CN101582535A - 一种新型共面波导馈电宽带印刷单极天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用共面波导馈电的宽带印刷单极天线，属于无线通信技术的天线设计领域，频带可以同时覆盖无线局域网通信频段和基于微波存取全球互通技术的第三代移动通信频段。该天线包含：一个介质基板，一个共面波导馈线，一个梯形辐射金属面，一个U形辐射金属面，一个T形辐射金属面，一个矩形辐射金属面，左右二个有限金属地板，馈线、金辐射面、金属地板均位于介质基板的同一面。天线采用平面印刷结构，馈电采用共面波导，具有宽带，易于和系统电路集成，易于制作和大批量生产的特点。

Description

一种新型共面波导馈电宽带印刷单极天线

技术领域

本发明涉及一种用于无线通信的天线结构设计，属于无线通信天线设计领域，特别是第三代移动通信和无线局域网通信的天线设计领域。

背景技术

近年来，无线通信快速发展，无线局域网WLAN(Wireless Local AreaNetwork)和第三代移动通信是目前无线通信的热点。在国内，WLAN市场逐渐形成，四大运营商早在2001年就已经开始在机场、酒店、会展中心等热点地区提供WLAN业务，移动通信更是持续高速的增长，新技术不断涌现，其中微波存取全球互通WIMAX(World Interoperability for Microwave Access)技术在2007年成为第三代移动通信的标准，该技术具有更远的传输距离，高速的宽带接入，提供多媒体通信服务的优势，必将有很大的商业前景。天线是无线通信系统中关键的部件，以上的技术均要求天线在宽带或者多频段工作。因此用于WLAN和WIMAX的宽带天线以及多频带天线设计得到人们的重视。如2005年9月28日颁予郭彦良等人的国家发明专利第02122802.7号‘双频单偶极子天线’。其公布了一种用于WLAN的双频单偶极子天线。然而该天线的金属地板和辐射面印制于介质基板的两侧，阻抗带宽窄，因为WLAN的频段为：5.15-5.35GHz，5.725-5.825GHz，WIMAX频段为2.4-2.7GHz，3.3-3.8GHz，5.15-5.85GHz，该天线并不能用于WIMAX中。在WLAN在实际工程中，通信的距离限制在100m，然而融合WIMAX后，不但提供高达75Mb/s的数据传输率，而且通信距离也达到了48km。可以预见WIMAX与WLAN的融合将是未来的发展方向，因此设计同时可以应用在WIMAX和WLAN中的宽频带天线有非常重要的意义。

此外，目前电子产品均朝着小型化发展，因此用于无线通信的天线也应该具有轻、薄、短、小的特点，同时还要具有易于和系统电路集成的特点。

发明内容

本发明针对现有的技术缺陷，提出了一种小型宽带印刷单极天线。共面波导馈电具有宽频带，结构简单，简单的金属层，易于集成在有源设备和单片微波集成电路MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits)的优点，因此采用共面波导对本发明天线馈电。

本发明主要目的是提供一种用于WLAN/WIMAX中的宽带、低成本、易集成、电小尺寸天线结构设计。通过对天线的辐射单元和金属地板的设计，来展宽天线的工作频带，采用共面波导馈电，来实现天线的低成本、易集成、电小尺寸的特点。

本发明的宽带印刷单极子天线包含：一个介质基板，一条共面波导金属馈线，两个有限金属地板，大小相同，且位于金属馈线的左右两侧，一个梯形辐射金属面，且与金属馈线相连，一个U形辐射金属面，且与梯形辐射金属面相连，一个T形辐射金属面，且被U形辐射金属面包围，一个矩形辐射金属面。

根据本发明的一特征，金属馈线、金属地板以及辐射金属面位于介质基板的同一面。

根据本发明的再一特征，T形辐射金属面位于梯形辐射金属面中上部，且与梯形辐射金属面相连。

根据本发明的再一特征，矩形辐射金属面位于U形辐射金属面中上部，且与U形辐射金属面相连。

根据本发明的又一特征，通过调整U形辐射金属面和梯形辐射金属面的尺寸来调整低端的谐振频率，通过调整T形辐射金属面和梯形辐射金属面的尺寸来调整高端的谐振频率，通过调整矩形辐射金属面的尺寸进一步展宽频带。

附图说明

图1为本发明宽带印刷单极天线的俯视图和侧视图。

图2为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线端口回波损耗的模拟结果。

图3为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线在2.5GHz归一化辐射方向图的模拟结果。

图4为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线在3.5GHz归一化辐射方向图的模拟结果。

图5为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线在5.6GHz归一化辐射方向图的模拟结果。

图6为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线在WIMAX频段2.4到2.7GHz增益的模拟结果

图7为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线在WIMAX频段3.3到3.8GHz增益的模拟结果

图8为根据本发明一实施例的宽带印刷单极天线在WLAN频段和WIMAX频段5.15到5.85GHz增益的模拟结果

标号说明

11：50欧姆SMA接头            21：共面波导金属馈线

31：右金属地板               32：左金属地板

41：梯形辐射金属面           42：U形辐射金属面

43：T形辐射金属面            44：矩形辐射金属面

51：介质基板

具体实现方式

参考图1，本发明的宽带印刷单极天线主要包括：一个介质基板51，一条共面波导金属馈线21，两个有限金属地板31和32，一个梯形辐射金属面41，一个U形辐射金属面42，一个T形辐射金属面43，一个矩形辐射金属面44。辐射金属面和金属地板印制于介质基板的同一面。通过调整U形辐射金属面和梯形辐射金属面的尺寸来调整低端的谐振频率，通过调整T形辐射金属面和梯形辐射金属面的尺寸来调整高端的谐振频率，通过调整矩形辐射金属面的尺寸进一步展宽频带，金属地板、共面波导馈线和50欧姆的SMA接头相连，以便接入同轴线传入信号。本发明可以表现为不同的实例解，以下为一个较佳的实施例，需要指出的是并非将本发明限制于以下所述的电参数和几何参数中。

根据本发明，介质基板51，由尺寸宽30mm、长41mm、高1.6mm的电路板构成，材料为玻璃纤维强化环氧树脂，相对介电常数为4.4。金属馈线21长11mm，宽3.2mm，金属地板31和32均长10mm，宽12.6mm，梯形辐射金属面41长14mm，上底边宽3.2mm，下地面宽26mm，U形辐射面42长12mm，宽26mm，U形辐射面的左右两臂宽6.5mm，U形辐射面的上顶面宽1mm，T形辐射面43宽2mm，T形辐射面的横边长6.4，竖边长7mm，矩形辐射金属面44长9mm，宽2.2mm。

根据本发明的宽带印刷单极天线，天线的模拟结果如图2至图8所示，图2为该天线的端口的回波损耗，按照10dB以下回波损耗对应的频率范围为该天线的带宽，从图2看出WIMAX频段：2.4-2.7GHz，3.3-3.8GHz，5.15-5.85GHz和WLAN的频段：5.15-5.35GHz，5.725-5.825GHz均包含在该天线的带宽内。图3-5分别为该天线在频率2.5、3.5、6.5GHz模拟的归一化辐射方向图。从图中看出该天线方向图具有较好的对称性。图6-8为该天线在频带2.4-2.7GHz，3.3-3.8GHz，5.15-5.85GHz的增益，从图中看出该天线在以上3个频段均具有较好的增益。在频段2.4-2.7GHz增益有2dBi左右，在频段3.3-3.8GHz增益2.5到3dBi左右，在频段5.15-5.85GHz增益有4到5dBi左右。

Claims (10)

1、一种宽带印刷单极天线，其包含：

一个介质基板；

一条共面波导金属馈线；

两个有限金属地板，大小相同，且位于金属馈线的左右两侧；

一个梯形辐射金属面，且下与金属馈线相连，上与U形辐射金属面相连；

一个U形辐射金属面，且与梯形辐射金属面相连；

一个T形辐射金属面，且被U形辐射金属面包围；

一个矩形辐射金属面，位于U形辐射金属面中上部，且与U形辐射金属面相连；

2、如权利要求1所述的宽带印刷单极天线，其特征在于：金属馈线、金属地板以及辐射金属面位于介质基板的同一面；

3、如权利要求1所述的宽带印刷单极天线，其特征在于：金属馈线、金属地板同50欧姆SMA接头相连，用于馈入信号。

4、如权利要求2所述的宽带印刷单极天线，其特征在于：T形辐射金属面位于梯形辐射金属面中上部，且与梯形辐射金属面相连。

5、如权利要求4所述的宽带印刷单极天线，其特征在于T形辐射金属面横面与竖面宽度相等。

6、如权利要求4所述的宽带印刷单极天线，其特征在于T形辐射金属面横面与竖面宽度不相等。

7、如权利要求2所述的宽带印刷单极天线，其特征在于矩形辐射金属面长度与宽度相同。

8、如权利要求2所述的宽带印刷单极天线，其特征在于矩形辐射金属面长度与宽度不相同。

9、如权利要求2所述的宽带印刷单极天线，其特征在于U辐射金属面上部金属面与左右金属面宽度相等。

10、如权利要求2所述的宽带印刷单极天线，其特征在于U辐射金属面上部金属面与左右金属面宽度不相等。

Images