明通过寄生的微带枝节可以产生第二个右旋圆极化频点(3.42GHz)。本发明结构创新，简单。

3、通过设置两层介质基板，上层介质基板主要产生右旋的圆极化频点，下层的介质基板主要产生左旋的圆极化频点，上下两层中间有空气层分隔开，这样子可以将左旋圆极化频点和右旋圆极化频点中间的相互干扰降低。同时下层介质基板上的地板加载的圆弧槽半径比上层介质基板的圆贴片半径小，可以将带内增益提高，获得较高的增益水平。

4、本发明设计的天线相比于其他天线，拥有宽的轴比带宽和相似且较高的带内增益，且增益方向图稳定良好。

附图说明

图1为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的三维结构示意图；

图2为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的上层介质基板俯视图；

图3为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的下层介质基板俯视图；

图4为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的侧视图；

图5为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的仿真S

图6为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的仿真的左旋和右旋增益曲线图；

图7为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的仿真的轴比参数曲线图。

图8为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线在2.00GHz频率的XOZ平面方向图的仿真结果图；

图9为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在2.00GHz频率的YOZ平面方向图的仿真结果图；

图10为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在2.11GHz频率的XOZ平面方向图的仿真结果图；

图11为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在2.11GHz频率的YOZ平面方向图的仿真结果图；

图12为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在3.33GHz频率的XOZ平面方向图的仿真结果图；

图13为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在3.33GHz频率的YOZ平面方向图的仿真结果图；

图14为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在3.42GHz频率的XOZ平面方向图的仿真结果图；

图15为本发明所述应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线的在3.42GHz频率的YOZ平面方向图的仿真结果图；

图中：1、上层介质基板；2、下层介质基板；3、开槽圆形贴片；4、微带枝节；5、铜柱；6、地板；7、圆环槽；8、圆弧槽；9、微带馈线；10、端口；11、矩形槽；h

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅附图1-15所示，本发明实施例提供一种应用于无线通信系统的宽带双频双圆极化槽天线包括上层介质基板1及位于上层介质基板1的正下方的下层介质基板2，所述上层介质基板2的上表面设置有开槽圆贴片3，所述上层介质基板1下表面设置有微带枝节4，所述微带枝节4通过铜柱5与开槽圆贴片3连接，所述下层介质基板2的上表面设置有地板6，所述地板6上设置有圆环槽7和圆弧槽8，所述下层介质基板2的下表面设置有微带馈线9，所述微带馈线9与端口10连接，所述端口10在微带馈线9的起始端与地板6连接，信号从所述端口10进入，所述微带馈线9在接受到信号后，通过所述微带馈线9耦合激励地板6上刻蚀的加载圆弧槽10的圆环槽7，实现对上层介质板1上印刷的开槽圆形贴片3上刻蚀的矩形槽11耦合激励。

在一个具体的实施例中，如图1-3所示,所述开槽圆形贴片3相对于上层基板1几何中心对称，所述开槽圆形贴片3上设置有矩形槽11，所述矩形槽11向左倾斜60°，印刷于所述上层介质基板1下表面的微带枝节4位于上层介质基板1的左下方，所述微带枝节4与上表面的矩形槽11平行设置。

本实施例中，上层介质基板1在下层介质基板2的正上方，位于上层介质基板1上表面的开槽圆行贴片3，开槽圆行贴片3开的矩形槽11相对于开槽圆行贴片3中心对称，矩形槽11向左倾斜60°，且呈矩形状，微带枝节4位于上层介质基板1的左下方，与开槽圆行贴片3加载的矩形槽11平行。

在一个具体的实施例中，如图3所示，所述圆环槽7相对于下层介质基板2几何中心对称，所述圆环槽7的右下方设置有圆弧槽8；所述下层介质板2下表面的微带馈线9相对于地板6轴对称，所述微带馈线9为50Ω微带馈线。

本实施例中，下层介质基板2在上层介质基板1的正下方。位于下层介质基板2上表面的地板6上加载了圆环槽7与圆弧槽8，圆环槽8相对于下层介质基板2中心对称，圆弧槽8位于圆环槽7的右下方；下表面的50Ω微带馈线9末端宽度较起始段宽，微带馈线9相对于地板6轴对称。

在一个具体的实施例中，如图1-3所示,所述下层介质基板2的上表面印刷有金属的地板6，所述下层介质板2下表面的微带馈线9将信号传播到地板6上的同时，通过金属的地板6所开的圆弧槽10和圆环槽9，将信号向上方传播，透过上层介质基板1与下层介质基板2中的空气为上层介质基板1上印刷的开槽圆行贴片3进行缝隙耦合馈电。

在一个具体的实施例中，如图1-15所示,所述下层介质基板2上表面印刷的地板6上加载的圆环槽7和圆弧槽8，用于将地板上的电流路径进行改变，将主模分为两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，形成第一个左旋圆极化频点；所述上层介质基板1的上表面的开槽圆形贴片3上加载的矩形槽11能够将主模分为两个幅度相等、相位相差90°的正交简并模，产生第一个右旋圆极化频点，同时受到低频主模圆极化电流的耦合影响，产生第二个左旋圆极化频点，拓展了低频的圆极化轴比带宽；所述上层介质基板1下表面的微带枝节4，通过铜柱5与上层板上表面的开槽圆形贴片3连接，在拓展带宽的同时产生了第二个右旋圆极化频点，扩宽了高频带的轴比带宽。

如图4所示，可以看到上层介质基板1厚度h

如图5为本实例宽带双频双圆极化槽天线的仿真S

如图6为本实例宽带双频双圆极化槽天线的仿真的左旋和右旋增益曲线图，可以看到低频带的旋向为左旋，高频带的旋向为右旋，且带内增益平稳。

如图7本实例宽带双频双圆极化槽天线的仿真的轴比参数曲线图，测量到两个波段的3db轴比频段分别为1.96GHz至2.13GHz和3.29GHz至3.47GHz，相应的圆极化方向分别为左侧圆极化(LHCP)和右侧圆极化(RHCP)。

如图8-11分别为低频带内的轴比频点2.00GHz频率和2.11GHz频率的XOZ面和YOZ面的方向图。图12-15分别为低频带内的轴比频点3.33GHz频率和3.42GHz频率的XOZ面和YOZ面的方向图。可以看出低频带和高频带的圆极化方向分别为左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。