CN101931126A - 槽孔天线 - Google Patents

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Abstract

一种槽孔天线，设置于基板上，所述基板包括第一表面与第二表面，所述槽孔天线包括馈入部、接地部及辐射体。馈入部设置于所述基板的第一表面，用于馈入电磁波信号。接地部呈矩形，设置于所述基板的第二表面，其中心部位有一圆形槽孔。辐射体设置于所述基板的第二表面，包括至少一个长条形微带线，连接于所述圆形槽孔的圆周处，且向所述圆形槽孔的圆心延伸，其中，所述馈入部与所述辐射体相互耦合以辐射电磁波信号。上述槽孔天线可以覆盖微波存取全球互通标准中的多个频段。

Description

槽孔天线
技术领域
本发明涉及天线，尤其涉及一种槽孔天线。
背景技术
无线通信领域中，微波存取全球互通(World Interoperability for MicrowaveAccess，WiMAX)标准所覆盖的频段有2.3GHz～2.4GHz，2.496GHz～2.690GHz，3.4GHz～3.6GHz及3.6GHz～3.8GHz。在现有技术中，一种结构的槽孔天线辐射出的频率往往只能够覆盖WiMAX标准下的某一个单一频段，且其回波损耗-10dB的阻抗频宽比较窄，如果要扩展回波损耗-10dB的阻抗频宽，就必须使用多种结构不同的槽孔天线来覆盖多个频段。这样就对用户的多频段需求带来极大不便，同时也给用户带来增加成本的压力。所以，在满足无线通信标准之频段范围下，如何以低成本来实现一种能够覆盖多个频段且能扩展回波损耗-10dB的阻抗频宽的天线是一大挑战。
发明内容
有鉴于此，需要提供一种天线，可实现多频段覆盖与扩展阻抗频宽。
本发明实施方式所提供的槽孔天线，设置于基板上，所述基板包括第一表面与第二表面，所述槽孔天线包括馈入部、接地部及辐射体。馈入部设置于所述基板的第一表面，用于馈入电磁波信号。接地部呈矩形，设置于所述基板的第二表面，其中心部位有一圆形槽孔。辐射体设置于所述基板的第二表面，包括至少一个长条形微带线，连接于所述圆形槽孔的圆周处，且向所述圆形槽孔的圆心延伸，其中，所述馈入部与所述辐射体相互耦合以辐射电磁波信号。
上述槽孔天线采用槽孔及设置于槽孔内的长条形微带线，不仅可以覆盖微波存取全球互通标准中的多个频段，而且还可以扩展阻抗频宽。
附图说明
图1A与图1B为本发明实施方式中槽孔天线10之正面及反面示意图。
图2为本发明实施方式中槽孔天线10之尺寸图。
图3为图1A与图B中的槽孔天线10没有设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306时，不同半径R所对应的回波损耗测试对比图。
图4为图1A与图1B中的槽孔天线10没有设置第二辐射部304与第三辐射部306时，第一辐射部302具不同长度时所对应的回波损耗测试对比图。
图5为图1A和图1B中所示槽孔天线10的第二辐射部304与第三辐射部306的长度、宽度以及与馈入部20的夹角Ψ改变后的回波损耗测试对比图。
图6为本发明实施方式中的槽孔天线10同时具有第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306和没有设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306时的回波损耗测试对比图。
具体实施方式
请参阅图1A与图1B，所示为本发明实施方式中槽孔天线10之正面及反面示意图。在本实施方式中，槽孔天线10设置于基板上，该基板包括第一表面102及第二表面104。槽孔天线10包括馈入部20、辐射体30及接地部40。
馈入部20设置于基板的第一表面102，呈长条形，用于馈入电磁波信号。在本实施方式中，所述馈入部20延伸至所述圆形槽孔的圆心在所述第一表面102的投影处。
辐射体30设置于基板的第二表面104，用于辐射电磁波信号，包括至少一个长条形微带线。在本实施方式中，辐射体30包括第一辐射部302、第二辐射部304及第三辐射部306。其中，第一辐射部302呈长条形，连接于所述第二表面104的圆形槽孔的圆周处，向所述圆形槽孔的圆心延伸，且与所述馈入部20平行，而且所述第一辐射部302与所述馈入部20在第二表面104的投影相对。第二辐射部304及第三辐射部306都呈长条形，连接于所述第二表面104的圆形槽孔的圆周处，向所述圆形槽孔的圆心延伸，而且第二辐射部304与第三辐射部306以所述馈入部20在第二表面104的投影为对称轴呈对称结构，并与所述对称轴的角度Ψ小于90°。在本实施方式中，所述馈入部20与所述辐射体30相互耦合以辐射电磁波信号。
接地部40呈矩形，设置于所述基板的第二表面104，与辐射体30电性连接，其中心部位有一圆形槽孔。在本实施方式中，接地部40为基板的第二表面104上除去圆形槽孔之外的区域，并且所述接地部40在所述第一表面102上的投影与所述馈入部20部分重合。
请参阅图2，所示为图1A与图1B所示的槽孔天线10的尺寸图。在本实施方式中，若槽孔天线10所要覆盖的低频段对应的波长为λ1，则所述圆形槽孔的周长2πR为2λ1，若槽孔天线10所要覆盖的高频段对应的波长为λ2，则第一辐射部302的长度为λ2的四分之一，同时若槽孔天线10所要覆盖的低频段对应的频率为f1，高频段对应的频率为f2，则还要满足f2小于2f1。
在本实施方式中，基板为FR4电路板，长度为60mm，宽度为40mm。圆形槽孔的半径R为15mm，第一辐射部302的长度为8.43mm，宽度为3mm。馈入部20的长度为20mm，宽度为2.5mm。在其他实施方式中，基板若为其他类型电路板，根据上述设计理论，基板之尺寸可以有所不同。
请参阅图3，所示为图1A与图1B中的槽孔天线10没有设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306时，不同半径R所对应的回波损耗测试对比图。如图所示，圆形槽孔的半径R越大，其回波损耗在小于-10dB所覆盖的频段就会越靠近低频段。
请参阅图4，所示为图1A与图1B中的槽孔天线10没有设置第二辐射部304与第三辐射部306时，第一辐射部302具不同长度时所对应的回波损耗测试对比图。如图所示，当第一辐射部302的长度等于11.40mm时，其回波损耗在小于-10dB所覆盖的频段为2.25GHz～2.42GHz和3.42GHz～3.76GHz，当第一辐射部302的长度等于8.42mm时，其回波损耗在小于-10dB所覆盖的频段为2.46GHz～4.04GHz，当第一辐射部302的长度等于5.43mm时，其回波损耗在小于-10dB所覆盖的频段为2.53GHz～3.42GHz。从图中可知，本实施方式中通过设置第一辐射部302并且改变其长度可以使得该天线在满足行业标准的前提下能覆盖到不同频段，从而可以极大地满足用户对不同频段的灵活性需求。
请参阅图5，所示为在图1A和图1B所示的槽孔天线10中同时设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306时，在图2所示的尺寸图的基础上通过改变第二辐射部304与第三辐射部306的长度、宽度以及与馈入部20的夹角Ψ后的回波损耗测试对比图。在其他实施方式中，基板若为其他类型电路板，根据上述设计理论，基板之尺寸会有所不同。
当第二辐射部304与第三辐射部306的长度为0mm、宽度为0mm以及与馈入部20的夹角Ψ＝0°时，槽孔天线10的回波损耗测试图如本图中的曲线a所示；当第二辐射部304与第三辐射部306的长度为3.43mm、宽度为3.0mm以及与馈入部20的夹角Ψ＝60°时，槽孔天线10的回波损耗测试图如本图中的曲线b所示；当第二辐射部304与第三辐射部306的长度为3.47mm、宽度为2.0mm以及与馈入部20的夹角Ψ＝30°时，槽孔天线10的回波损耗测试图如本图中的曲线c所示；当第二辐射部304与第三辐射部306的长度为6.47mm、宽度为2.0mm以及与馈入部20的夹角Ψ＝30°时，槽孔天线10的回波损耗测试图如本图中的曲线d所示。
如图所示，在设置第二辐射部304与第三辐射部306后所测得的回波损耗(如曲线b，c，d所示)均比在没有设置第二辐射部304与第三辐射部306所测得的回波损耗(如曲线a所示)低，也即，通过设置第二辐射部304可以进一步降低回波损耗。对比曲线c和曲线d可知，在其他参数都不变的情况下，通过增加第二辐射部304的长度可以大大降低回波损耗。所以本实施方式通过设置第二辐射部304与第三辐射部306并且增加其长度等方式均可以大大降低其回波损耗，从而满足对回波损耗有严格要求之用户的需求。
请参阅图6，所示为本发明实施方式中的槽孔天线10同时设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306和没有设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306时的回波损耗测试对比图。如图所示，曲线e是根据图5中曲线b(同时设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306)的参数所测得的回波损耗图，其回波损耗在小于-10dB所覆盖的频段为2.46GHz～4.04GHz，即fH＝4.04GHz，fL＝2.46GHz，所以其中心频率fc＝fL+(fH-fL)/2＝3.25GHz，从而可以得出，其回波损耗-10dB的阻抗频宽BW＝(fH-fL)/fc＝48.6％。如图所示，曲线f是没有设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306所测得的回波损耗图(其它参数与图5中曲线b的其他参数相同)，由图可知其回波损耗在小于-10dB所覆盖的频段为2.76GHz～3.39GHz，即fH′＝3.39GHz，fL′＝2.76GHz，所以其中心频率fc′＝fL′+(fH′-fL′)/2＝3.08GHz，从而可以得出，其回波损耗-10dB的阻抗频宽BW′＝(fH′-fL′)/fc′＝20.4％。通过对比BW与BW′的值可以看出，在本实施方式中，通过同时设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306可以极大的扩展该槽孔天线10的回波损耗-10dB阻抗频宽，从而满足了对回波损耗-10dB阻抗频宽有特别要求之用户的需求。
本发明实施方式中通过在圆形槽孔内同时设置第一辐射部302、第二辐射部304与第三辐射部306，改变第一辐射部302或第二辐射部304与第三辐射部306的长度，不仅可以实现利用一种结构的天线覆盖多个频段，而且还可以大大降低其回波损耗，同时还能极大的扩展该槽孔天线的回波损耗-10dB阻抗频宽，满足不同用户的需求。

Claims (9)

1.一种槽孔天线，设置于基板上，所述基板包括第一表面与第二表面，所述槽孔天线包括：
馈入部，设置于所述基板的第一表面，用于馈入电磁波信号；
接地部，呈矩形，设置于所述基板的第二表面，其中心部位有一圆形槽孔。
辐射体，设置于所述基板的第二表面，包括至少一个长条形微带线，连接于所述圆形槽孔的圆周处，且向所述圆形槽孔的圆心延伸，其中，所述馈入部与所述辐射体相互耦合以辐射电磁波信号。
2.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，所述馈入部呈长条形，其延伸至所述圆形槽孔的圆心在第一表面的投影处。
3.如权利要求2所述的槽孔天线，其特征在于，所述辐射体包括：
第一辐射部，连接于所述第二表面的圆形槽孔的圆周上并向所述圆形槽孔的圆心延伸，且与所述馈入部平行；及
第二辐射部与第三辐射部，连接于所述第二表面的圆形槽孔的圆周上并向所述圆形槽孔的圆心延伸，其中第二辐射部与第三辐射部以所述馈入部在第二表面的投影为对称轴呈对称结构。
4.如权利要求3所述的槽孔天线，其特征在于，所述第一辐射部与所述馈入部在第二表面的投影相对。
5.如权利要求4所述的槽孔天线，其特征在于，所述第二辐射部、第三辐射部与所述馈入部在第二表面的投影的夹角小于90度。
6.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，所述基板为FR4电路板。
7.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，所述圆形槽孔的周长等于所述槽孔天线所要覆盖的低频段对应的波长的两倍。
8.如权利要求3所述的槽孔天线，其特征在于，所述第一辐射部的长度等于所述槽孔天线所要覆盖的高频段对应的波长的四分之一。
9.如权利要求1所述的槽孔天线，其特征在于，所述槽孔天线所要覆盖的高频段对应的频率小于所述槽孔天线所要覆盖的低频段对应的频率的两倍。
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