本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種電小平面惠更斯源天線。

背景技術(shù)：

在天線技術(shù)領(lǐng)域中，電小天線由于其緊湊的結(jié)構(gòu)、較小的尺寸，因此有著巨大的應(yīng)用前景，得到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，電小天線受限于半波諧振的工作模式，其輻射性能等較差，不適用于遠(yuǎn)距離無線通信、以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)領(lǐng)域。常用的提升電小天線輻射性能的方法有使用大型的地板作為反射板，或者利用周期性的結(jié)構(gòu)構(gòu)成陣列天線等。然而，這些方法都將增大天線的尺寸，使其難以保持電小的特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電小平面惠更斯源天線，該天線不僅可以保持的電小、低剖面的特性，還具有良好的輻射性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電小平面惠更斯源天線，包括：層疊設(shè)置的上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板；電偶極子，貼設(shè)于所述上層介質(zhì)基板的上表面；磁偶極子，貼設(shè)于所述下層介質(zhì)基板的下表面；第一激勵(lì)條帶和第二激勵(lì)條帶，設(shè)置在所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板之間；同軸電纜，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體穿過所述下層介質(zhì)基板以與所述第一激勵(lì)條帶相連，外導(dǎo)體穿過所述下層介質(zhì)基板以與所述第二激勵(lì)條帶相連。

可選地，所述磁偶極子包括組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半圓環(huán)金屬片，兩個(gè)所述半圓環(huán)金屬片的端部之間有一間隙；每個(gè)半圓環(huán)金屬片的端部形成有朝向所述半圓環(huán)金屬片圓心延伸的金屬枝節(jié)，所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板均為與所述磁偶極子同軸設(shè)置的圓形板。

可選地，所述半圓環(huán)金屬貼片的圓環(huán)寬度為1.5mm-2mm，所述金屬枝節(jié)的長度為5mm-7mm。

可選地，所述同軸電纜位于所述下層介質(zhì)基板的圓心處，且與所述下層介質(zhì)基板垂直布置。

可選地，所述第一激勵(lì)條帶和所述第二激勵(lì)條帶均為L型結(jié)構(gòu)，所述同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體與所述第一激勵(lì)條帶的拐折點(diǎn)相連，所述同軸電纜的外導(dǎo)體與所述第二激勵(lì)條帶的拐折點(diǎn)相連。

可選地，該L型結(jié)構(gòu)短臂的長度為7mm-9mm，該L型結(jié)構(gòu)長臂的長度為13mm-15mm。

可選地，所述電偶極子包括關(guān)于所述上層介質(zhì)基板的圓心呈對(duì)稱布置的兩部分金屬條帶，每部分金屬條帶包括主體部、第一徑向部和第二徑向部，所述主體部呈S型結(jié)構(gòu)，所述第一徑向部從所述主體部的一端延伸至所述上層介質(zhì)基板的圓心，所述第二徑向部從所述主體部的另一端延伸至所述上層介質(zhì)基板的邊緣，所述第二徑向部位于所述第一徑向部的延伸線上。

可選地，所述電偶極子的金屬條帶的寬度為1.3mm-1.8mm，所述金屬條帶的總長度為93mm-98mm。

可選地，所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板的厚度均為0.5mm-1mm，且所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板的半徑均為15mm-17mm。

可選地，所述電偶極子、所述磁偶極子以及所述第一激勵(lì)條帶與第二激勵(lì)條帶均為厚度相同的金屬貼片。

通過上述技術(shù)方案，一方面利用近場耦合諧振技術(shù)，通過將電偶極子和磁偶極子有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單饋源的電小惠更斯源天線，使得該天線可以良好的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離無線通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等對(duì)方向性有嚴(yán)格要求的環(huán)境；另一方面，該惠更斯源天線直接采用非平衡饋電，即單個(gè)同軸電纜饋電，不再需要巴倫、功分器等其它的輔助饋電結(jié)構(gòu)。此外，電偶極子采用曲折線型，在保證其電小特性的同時(shí)，減少了電偶極子與磁偶極子的正對(duì)面，從而減小了兩者之間的互耦，簡化了天線調(diào)節(jié)的過程。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的磁偶極子的俯視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的第一激勵(lì)條帶和第二激勵(lì)條帶的俯視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的電偶極子的俯視圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的反射系數(shù)|S₁₁|和頻率的關(guān)系曲線圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的E平面、H平面輻射場方向圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種電小平面惠更斯源天線，該天線包括：層疊設(shè)置的上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2，這里，上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2可以采用半固化片粘連，也可以采用塑料螺栓固定；上層介質(zhì)基板1的上表面貼設(shè)有電偶極子11，下層介質(zhì)基板2的下表面貼設(shè)有磁偶極子21，上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2之間設(shè)置有第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23；另外，本發(fā)明還包括同軸電纜3，包括內(nèi)導(dǎo)體31和外導(dǎo)體32，內(nèi)導(dǎo)體32穿過下層介質(zhì)基板2與第一激勵(lì)條帶22相連，外導(dǎo)體32穿過下層介質(zhì)基板2與第二激勵(lì)條帶23相連。通過上述技術(shù)方案，一方面，利用近場耦合諧振技術(shù)，通過將電偶極子11和磁偶極子21有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單饋源的電小惠更斯源天線，使得該惠更斯源天線可以良好地應(yīng)用于遠(yuǎn)距離無線通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等對(duì)方向性要求較為嚴(yán)格的技術(shù)領(lǐng)域；另一方面，該惠更斯源天線直接采用非平衡饋電，即單個(gè)同軸電纜3饋電，不再需要使用巴倫、功分器等其它的輔助饋電結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單并且易于制造等優(yōu)勢。

具體地，如圖2所示，磁偶極子21包括組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半圓環(huán)金屬片211，這里，由于產(chǎn)生磁偶極子的條件需要有環(huán)形電流，并且為了使得電流流經(jīng)的路徑較為平滑，將磁偶極子21的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)成兩個(gè)半圓環(huán)金屬片211的形式，另外，電流路徑的平滑也有助于拓展磁偶極子的帶寬；并且，為了保證磁偶極子21環(huán)形電流的產(chǎn)生，兩個(gè)半圓環(huán)金屬片211的端部之間可以留有一定的間隙；在本發(fā)明中，每個(gè)半圓環(huán)金屬片211的端部形成有朝向半圓環(huán)金屬片211圓心延伸的金屬枝節(jié)212，這里，形成金屬枝節(jié)212是為了與第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23相互作用，從而激勵(lì)起環(huán)形電流。

如圖1和圖3所示，上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2均為與磁偶極子21為同軸設(shè)置的圓形板，同軸電纜3位于下層介質(zhì)基板2的圓心處，且與下層介質(zhì)基板2垂直布置，第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23均為L型結(jié)構(gòu)，并且第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23可以設(shè)置在上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2之間，同軸電纜3的內(nèi)導(dǎo)體31與第一激勵(lì)條帶22的拐折點(diǎn)相連，同軸電纜3的外導(dǎo)體32與第二激勵(lì)條帶23的拐折點(diǎn)相連，這樣，直接用同軸電纜3對(duì)第一激勵(lì)條帶22進(jìn)行饋電，不再需要巴倫、功分器等其它的輔助饋電結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，并且安裝方便。

如圖4所示，本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施方式中，電偶極子11形成在上層介質(zhì)基板1上，為曲折線的結(jié)構(gòu)形式。具體地，電偶極子11可以設(shè)計(jì)成關(guān)于上層介質(zhì)基板1的圓心呈中心對(duì)稱布置的兩部分金屬條帶，每部分金屬條帶包括主體部111、第一徑向部112和第二徑向部113，主體部111呈S型結(jié)構(gòu)，第一徑向部112從主體部111的一端延伸至上層介質(zhì)基板1的圓心，第二徑向部113從主體部111的另一端延伸至上層介質(zhì)基板1的邊緣，第二徑向部113位于第一徑向部112的延伸線上。采用這種對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式，一方面，這可以減少不必要的尺寸，保證惠更斯源天線的小型化、緊湊化；另一方面，電偶極子11采用曲折線型，可以在保證惠更斯源天線具有電小特性的同時(shí)，減少了電偶極子11與磁偶極子21的正對(duì)面，從而減小電偶極子11與磁偶極子21之間的耦合，簡化惠更斯源天線調(diào)節(jié)的過程。

具體地，根據(jù)本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施方式，為了更為方便地通過近場耦合技術(shù)來保證惠更斯源天線的輻射特性，利用單個(gè)激勵(lì)源同時(shí)激勵(lì)起電偶極子11和磁偶極子11，同時(shí)保證電偶極子11和磁偶極子12的輻射強(qiáng)度相接近，本發(fā)明中，上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2的厚度均為0.5mm-1mm，且上層介質(zhì)基板1和所述下層介質(zhì)基板2的半徑均為15mm-17mm，半圓環(huán)金屬貼片211的圓環(huán)寬度為1.5mm-2mm，金屬枝節(jié)212的長度為5mm-7mm，該L型結(jié)構(gòu)短臂的長度為7mm-9mm，該L型結(jié)構(gòu)長臂的長度為13mm-15mm，電偶極子11的金屬條帶寬度為1.3mm-1.8mm，電偶極子21總長度為93mm-98mm。

另外，電偶極子11、磁偶極子21以及第一激勵(lì)條帶22與第二激勵(lì)條帶均23為厚度相同的金屬貼片，本發(fā)明提供的電小平面惠更斯源天線優(yōu)選覆銅薄膜。

本發(fā)明提供的一個(gè)具體實(shí)施例中，上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2的厚度均為0.787mm，半徑均為16.25mm，選用的材料均為Rogers Duroid 5880，相對(duì)介電常數(shù)為2.2，相對(duì)磁導(dǎo)率為1.0，損耗角正切為0.0009，其它的參數(shù)尺寸如表1所示。表1中，W代表電偶極子單元的寬度，R代表介質(zhì)基板的半徑，L6代表磁偶極子半圓環(huán)末端枝節(jié)的長度，W2代表磁偶極子半圓環(huán)末端枝節(jié)的寬度，W1代表磁偶極子兩半圓環(huán)之間縫隙的寬度，R1代表磁偶極子單元圓環(huán)的內(nèi)半徑，L7、L8代表激勵(lì)源L型條帶兩端的長度。

依照上述參數(shù)，使用HFSS對(duì)所設(shè)計(jì)的電小平面惠更斯源天線的反射系數(shù)|S₁₁|特性參數(shù)進(jìn)行仿真分析，如圖5和圖6所示。

表1本發(fā)明各參數(shù)最佳尺寸表

其分析結(jié)果如下：

圖5為本發(fā)明的仿真得到的S參數(shù)隨頻率變化的曲線圖，所涉及的天線諧振頻點(diǎn)為1.578GHz，反射系數(shù)為-15.99dB，-10dB帶寬為27MHz(1.561GHz-1.588GHz)，可以涵蓋GPS L1頻段；圖6為仿真的電小平面惠更斯源天線在諧振頻點(diǎn)1.578GHz時(shí)分別在E面和H面的方向圖。從圖中可以看出，該電小平面惠更斯源天線具有端射特性，在諧振頻點(diǎn)處，該天線的最大增益值為3.714dBi，前后比為20.5dB，輻射效率為84.67％，可見天線具有緊湊結(jié)構(gòu)的同時(shí)，有著良好的輻射性能。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。