CN101488601B

CN101488601B - 一种基于负磁导率材料的高增益倒f天线

Info

Publication number: CN101488601B
Application number: CN200810017323A
Authority: CN
Inventors: 赵晓鹏; 安涛
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: CN101488601A

Abstract

本发明涉及一种倒F天线，特别是涉及一种基于负磁导率材料的高增益倒F天线。该倒F天线包括六边形金属铜开口谐振环，空气介质，平面辐射贴片，塑料支架，金属接地板，金属铜短路销钉和标准50欧姆同轴馈头。利用负磁导率材料的禁带效应抑制倒F天线空气介质中存在的电磁波高次模式，可在不改变原有倒F天线结构和方向性的条件下可有效的提高天线增益。

Description

一种基于负磁导率材料的高增益倒F天线

技术领域本发明涉及一种倒F天线，特别是涉及一种基于负磁导率材料的高增益倒F天线。

背景技术倒F天线由于其小尺寸、易于内置共形、美观、不宜损坏等特点被广泛的应用于无线通讯、手机终端等的收发天线。但是这种天线也有先天的缺陷，天线增益较低，一般不会超过2dBi；辐射效率差，甚至只有20-30％。

倒F天线的电磁波主要工作在基模，其不可避免会产生高次模式，如果将其高次模式电磁波抑制就能提高天线的增益。传统的做法是在介质表面或者金属接地板上构造具备电磁波禁带效应的负磁导率开口谐振环结构，这种做法是可以抑制高次模中的表面波模式，但它在提高天线的增益同时还会破坏天线的全向性；天线的介质基底中也存在着高次模式，这种高次模式主要在倒F天线的介质基底中传播，因而将具备禁带效应的六边形金属开口谐振环负磁导率材料置于倒F天线的空气介质中就能够很好的抑制倒F天线空气介质中存在的高次模式，从而可以在不影响倒F天线的全向性的条件下提高天线增益，改进其效率。

发明内容本发明的目的在于提供一种基于负磁导率材料的高增益倒F天线，利用六边形金属开口谐振环负磁导率材料的禁带效应抑制倒F天线空气介质中存在的高次模式，从而提高天线增益和辐射效率的倒F天线。这种倒F天线采用空气介质，其包括六边形金属铜开口谐振环、平面辐射贴片、金属铜短路稍钉、金属接地板、标准50欧同轴馈头。本发明的目的是这样实现的，将具备禁带效应的负磁导率材料六边形金属开口谐振环以平行于金属接地板的方向利用塑料支架固定于倒F天线的平面辐射贴片和金属接地板之间的空气介质中，倒F天线是工作在TM01或者TM10的基模模式下的，而电磁波在天线的空气介质中传播时，存在电磁波的高次模式，而六边形金属开口谐振环的存在明显的电磁禁带效应这样就能利用禁带效应将倒F天线空气介质中的高次模式充分抑制，从而降低了电磁波在倒F天线介质内部传播时的损耗，不但能够提高倒F天线增益而且还能提高辐射效率。该种结构的倒F天线增益可达3dBi以上，辐射效率也相应有所提高。

附图说明

图1基于负磁导率材料的高增益倒F天线立体示意图

图2基于负磁导率材料的高增益倒F天线平面辐射贴片结构示意图

图3具有禁带效应的六边形金属铜开口谐振环结构示意图。

图4具有禁带效应的六边形金属铜开口谐振环的S11回波损耗曲线。

图5基于负磁导率材料的高增益倒F天线辐射方向图。

具体实施方式

参阅图1、图2、图3，本发明的基于负磁导率材料的高增益倒F天线包括金属铜开口谐振环1、空气介质2、金属接地板3、金属短路稍钉4、标准50欧同轴馈头5、塑料支架6、平面辐射贴片7，金属铜短路稍钉4位于平面辐射贴片7与金属接地板3之间用于短接两者，半径为0.5mm，距离平面辐射贴片7的L边和右边缘分别为n和0.5mm；六边形金属开口谐振环1位于平面辐射贴片7的正下方，距离为3mm，并采用塑料支架2沿平行于金属接地板3的方向固定于空气介质2中。标准50欧同轴馈头5距离平面辐射贴片7的L边的距离为n，并与平面辐射贴片7焊接馈入电磁波。通过与金属接地板3平行放置金属开口谐振环1可以实现对倒F天线空气介质中的高次模式进行有效的抑制，从而减小电磁波能量在空气介质中的损失，提高倒F天线的增益。

本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：

实施例一：

采用塑料支架将一个六边形金属开口谐振环按照与金属接地板平行的方向固定放置，其非开口边的外环的一个顶点紧贴金属短路稍钉，六边形内环的内切圆半径为d₁＝13.7mm，外环的内切圆半径为d₂＝15.0mm，开口宽度为g＝0.30mm，线宽为c＝0.30mm，图4是其S21透射曲线图，由图知其出现禁带效应的中心频率在0.94GHz。禁带范围为0.93-0.95GHz，对应的倒F天线的金属辐射贴片的长度L＝66mm；宽度W＝12mm；标准50欧同轴馈头距离平面辐射贴片右边缘的距离为1.7mm，距L边n＝6mm，平面辐射贴片与金属接地板之间的距离h＝6mm，金属开口谐振环、平面辐射贴片和接地板采用的金属铜的厚度为0.2mm。得到的倒F天线的最大增益为3.958dBi，而没有六边形金属开口谐振环的相同倒F天线在其工作频率0.94GHz时的最大增益为3.80dBi，本发明相比之增益提高了0.158dBi，图5(a)是该天线的辐射方向图。

实施例二：

采用塑料支架将两个六边形金属开口谐振环按照与金属接地板平行的方向固定放置，其非开口边的外环的一个顶点紧贴金属短路稍钉，六边形内环的内切圆半径为d₁＝7.27mm，外环的内切圆直径为d₂＝8.57mm，开口宽度为g＝0.30mm，线宽为c＝0.3mm，图4是其S21透射曲线图，由图知其出现禁带效应的中心频率在1.777GHz。禁带范围为1.70-1.786GHz，对应的倒F天线的金属辐射贴片的长度L＝35mm；宽度W＝10mm；标准50欧同轴馈头距离平面辐射贴片右边缘的距离为1.9mm，距L边n＝5mm，平面辐射贴片与金属接地板之间的距离h＝6mm，金属开口谐振环、平面辐射贴片和接地板采用的金属铜的厚度为0.2mm。得到的倒F天线的最大增益为3.974dBi，而没有金属开口谐振环的相同倒F天线在其工作频率1.78GHz时的增益为2.034dBi。本发明相比之增益提高了1.913dBi，图5(b)是该天线的辐射方向图。

实施例三：

采用塑料支架将一个六边形金属开口谐振环按照与金属接地板平行的方向固定放置，其非开口边的外环的一个顶点紧贴金属短路稍钉，六边形内环的内切圆半径为d1＝5.82mm，外环的内切圆半径为d2＝7.12mm，开口宽带为g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，图4是其S21透射曲线图，由图知其出现禁带效应的中心频率在2.42GHz。禁带范围为2.40-2.46GHz，对应的倒F天线的金属辐射贴片的长度L＝22mm；宽度W＝gmm标准50欧同轴馈头距离平面辐射贴片右边缘的距离为1.8mm，距L边n＝4mm，平面辐射贴片与金属接地板之间的距离h＝6mm，金属开口谐振环、平面辐射贴片和接地板采用的金属铜的厚度为0.2mm。得到的倒F天线的最大增益为4.409dBi，而没有夹固金属开口谐振环的相同倒F天线在其频率2.448GHz时的增益为3.581dBi，本发明相比之增益提高了0.828dBi，图5(c)是该天线的辐射方向图。

Claims

1.一种基于负磁导率材料的高增益倒F天线，该天线包括六边形金属铜开口谐振环、塑料支架、平面辐射贴片、空气介质、金属接地板、金属短路销钉和标准50欧同轴馈头；其特征在于利用塑料支架将六边形金属铜开口谐振环固定于采用空气介质基底的倒F天线中。

2.如权利要求1所述的基于负磁导率材料的高增益倒F天线，其特征是采用六边形金属铜开口谐振环负磁导率材料，六边形内环的内切圆半径从5.82-13.7mm，外环的内切圆半径从7.12-15.0mm，开口宽度为0.3mm，线宽为0.3mm。

3.如权利要求1所述的基于负磁导率材料的高增益倒F天线，其特征是采用空气介质基底的倒F天线，天线的长度为22.0-66.0mm、宽度为8.0-12.0mm、空气介质厚度6mm、金属铜短路销钉距离平面辐射贴片右边缘0.5mm、同轴馈点距离平面辐射贴片右边缘1.7-1.9mm。

4.如权利要求1所述的基于负磁导率材料的高增益倒F天线，其六边形金属铜开口谐振环、平面辐射贴片和金属接地板采用金属铜的厚度均为0.2mm，金属短路销钉半径为0.5mm。

5.如权利要求1所述的基于负磁导率材料的高增益倒F天线，其特征是采用塑料支架沿平行于金属接地板的方向固定六边形铜金属开口谐振环，其距离平面辐射贴片下表面3.0mm。