[发明专利]一种准各向同性天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种准各向同性天线，属于物联网与微波技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的发展，为了实现信号的均匀覆盖，人们提出了具有准各向同性辐射特性的天线。准各向同性天线的三个主工作面均呈现各向同性、近似球形的波束，故通常也被称为点源天线。另一方面，随着物联网技术的发展，为了有效识别和读取物联网环境中的各种目标和物件，标签天线应该具有近似全向的覆盖特性，以便建立与读卡器天线之间的通信链路。因此，研制结构简单、成本低廉的准各向同性天线，成为无线通信与物联网领域中的重要课题之一。

但是现在这类天线多采用旋转对称结构来实现准各向同性，有的甚至还需要外接功分移相馈电网络，这大大增加了准各向同性天线的设计复杂度，使得准各向同性天线制作难度大，成本也无法降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准各向同性天线，该方法采用两个平行导体片由短路面短接的设计方法，可以实现三个主工作面（X-Z平面，Z-Y平面与X-Y平面）的全向辐射，更有利于信号的均匀覆盖。并且结构简单、体积小、制作成本低廉。

本发明一种准各向同性天线，无需复杂的旋转对称结构，也无需附加复杂的功分移相馈电网络，极大降低了准各向同性天线的实现难度和工艺复杂度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种准各向同性天线，包括顶层导体片、底层导体片、馈电单元、短路面，其中，顶层导体片为扇形，顶层导体片的两个直边通过短路面与底层导体片短接；顶层导体片与底层导体片平行。

作为本发明的进一步优化方案，所述顶层导体片的圆心角范围为90°到360°。

作为本发明的进一步优化方案，所述底层导体片为圆形、扇形或矩形。

作为本发明的进一步优化方案，所述短路面垂直于顶层导体片。

作为本发明的进一步优化方案，所述顶层导体片、底层导体片之间的间距与顶层导体片的半径之和为波长的1/5-7/20倍。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明一种准各向同性天线，可以实现三个主工作面（X-Z平面，Z-Y平面与X-Y平面）均呈现准各向同性辐射的特性，产生三个主工作面全向辐射特性，能更好地传递无线电信息，顶层和底层导体片中间使用空气介质，具有结构简单、体积小、制作成本低廉等特点。

附图说明

图1是天线的正面结构与参考坐标示意图。

图2是天线的侧面结构与参考坐标示意图。

图3是采用HFSS软件计算的天线传输系数特性图。

图4是采用HFSS软件计算的天线方向图，其中，（a）是XZ工作面的天线方向图；（b）是ZY工作面的天线方向图；（c）是XY工作面的天线方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

对照附图1、图2，本发明一种准各向同性天线结构是：天线制作在两个具有平行结构的导体片上面，两个导体片之间通过短路面短接。顶层导体片1为扇形结构，其圆心角的范围为90°到360°。底层导体片2可以为圆形、扇形或矩形。顶层导体片1和底层导体片2之间的间距5与顶层导体片1的半径R之和为波长的1/5-7/20倍。

本发明中，馈电单元与顶层导体片1的圆心之间保持一定间距L，可以实现天线的三个主工作面（X-Z平面，Z-Y平面与X-Y平面）呈现各向同性辐射的特性。

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，其中，本实施例中顶层导体片1的圆心角为270°。

如图3所示的采用HFSS软件计算的天线传输系数特性图，设计的准各向同性天线的中心频率约为2.16GHz，反射系数低于-10dB的相对带宽为28.24%，可以看出该天线具有较宽的相对带宽。

如图4所示的采用HFSS软件计算的天线方向图，其中，（a）是准各向同性天线在2.16GHz频率下关于XZ工作面的天线方向图；（b）是准各向同性天线在2.16GHz频率下关于ZY工作面的天线方向图；（c）是准各向同性天线在2.16GHz频率下关于XY工作面的天线方向图。由实验数据可得，X-Y面的不圆度是0.9dB，Z-Y面的不圆度是1.279dB，X-Z面的不圆度是1.935dB；天线的三个主工作面的不圆度均低于6dB。由图4可见，在工作段内，天线的三个主工作面（X-Z平面，Z-Y平面与X-Y平面）均呈现准各向同性辐射特性，因此天线具有良好的准各向同性特性。