阅读说明：本技术 一种加载l型枝节的圆极化毫米波微带天线 (Circular polarization millimeter wave microstrip antenna loaded with L-shaped branches ) 是由 严冬 程威 王平 陈逸飞 郭琪富 杭锐 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线,属于无线通信领域。天线属于单层结构,天线辐射面和馈线结构分别位于介质板的上下表面。包括RT/duroid 5880介质基板、方形槽、一对倒L型微扰条以及锤形微带馈线；方形槽位于介质板上的天线辐射表面,方形槽的外边界与介质板的边界重合；两个倒L型微扰条分别位于方形槽的对角处,且与方形槽相连接；锤形微带馈线位于介质板的下表面,处于介质板中间偏右位置,馈线底部与介质板边界接触,形成天线的馈电端。本天线的工作频段位于5G FR2频段之内,阻抗带宽提升明显,圆极化辐射性能良好,结构简单,尺寸较小,具有一定的应用价值。(The invention relates to a circularly polarized millimeter wave microstrip antenna loaded with L-shaped branches, and belongs to the field of wireless communication. The antenna belongs to a single-layer structure, and the antenna radiation surface and the feeder structure are respectively positioned on the upper surface and the lower surface of the dielectric plate. The micro-strip antenna comprises an RT/duroid5880 dielectric substrate, a square groove, a pair of inverted L-shaped micro-disturbance strips and a hammer-shaped micro-strip feeder line; the square groove is positioned on the antenna radiation surface of the dielectric plate, and the outer boundary of the square groove is overlapped with the boundary of the dielectric plate; the two inverted L-shaped perturbation strips are respectively positioned at the opposite corners of the square groove and are connected with the square groove; the hammer-shaped microstrip feeder is positioned on the lower surface of the dielectric plate and is positioned at the right position in the middle of the dielectric plate, and the bottom of the feeder is contacted with the boundary of the dielectric plate to form a feed end of the antenna. The working frequency band of the antenna is located within the frequency band of 5G FR2, the impedance bandwidth is obviously improved, the circularly polarized radiation performance is good, the structure is simple, the size is small, and the antenna has a certain application value.)

一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线。

背景技术

第五代(5G)移动通信技术正在迅速发展普及中。相比4G，5G通信具有高速率、超低时延、大容量、高可靠等优点，可满足当今社会日益增长的数据传输需求。5G通信标准首次将毫米波频段作为其FR2通信频段，从而为5G网络提供极致的数据传输速度和超大容量。因此，研究与设计可用于5G移动设备的毫米波天线是近年来的研究热点。

相比线极化天线，圆极化天线由于具有减少极化失配和有效抑制毫米波多径效应等优点，所以圆极化天线较适用于5G网络中设备到设备(D2D)的无线通信。

设计圆极化毫米波天线的现有技术方案较多，这里列举其中几种：①通过两个平行的电偶极子和磁偶极子且以90°的相位差激励它们，从而激发圆极化辐射特性。②通过一个带有双圆透镜的共形偏振器来产生圆极化辐射模式。③在阿基米德螺旋辐射器上添加异形环的结构辐射圆极化波。

第①种技术方案中的天线直径仅有0.38mm，结构较简单，谐振频率为28GHz，但是阻抗带宽较窄，只有8％。

第②种技术方案中的天线谐振频率为29GHz，阻抗带宽达到34.5％(24GHz～32GHz)。但是该天线的结构过于复杂，天线实物需要借助3D打印来完成，制作工艺比较复杂，天线的实际工程应用价值较小。

第③种技术方案中的天线的阻抗带宽可以达到46.63％，增益最高为6.49dBi，但是天线的物理尺寸较大，长度达到30mm，不利于天线集成到通信设备中。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线，解决天线带宽较窄、结构较复杂等问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线，包括RT/duroid5880介质基板、方形槽、两个倒L型微扰条以及锤形微带馈线；

方形槽位于介质板上的天线辐射表面，方形槽的外边界与介质板的边界重合；

两个倒L型微扰条分别位于方形槽的对角处，且与方形槽相连接；

锤形微带馈线位于介质板的下表面，处于介质板中间偏右位置，馈线底部与介质板边界接触，形成天线的馈电端；

天线辐射表面的方形槽和两个倒L型微扰条用来激发两个振幅相同、相位差为90°的正交模，从而辐射圆极化波。

可选的，所述天线的工作频段位于5G FR2频段之内，谐振频率为24.4GHz。

可选的，所述介质基板的下表面的锤形微带馈线，不与天线辐射表面位于同一平面上，通过临近耦合馈电的方式，将能量传递给天线的辐射表面，从而有效扩展天线带宽。

可选的，所述方形槽位于天线辐射表面，为正方形结构，边长为5.5mm；位于方形槽对角处的倒L型微扰条长度为2.2mm，宽度为1.6mm。

可选的，所述微带馈线为下宽0.65mm，上宽0.904mm，高2.65mm的锤形结构；微带馈线结构中心位于方形介质基板中心线右侧0.225mm处。

本发明的有益效果在于：本发明采用临近耦合馈电技术，天线微带馈线和辐射表面不在同一平面内，底部馈线与天线辐射表面呈现电容耦合效果，同时底部的馈线周围为开放状态，阻抗带宽提升明显。同时在天线的辐射表面通过加载两个90°的“L型”枝节辐射圆极化波，圆极化辐射性能良好，且简化了天线结构。天线尺寸仅为5.5*5.5*0.127mm，具有小型化，易于集成的优点。结构为单层结构，加工制作难度小。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为天线辐射表面结构示意图；

图2为天线底部微带馈线结构示意图；

图3为天线结构侧视图；

图4为天线回波损耗S11图；

图5为天线轴比AR图；

图6为天线增益图；

图7为天线辐射方向图(24.4GHz，XOZ)；

图8为天线辐射方向图(24.4GHz，YOZ)。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1-3所示，本发明提供的一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线，包括RT/duroid5880介质基板、方形槽、一对倒L型微扰条以及锤形微带馈线；方形槽位于介质板上的天线辐射表面，方形槽的外边界与介质板的边界重合；两个倒L型微扰条分别位于方形槽的对角处，且与方形槽相连接；锤形微带馈线位于介质板的下表面，处于介质板中间偏右位置，馈线底部与介质板边界接触，形成天线的馈电端；

所述天线辐射表面的方形槽和一对倒L型微扰条用来激发两个振幅相同、相位差为90°的正交模，从而辐射圆极化波；

所述天线的工作频段位于5G FR2频段之内，谐振频率为24.4GHz。

所述介质基板下表面的锤形微带馈线，不与天线辐射表面位于同一平面上，通过临近耦合馈电的方式，将能量传递给天线的辐射表面，从而有效扩展天线带宽。

所述一种加载L型枝节的圆极化毫米波微带天线各部分的长度如表1所示单位为(mm)。

表1圆极化毫米波微带天线各部分的长度

其中，所述位于天线辐射表面的方形槽为长5.5mm的正方形结构，位于方形槽对角处的倒L型微扰条长度为2.2mm，宽度为1.6mm。

所述微带馈线为下宽0.65mm，上宽0.904mm，高2.65mm的锤形结构；微带馈线结构中心位于方形介质基板中心线右侧0.225mm处。

本发明的圆极化毫米波微带天线，结构简单，圆极化辐射性能良好。圆极化毫米波微带天线的主要参数指标为回波损耗(S11)和轴比(AR)。S11参数图如图4所示，从图4中可以得出天线的谐振频率为24.4GHz，谐振频率处的回波损耗为-32.79dB。回波损耗小于-10dB的相对带宽为25.8％(21.13GHz～27.43GHz)；AR参数图如图5所示，从图5中可以得出轴比AR小于3dB的相对带宽为47.1％，频率范围是17.99GHz～29.5GHz。此外从图8可知，天线回波损耗小于-10dB的频段为21.13GHz～27.43GHz，所以天线轴比小于3dB的频段正好覆盖回波损耗S11小于-10dB的频段。

天线的增益如图6所示，从图6可以得出在天线回波损耗S11小于-10dB的频率范围内(21.13GHz～27.43GHz)，天线增益最小为3.93dBi，在谐振频率24.4GHz处增益最大为4.32dBi。

本发明圆极化天线的谐振频率24.4GHz在XOZ平面和YOZ平面的远场方向图如图7和图8所示。由图可知，该天线沿着Z轴的正半轴方向辐射左旋圆极化(LHCP)波，沿着Z轴的负半轴方向辐射右旋圆极化(RHCP)波，圆极化辐射性能良好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。