[发明专利]一种带有小型化地平面的圆极化微带贴片天线

说明书

本发明涉及一种带有小型化地平面的圆极化微带贴片天线，基于自上至下依次设置圆极化贴片天线本体（2）、介质基板（1）、矩形金属地平面（4），在圆极化贴片天线本体（2）表面设计馈电点（3）与U形槽（5）组合结构，并配合矩形金属地平面（4）外周各枝节组中长枝节（6）的设计，构建所设计圆极化微带贴片天线；并在圆极化贴片天线本体（2）外周设计微调贴片（7）、以及针对各枝节组中增设短枝节（8）做进一步设计，进一步在控制天线整体体积的同时，提升天线工作效率；设计所获圆极化微带贴片天线具有定向圆极化辐射、小尺寸、低后瓣、大轴比带宽的特点，并具有良好的阻抗匹配、以及足够的效率。

技术领域

本发明涉及一种带有小型化地平面的圆极化微带贴片天线，属于贴片天线技术领域。

背景技术

现有常见用于RFID读写器的圆极化贴片天线有简单圆极化贴片天线、U形开槽贴片天线、叠层贴片天线；其中，简单圆极化贴片天线的结构上包括一个矩形或切角方形贴片、一个地平面、以及一个馈电点，原理是贴片支持两个线极化谐振模式，其极化正交，谐振频率略有不同。通过同时激励这两个模式，产生幅度相等，相位差90°的两个线极化模式，叠加可得圆极化辐射；但是简单圆极化贴片天线带宽较窄，特别是圆极化带宽很窄，难以达到1%，对于一些常见应用，例如RFID读写器，这个带宽无法满足需求。

U形开槽贴片天线，结构是在简单圆极化贴片天线的基础上，在其贴片上增加一个U形槽，原理是U形槽可以提供一个电容，能用来抵消馈电探针的电感。在天线厚度较大，馈电探针电感较大时，依然能保证天线的阻抗匹配，可以用来制作宽带线极化/圆极化贴片天线；虽然U形开槽贴片天线带宽比“简单圆极化贴片天线”大，但是依然较窄，圆极化带宽往往也只能达到2-3%。使用U形开槽贴片天线结构时，想要提升带宽，只能增加天线厚度，并且难以同时满足RFID读写器对带宽和厚度的需求。

叠层贴片天线结构是在简单圆极化贴片天线的基础上，额外添加一个寄生贴片，寄生贴片一般放置在主天线的上方，尺寸略小，原理是通过寄生贴片的谐振，额外产生一个轴比零点，可以大幅度提高天线的轴比带宽，叠层贴片天线的带宽较大，而且可以在相对薄的情况下实现足够的带宽，但是其结构较为复杂，如其名字所述，需要多层结构。这会增加成本，降低生产效率。

同时，以上所有现有技术，均需要保证天线的地平面尺寸显著大于贴片尺寸，否则天线后瓣会增大，后瓣的辐射方向指向天线地平面的背面，这部分辐射的能量会被浪费掉，会降低主瓣的增益，还可能对天线背面的设备造成干扰。因此使用这些现有技术的天线，难以实现小型化，现有技术中尽管有很多关于缩小天线尺寸的研究，但这些研究往往都只关注天线本身的小型化，对“天线地平面的小型化”的研究较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带有小型化地平面的圆极化微带贴片天线，采用全新结构设计，在拥有高效天线性能的同时，能够有效控制天线整体体积。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种带有小型化地平面的圆极化微带贴片天线，包括介质基板、圆极化贴片天线本体、馈电点、矩形金属地平面、以及四个分别与矩形金属地平面四边一一对应的枝节组；

其中，圆极化贴片天线本体为矩形形状，圆极化贴片天线本体以其与介质基板相平行的姿态、设置于介质基板的其中一表面上，并定义介质基板的该表面为其顶面，圆极化贴片天线本体上设置贯穿其两面的U形槽，U形槽用于调整圆极化贴片天线本体的天线阻抗，馈电点设置于圆极化贴片天线本体上背向介质基板的表面上，且馈电点的设置位置位于U形槽的开口位置、或者位于U形槽的半包围区域内部；

矩形金属地平面以其与介质基板相平行的姿态、设置于介质基板的另一表面上，并定义介质基板的该表面为其底面，且沿垂直于介质基板表面的投影方向，圆极化贴片天线本体的投影位于矩形金属地平面的投影内；