本發(fā)明涉及射頻微波通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線。

背景技術(shù)：

近幾年，隨著頻譜資源的緊缺和通信容量要求的不斷增加，使得雙極化、高寬帶天線成為研究的熱點(diǎn)，改善天線隔離度已成為諸多無線電系統(tǒng)天線中經(jīng)常遇到的問題。對于現(xiàn)有的多層饋電貼片天線，雖然采用兩個正交放置的饋電結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)雙極化性能，且隔離度較高，但是天線本身尺寸較大，不利于射頻前端的集成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的提供一種具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線，旨在解決現(xiàn)有多層饋電貼片天線尺寸較大而不利于射頻前端的集成的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線，包括輻射層、孔徑耦合層以及饋電層，所述輻射層擬合在所述孔徑耦合層的上方，所述饋電層擬合在所述孔徑耦合層的下方，其中：

所述輻射層的上表面設(shè)置有圓形輻射貼片，所述孔徑耦合層的上表面設(shè)置有環(huán)形耦合貼片；

所述饋電層的上表面敷設(shè)有敷銅金屬面，該敷銅金屬面刻蝕有第一饋電縫隙、第二饋電縫隙以及隔離縫隙；

所述饋電層的下表面設(shè)置第一饋線以及第二饋線，第一饋線與第二饋線垂直設(shè)置在饋電層的下表面，第一饋線與饋電層的長邊之間連接處設(shè)置有第一端口，第二饋線與饋電層的寬邊之間連接處設(shè)置有第二端口；

所述第一端口和第二端口用于將外部信號源產(chǎn)生的信號分別饋電給第一饋線和第二饋線，所述饋電層用于將信號轉(zhuǎn)換為電磁波并通過第一饋電縫隙和第二饋電縫隙將電磁波傳遞至孔徑耦合層上表面的環(huán)形耦合貼片；

所述環(huán)形耦合貼片用于將電磁波耦合至所述輻射層上表面的圓形輻射貼片，所述圓形輻射貼片將用于電磁波發(fā)射至外界環(huán)境中。

優(yōu)選的，所述圓形輻射貼片還用于從外界環(huán)境中接收電磁波，并將電磁波傳遞至所述孔徑耦合層上表面的環(huán)形耦合貼片；所述環(huán)形耦合貼片還用于通過第一饋電縫隙和第二饋電縫隙將電磁波傳遞至所述饋電層；所述饋電層還用于將電磁波轉(zhuǎn)化成兩路正交信號，第一饋線和第二饋線將兩路正交信號通過第一端口和第二端口輸出。

優(yōu)選的，所述輻射層與孔徑耦合層之間采用塑膠螺絲或尼龍柱擬合，所述饋電層與孔徑耦合層之間采用塑膠螺絲或尼龍柱擬合。

優(yōu)選的，所述輻射層、孔徑耦合層和饋電層均采用介電常數(shù)為4.4的FR4材料制成的矩形介質(zhì)板，其中，所述輻射層、孔徑耦合層以及饋電層的長度和寬度均為l5.5mm，所述輻射層和孔徑耦合層的厚度均為1.6mm，所述饋電層的厚度為0.8mm。

優(yōu)選的，所述圓形輻射貼片采用圓形金屬銅片制成，該圓形輻射貼片的半徑為5.1mm。

優(yōu)選的，所述環(huán)形耦合貼片采用環(huán)形金屬銅片制成，該環(huán)形耦合貼片的外圓半徑為7.5mm，內(nèi)圓半徑為4.5mm。

優(yōu)選的，所述第一饋電縫隙和第二饋電縫隙均為鏤空矩形縫隙，所述鏤空矩形縫隙的長度為5.8mm、寬度為2.8mm。

優(yōu)選的，所述第一饋電縫隙距離饋電層的長邊、寬邊的距離均為1.35mm，所述第二饋電縫隙距離饋電層的長邊、寬邊的距離均為1.35mm。

優(yōu)選的，所述第一饋線的一端設(shè)置在饋電層的長邊中軸線的距離1.5mm處，所述第二饋線的一端設(shè)置在饋電層的寬邊中軸線的距離1.5mm處。

優(yōu)選的，所述隔離縫隙為鏤空長條縫隙，該鏤空長條縫隙的長度為19.8mm、寬度為0.4mm。

優(yōu)選的，所述隔離縫隙以傾角為45°的排列方向刻蝕在所述饋電層上表面的對角線上。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線采用上述技術(shù)方案，達(dá)到了如下技術(shù)效果：本發(fā)明所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線，該天線的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，通過在輻射層上表面設(shè)置一個圓形輻射貼片，展寬了天線的帶寬；采用在饋電層的上表面刻蝕一個傾角為45°的隔離縫隙，提高了天線兩端口的隔離度。通過仿真結(jié)果證明，本發(fā)明所述天線可以在一個較寬的工作頻段(9.6GHz-22.4GHz)內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙極化，并且在整個工作頻段內(nèi)的天線隔離度均優(yōu)于15dB。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線中的饋電層下表面的兩根饋線分布示意圖；

圖3為本發(fā)明具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線的反射系數(shù)的仿真結(jié)果示意圖；

圖4為本發(fā)明具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線的兩個端口之間的隔離度的仿真結(jié)果示意圖。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，將在具體實(shí)施方式部分一并參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成上述目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1所示，圖1是本發(fā)明具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線包括輻射層1、孔徑耦合層2以及饋電層3。所述輻射層1擬合在孔徑耦合層2的上方，所述饋電層3擬合在孔徑耦合層2的下方。所述輻射層1與孔徑耦合層之間采用塑膠螺絲或尼龍柱擬合，所述饋電層3與孔徑耦合層2之間采用塑膠螺絲或尼龍柱擬合。所述輻射層1、孔徑耦合層2以及饋電層3均采用介電常數(shù)為4.4的FR4材料制成的矩形介質(zhì)板。其中，所述輻射層1、孔徑耦合層2以及饋電層3的長度l和寬度w均優(yōu)選為l5.5mm，輻射層1的厚度h₁和孔徑耦合層2的厚度h₂均為1.6mm，饋電層3的厚度h3優(yōu)選為0.8mm。

所述輻射層1的上表面設(shè)置有圓形輻射貼片10，所述圓形輻射貼片10采用金屬銅片制成的圓形貼片，其半徑r₃優(yōu)選為5.1mm。本發(fā)明采用輻射層1上表面設(shè)置的圓形輻射貼片10，能夠展寬天線的帶寬。

所述孔徑耦合層2的上表面設(shè)置有環(huán)形耦合貼片20，所述環(huán)形耦合貼片20采用金屬銅片制成的環(huán)形貼片，其外圓的半徑r₁優(yōu)選為7.5mm，內(nèi)圓的半徑r₂優(yōu)選為4.5mm。本發(fā)明采用孔徑耦合層2上表面設(shè)置的環(huán)形耦合貼片20，實(shí)現(xiàn)電磁波的孔徑耦合并能夠進(jìn)一步展寬天線的帶寬。

所述饋電層3的上表面設(shè)置有一個作為接地平面的敷銅金屬面30，該敷銅金屬面30刻蝕有第一饋電縫隙31、第二饋電縫隙32以及隔離縫隙33。第一饋電縫隙31和第二饋電縫隙32均為鏤空矩形縫隙，其長度l₁為5.8mm、寬度w₁為2.8mm，兩個鏤空矩形內(nèi)沒有涂覆金屬銅。第一饋電縫隙31距離饋電層3的長邊、寬邊的距離S_h均為1.35mm，第二饋電縫隙32距離饋電層3的長邊、寬邊的距離S_h均為1.35mm。所述第一饋電縫隙31和第二饋電縫隙32以垂直排列方向刻蝕在所述饋電層3的上表面。所述隔離縫隙33為沒有涂覆金屬銅的鏤空長條縫隙，該鏤空長條縫隙的長度l₃為19.8mm、寬度w₃為0.4mm。所述隔離縫隙33刻蝕在饋電層3上表面的對角線上，在本實(shí)施例中，所述隔離縫隙33以傾角為45°的設(shè)置方向且長度約為λg(λg為9GHz的有效波長)刻蝕在饋電層3上表面的對角線上。由于所述饋電層3的上表面設(shè)置了隔離縫隙33，能夠減小天線兩端口P₁、P₂之間的電磁波相互干擾，從而提高天線隔離度。

如圖2所示，圖2是本發(fā)明所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線中的饋電層下表面的兩根饋線分布示意圖。在本實(shí)施例中，所述饋電層3的下表面設(shè)置有兩根饋線，包括第一饋線34以及第二饋線35，第一饋線34的一端設(shè)置在饋電層3的長邊中軸線的距離1.5mm處(S＝1.5mm)；第二饋線35的一端設(shè)置在饋電層3的寬邊中軸線的距離1.5mm處。第一饋線34與饋電層3的長邊之間連接處設(shè)置有第一端口P₁，第二饋線35與饋電層3的寬邊之間連接處設(shè)置有第二端口P₂。第一饋線34與第二饋線35的長度l_f均為4.15mm，寬度wf均為1.06mm。第一饋線34與第二饋線35垂直設(shè)置在饋電層3的下表面，從而使得第一端口P₁和第二端口P₂的極化方式相互垂直，因此本發(fā)明所述天線具有雙極化特性。

一并參考圖1和圖2所示，本實(shí)施例所述的天線可以通過圓形輻射貼片10將外部信號源產(chǎn)生的信號通過電磁波的形式發(fā)射至外界環(huán)境(例如外界大氣)中，也可以通過圓形輻射貼片10接收外界環(huán)境中的電磁波，以實(shí)現(xiàn)天線的雙極化特性。具體地，在所述天線發(fā)送電磁波時，通過外部信號源產(chǎn)生信號對第一端口P₁和第二端口P₂進(jìn)行激勵。第一端口P₁和第二端口P₂將信號分別饋電給第一饋線34和第二饋線35，所述饋電層3將信號轉(zhuǎn)換為電磁波并通過第一饋電縫隙31和第二饋電縫隙32將電磁波傳遞至孔徑耦合層2上表面的環(huán)形耦合貼片20。所述環(huán)形耦合貼片20將電磁波耦合至所述輻射層1上表面的圓形輻射貼片10，所述圓形輻射貼片10將電磁波發(fā)射至外界環(huán)境中。在所述天線接收電磁波時，所述圓形輻射貼片10可以從外界環(huán)境中接收電磁波，并將電磁波傳遞至孔徑耦合層2上表面的環(huán)形耦合貼片20；所述環(huán)形耦合貼片20通過第一饋電縫隙31和第二饋電縫隙32將電磁波傳遞至饋電層3，所述饋電層3將電磁波轉(zhuǎn)化成兩路正交信號，第一饋線34和第二饋線35將兩路正交信號通過第一端口P₁和第二端口P₂輸出。

如圖3所示，圖3為本發(fā)明具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線的兩個端口的反射系數(shù)的仿真結(jié)果示意圖。在本實(shí)施例中，反射系數(shù)S₁₁表示信號從第一端口P₁輸入并從第一端口P₁反射出來的仿真結(jié)果；反射系數(shù)S₂₂表示信號從第二端口P₂輸入并從第二端口P₂反射出來的仿真結(jié)果。從圖3中可以看出，天線的工作頻帶為9.6GHz-22.4GHz，天線的相對帶寬為80％。

如圖4所示，圖4為本發(fā)明具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線的兩個端口之間的隔離度的仿真結(jié)果示意圖。在本實(shí)施例中，S₂₁表示第二端口P₂與第一端口P₁之間的隔離度，從圖4可以看出，S₂₁的仿真結(jié)果表示天線在整個工作頻帶(9.6GHz-22.4GHz)內(nèi)天線的隔離度低于-15dB。

本發(fā)明所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線采用的布局設(shè)計，利用HFSS電磁仿真軟件可以得到天線在頻率13GHz處的3D輻射方向圖，第二端口P2與第一端口P1的輻射最大值分別在X軸和Y軸上，即兩個端口的極化方式是垂直的，因此本發(fā)明所述天線具有雙極化特性。此外，本發(fā)明所述具有雙極化性能的孔徑耦合饋電的寬帶貼片天線，該天線的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，通過在輻射層1上表面設(shè)置一個圓形輻射貼片，展寬了天線的帶寬；采用在饋電層3的上表面刻蝕一個傾角為45°的隔離縫隙，提高了天線兩端口的隔離度。通過仿真結(jié)果證明，本發(fā)明所述天線可以在一個較寬的工作頻段(9.6GHz-22.4GHz)內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙極化，并且在整個工作頻段內(nèi)的天線隔離度均優(yōu)于15dB。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效功能變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。