基于螺旋结构的宽带圆极化磁电偶极子天线及通信设备

本发明涉及一种磁电偶极子天线，尤其是一种基于螺旋结构的宽带圆极化磁电偶极子天线及通信设备，属于无线通信。

背景技术：

1、磁电偶极子天线是一种采用互补的电偶极子和磁偶极子组成的天线，和传统的微带贴片天线相比，具有宽带宽，低交叉极化和稳定方向图等特点，目前被广泛应用于各类无线通信系统。磁电偶极子天线通常由水平的电偶极子、垂直的磁偶极子以及馈电结构组成。和线极化相比，圆极化天线可以接收任意方向的来波，改善路径损耗，同时还能够抑制雨雾反射杂波的干扰。目前磁电偶极子天线实现圆极化的方法大致分为两类，第一类是采用双馈或者多馈的方法，尽管可以获得较宽的圆极化带宽，但是采用外置耦合器或功分器网络会增加整体天线的尺寸和设计难度；另一种是采用单馈的设计方法，该方法具有更简单的馈电结构，缺点是圆极化带宽较窄。

2、目前采用单馈电的磁电偶极子天线圆极化带宽较窄，一般低于40％。此外对于高增益的磁电偶极子天线设计大多针对线极化天线，高增益的圆极化磁电偶极子天线鲜有报道。传统的提升天线增益的设计方法多采用天线阵列的形式，需设计复杂的馈电网络，且引入的插入损耗也不可避免。

3、中国专利公开号为cn114784492a的发明专利申请公开了一种小型化siw高增益磁电偶极子天线阵列，该天线采用二元层叠天线阵的形式实现了小型化的磁电偶极子天线阵，但该天线相对带宽仅为29％，只辐射线极化波，且采用阵列的形式会显著增加天线尺寸。

4、中国专利公开号为cn114284736a的发明专利申请采用天线阵列的方法设计了高增益的圆极化透射阵天线，然而额外的馈电网络使得设计更加复杂，且馈电网络引入的插入损耗也不可避免。

5、目前此领域大多是线极化磁电偶极子天线，具备宽带功能的磁电偶极子天线大多只辐射线极化波；圆极化磁电偶极子天线的带宽包括阻抗带宽、圆极化带宽和3db增益带宽较窄，难以满足宽带无线通信系统需求；兼具高增益和宽带圆极化特性的磁电偶极子天线较少报道；传统高增益的磁电偶极子天线多采用天线阵列，尺寸较大，设计复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于螺旋结构的宽带圆极化磁电偶极子天线，该天线具有高增益、宽频带、圆极化、结构紧凑和设计简单的优点。

2、本发明的另一目的在于提供一种包含上述宽带圆极化磁电偶极子天线的通信设备。

3、本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

4、一种基于螺旋结构的宽带圆极化磁电偶极子天线，包括介质板、金属地板、激励端口、微带馈电线、十字型槽、磁电偶极子结构和螺旋结构，所述金属地板设置在介质板的上表面，所述十字型槽蚀刻在金属地板的中间，所述磁电偶极子结构和螺旋结构均设置在金属地板上，磁电偶极子结构位于靠近十字型槽的位置，螺旋结构位于磁电偶极子结构的周围，所述微带馈电线设置在介质板的下表面，所述激励端口与微带馈电线相连。

5、进一步的，所述磁电偶极子结构包括水平金属贴片和垂直金属贴片，所述水平金属贴片为四个，四个水平金属贴片平行于介质板，且四个水平金属贴片关于介质板的中心旋转对称；垂直金属贴片为八个，八个垂直金属贴片垂直于介质板，每两个垂直金属贴片分别与一个水平金属贴片的其中两侧相连。

6、进一步的，所述磁电偶极子结构还包括连接条带，其中一对对角上的两个水平金属贴片之间通过连接条带相连。

7、进一步的，所述微带馈电线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的一端与激励端口相连，第一微带线的另一端与第二微带线的一端相连，所述第二微带线的另一端与十字型槽的位置相对应。

8、进一步的，所述第一微带线与50欧姆阻抗匹配，通过调整第二微带线的长度和宽度实现天线整体阻抗匹配。

9、进一步的，所述第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度，第一微带线的长度小于第二微带线的长度。

10、进一步的，所述十字型槽包括第一矩形槽和第二矩形槽，所述第一矩形槽与第二矩形槽相互垂直，且第一矩形槽和第二矩形槽分别位于金属地板两条对角线的中心。

11、进一步的，所述第一矩形槽的长度大于第二矩形槽的长度。

12、进一步的，所述螺旋结构包括五个螺旋线圈。

13、本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

14、一种通信设备，包括上述的宽带圆极化磁电偶极子天线。

15、本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

16、本发明天线与现有线极化磁电偶极子天线相比，不需要复杂的双馈及多馈馈电网络即可实现圆极化特性，设计简单，结构紧凑；采用新型的十字型槽，使得原有天线的阻抗带宽和圆极化带宽得到大幅度提升，带宽指标均优于现有技术；在未改变原有磁电偶极子天线辐射结构的前提下，设计了高增益宽带圆极化磁电偶极子天线，通过引入螺旋结构，使得天线的最大增益和3db增益带宽均得到显著提高，因此本发明天线具有高增益、宽频带、圆极化、设计简单、结构紧凑的优点。

技术特征：

1.一种基于螺旋结构的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，包括介质板、金属地板、激励端口、微带馈电线、十字型槽、磁电偶极子结构和螺旋结构，所述金属地板设置在介质板的上表面，所述十字型槽蚀刻在金属地板的中间，所述磁电偶极子结构和螺旋结构均设置在金属地板上，磁电偶极子结构位于靠近十字型槽的位置，螺旋结构位于磁电偶极子结构的周围，所述微带馈电线设置在介质板的下表面，所述激励端口与微带馈电线相连。

2.根据权利要求1所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述磁电偶极子结构包括水平金属贴片和垂直金属贴片，所述水平金属贴片为四个，四个水平金属贴片平行于介质板，且四个水平金属贴片关于介质板的中心旋转对称；垂直金属贴片为八个，八个垂直金属贴片垂直于介质板，每两个垂直金属贴片分别与一个水平金属贴片的其中两侧相连。

3.根据权利要求2所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述磁电偶极子结构还包括连接条带，其中一对对角上的两个水平金属贴片之间通过连接条带相连。

4.根据权利要求1所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述微带馈电线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的一端与激励端口相连，第一微带线的另一端与第二微带线的一端相连，所述第二微带线的另一端与十字型槽的位置相对应。

5.根据权利要求4所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一微带线与50欧姆阻抗匹配，通过调整第二微带线的长度和宽度实现天线整体阻抗匹配。

6.根据权利要求5所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度，第一微带线的长度小于第二微带线的长度。

7.根据权利要求1所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述十字型槽包括第一矩形槽和第二矩形槽，所述第一矩形槽与第二矩形槽相互垂直，且第一矩形槽和第二矩形槽分别位于金属地板两条对角线的中心。

8.根据权利要求7所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一矩形槽的长度大于第二矩形槽的长度。

9.根据权利要求1所述的宽带圆极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述螺旋结构包括五个螺旋线圈。

10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的宽带圆极化磁电偶极子天线。

技术总结
本发明公开了一种基于螺旋结构的宽带圆极化磁电偶极子天线及通信设备，所述天线包括介质板、金属地板、激励端口、微带馈电线、十字型槽、磁电偶极子结构和螺旋结构，所述金属地板设置在介质板的上表面，所述十字型槽蚀刻在金属地板的中间，所述磁电偶极子结构和螺旋结构均设置在金属地板上，磁电偶极子结构位于靠近十字型槽的位置，螺旋结构位于磁电偶极子结构的周围，所述微带馈电线设置在介质板的下表面，所述激励端口与微带馈电线相连。本发明天线具有高增益、宽频带、圆极化、结构紧凑和设计简单的优点。

技术研发人员：丁康,吴艳杰,黎政挺,邓峤枫,罗华娣
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12