CN101895009A - 对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，属于微波技术领域。本发明是在介电常数为2-20范围内的介质基板上分别设计反对称的顶层辐射单元与底层辐射单元，这些辐射单元分别由振子单元和渐变槽线辐射单元组合而成，实际应用时需采用平衡馈电方式。本发明的结构适用于双频宽带天线，保证天线结构的对称性，同时结构简单，反对称结构保证天线对安装场合不敏感，便于馈电，而且可以直接与差分结构的射频电路集成在一起；体积小巧，制作成本低廉。

Description

对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线

技术领域：

本发明涉及一种对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，属于微波技术领域。

背景技术：

随着近年来无线传感器网络的迅速发展，基于无线传感器网络的“物联网”将有望把各种基建设施与通信网络融合起来。“物联网”的基本节点之一就是无线传感器，多频/宽带天线则是实现无线传感器的关键部件之一。

为了标识“物联网”中的各种小型设备(目前的典型设备主要包括手持机、便携式计算机、智能家电等)，通常要求天线能覆盖多个不同工作频段(一个典型的例子，就是覆盖902-928MHz/2.4-2.5GHz/5.725-5.825GHz三个射频识别频段)，且在所有工作频段上具有一定的增益与相对稳定的辐射方向图，同时还要求天线如同“标签”般轻巧，以便实现与设备的贴附和共形，最后还要求天线的成本低廉，便于加工与安装。另一方面，由于“物联网”和未来无线通信还将往更高的工作频段上演化，为了提高系统的抗干扰能力，未来的微波集成电路必然逐步采用差分驱动结构取代传统的单端驱动结构，现存的非平衡结构天线也将逐步随之被淘汰。根据这些实际需要，“物联网”的应用场合对天线的电气性能、体积、结构与通用性提出了更苛刻的要求。

为了满足“物联网”对传感器天线的要求，并考虑到与未来射频前端电路的集成化设计，必须在不显著增加天线体积与复杂度的情况下，确保天线的电气性能设法，并提高天线结构的对称性，消除不平衡结构造成天线通用性差的问题。

发明内容

发明目的：

本发明的目的旨在解决天线性能、体积、对称性与通用性的问题，提出一种结构简单、具有双频/宽带组合特性、便于制作实现和集成的对称振子-渐变槽线组合结构天线，为“物联网”和无线传感器网络中的天线开发提供技术储备。本发明具有较小的体积、简单的对称结构和极低的剖面尺寸，能够有效地实现与前端射频电路的集成。

技术方案：

本发明的技术解决方案：

一种对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，包括介质基板、底层渐变槽线辐射单元、顶层渐变槽线辐射单元、底层振子单元和顶层振子单元；所述底层渐变槽线辐射单元与底层振子单元构成底层辐射单元印刷设置在介质基板的底层，所述顶层渐变槽线辐射单元与顶层振子单元构成顶层辐射单元印刷设置在介质基板(1)的顶层，顶层辐射单元与底层辐射单元结构与尺寸相同，并且相对于介质基板反对称排布；所述底层振子单元与顶层振子单元之间具有倾角结构；所述介质基板的介电常数范围为2-20。

进一步的，本发明的对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线所述倾角结构的范围在0-60度之间。

进一步的，本发明的对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线的底层渐变槽线辐射单元和顶层渐变槽线辐射单元采用直线渐变方式，或者采用指数渐变、抛物线渐变、多段阶跃渐变或其他任意形状的渐变方式。

进一步的，本发明的对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线采用对称的双线馈电结构进行馈电，或者采用微带-双线过渡结构的平衡器进行馈电。

对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线的制作方法，其特征是利用印刷电路板工艺或集成电路工艺，在介质基板上设计顶层辐射单元和底层辐射单元，通过上述手段保证天线结构的对称性，调整天线的工作特性，实现天线与差分驱动微波电路的集成化设计。

有益效果：

本发明的优点：天线结构完全对称且简单，制作工艺简单；便于与差分驱动的射频前端电路集成在一起；具有双频工作特性，且体积小巧、成本低廉。

附图说明：

图1是天线的结构的俯视图。

图2是天线的结构的侧视图。

图1、图2中X为俯视图的横向，Y为俯视图的纵向，Z为侧视图的纵向。

图3是利用IE3D软件计算的天线回波损耗特性。

图4是采用IE3D软件计算的天线方向图。

图5是采用IE3D软件计算的天线增益曲线。

图中标号：1是介质基板，2是底层渐变槽线辐射单元，3是顶层渐变槽线辐射单元，4是底层振子单元，5是顶层振子单元，6是倾角结构。

具体实施方案：

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

对照附图1～图2，其结构是：天线制作在介质基板上，辐射单元由顶层辐射单元与底层辐射单元构成，两者结构、尺寸完全相同；顶层辐射单元分别由顶层渐变槽线辐射单元3和顶层振子单元5构成，底层层辐射单元分别由底层渐变槽线辐射单元2和底层振子单元4构成，底层振子单元4和顶层振子单元5中含有倾角结构6，其范围是0-60度。

所述的对称振子-渐变槽线组合结构的双频/宽带天线，底层渐变槽线辐射单元2和顶层渐变槽线辐射单元3也可以采用直线渐变以外的指数渐变、抛物线渐变、多段阶跃渐变等其他任意形状的渐变方式。

对照附图3，附图3给出了介质基板1按照相对介电常数为2.2、厚度为1毫米设计时，利用IE3D软件计算的天线回波损耗特性。根据附图3可见，对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带印刷天线能完全覆盖2.4-2.5GHz与5.1-12GHz频段(按回波损耗低于-10dB计)，当中包含了用于射频识别的2.4-2.5GHz与5.725-5.825GHz频段，以及无线局域网(2.4-2.5GHz，5.15-5.35GHz与5.725-5.825GHz)、超宽带无线通信(6-8.5GHz，欧洲标准)等频段。

对照附图1中的参考坐标系与附图4，附图4(a)-(f)分别给出了2.45GHz、5.25GHz和10.6GHz的两个主工作面方向图(xy-平面与zy-平面)，图中的实线为主极化分量，点划线为交叉极化分量，可见在2.45GHz频段上天线具有极好的全向辐射特性；随着工作频率的增加，方向图则逐步呈现出准定向的辐射特性。

对照附图5，给出了天线的增益-频率特性。可见在2.45GHz频段上，天线具有0.8dBi左右的增益；随着工作频率增加与天线方向性的增强，可以获得3-6dBi左右的最大增益。

对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线具有结构简单、体积轻巧、易于制作、成本低廉的特点。这种天线具有反对称的平衡结构，可望直接与差分驱动结构的射频前端电路集成在一起，其平衡结构克服了常规非平衡结构小型宽带天线的接地板乱真辐射特性，无需根据射频前端电路的接地板结构重新设计天线的尺寸参数，故能有效提高天线的通用性。该天线的面积小巧且剖面尺寸极低，有望用作小型设备中的标签式天线。

Claims (4)

1.一种对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，其特征在于：包括介质基板(1)、底层渐变槽线辐射单元(2)、顶层渐变槽线辐射单元(3)、底层振子单元(4)和顶层振子单元(5)；所述底层渐变槽线辐射单元(2)与底层振子单元(4)构成底层辐射单元印刷设置在介质基板(1)的底层，所述顶层渐变槽线辐射单元(3)与顶层振子单元(5)构成顶层辐射单元印刷设置在介质基板(1)的顶层，顶层辐射单元与底层辐射单元结构与尺寸相同，并且相对于介质基板(1)反对称排布；所述底层振子单元(4)与顶层振子单元(5)之间具有倾角结构(6)；所述介质基板(1)的介电常数范围为2-20。

2.根据权利要求1所述对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，其特征在于：所述倾角结构(6)的范围在0-60度之间。

3.根据权利要求1所述对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，其特征在于：底层渐变槽线辐射单元(2)和顶层渐变槽线辐射单元(3)采用直线渐变方式，或者采用指数渐变、抛物线渐变、多段阶跃渐变或其他任意形状的渐变方式。

4.根据权利要求1所述对称振子-渐变槽线组合结构的双频宽带天线，其特征在于：采用对称的双线馈电结构进行馈电，或者采用微带-双线过渡结构的平衡器进行馈电。

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