CN102570010B - 紧凑型高隔离度超宽带双波段天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型高隔离度双波段超宽带天线，包括天线基板（1）、以及与基板（1）处于同一水平面内且相互并排放置的三个辐射元件，基板（1）的底面作为接地面；其中，第一辐射元件（3）由一L形金属条与一半圆形金属块相连构成，第二辐射元件（4）由一个S形金属条与一矩形金属块相连构成，第三辐射元件（5）由一L形金属条与一椭圆形金属块相连构成，第一辐射元件（3）和第三辐射元件（5）分别对称布置在第二辐射元件（4）的两侧，所述三个辐射元件的馈电端分别与基板相连。本发明采用双馈电三辐射元件天线技术，使得天线可以工作在双波段，耦合度小于-15dB（对应隔离度大于15dB），驻波比小于2，增益约为4dBi，天线效率大于65%。

Description

紧凑型高隔离度超宽带双波段天线
技术领域
本发明涉及一种新型的高隔离度超宽带双波段天线，具体地说是一种紧凑型高隔离度超宽带双波段天线，属于平面逆F天线领域。
背景技术
随着电子器件朝着小型化、微型化方向， 以及扩频、 跳频技术的应用，对通信设备的宽带化和小型化提出了越来越高的要求。UWB ( ul-tra wide band，超宽带) 通信具有通信容量大、保密性好、平均功率密度小、抗多径干扰能力强等许多优点，是21 世纪通信系统的重要发展方向，它的发展也要求与之相适应的超宽带天线技术。超宽带天线设计是超宽带通信技术的一个主要研究方向，在无线通信、无线接入、电子对抗等系统都有着广泛的应用。
传统的超宽带天线如对数周期天线、等角螺旋阿基米德螺旋天线等，馈电网络设计复杂，尺寸较大，不满足低功率短距离个人通信应用对超宽带天线的小型化要求，且相位中心不固定，应用于脉冲无线电系统中传输时域短脉冲信号时有较严重的失真。
逆F天线质量小，平面结构易于集成，天线频带能覆盖多个通信频段，可以减少通信系统所需天线的数目，进而降低系统造价，并有利于系统的电磁兼容。因此，与传统超宽带天线相比，逆F天线极具研究前景和实用意义。
基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用无需授权的2.4GHz或5.3GHz射频波段进行免费无线连接。在实际应用中，2.4GHz波段常常拥挤不堪，因而提出了双波段超宽带工作天线。该类天线可以同时工作在2.4GHz和5.3GHz波段，大大提高了局域网无线通信的容量和质量。但双波段天线由于5.3GHz与2.4GHz波段频率相差几乎2倍，具有较强的互耦，常常导致天线无法在双波段下同时正常工作。目前一般是设计具有两辐射单元的天线，分别工作在5.3GHz和2.4GHz波段。为提高隔离度，通常将2个辐射单元的间距加大，但这大大增加了天线的尺寸，并且驻波比系数较大。因此设计具有高隔离度的紧凑型超宽带双波段天线是解决这一问题的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的不足，提供一种能够在高隔离度（<-15dB）下实现双波段（2.4GHz和5.3GHz）工作的紧凑型超宽带天线。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种紧凑型高隔离度双波段超宽带天线，包括天线基板、以及与基板处于同一水平面内且相互并排放置的三个辐射元件，基板的底面作为接地面；其中，第一辐射元件由一L形金属条与一半圆形金属块相连构成，所述半圆形金属块为第一辐射元件的辐射末端；第二辐射元件由一个S形金属条与一矩形金属块相连构成，所述矩形金属块为第二辐射元件的辐射末端；第三辐射元件由一L形金属条与一椭圆形金属块相连构成，所述椭圆形金属块为第三辐射元件的辐射末端；第一辐射元件和第三辐射元件分别对称布置在第二辐射元件的两侧，所述三个辐射元件的馈电端分别与基板相连。
进一步的，本发明的一种紧凑型高隔离度双波段超宽带天线，所述第一辐射元件工作在2.4GHz波段，第三辐射元件工作在5.3GHz波段，第二辐射元件工作在4.2GHz波段。
进一步的，本发明的一种紧凑型高隔离度双波段超宽带天线，所述天线基板用金属材料制成，厚度在0.2mm~0.5mm，位于基板的边缘两侧对称设置有两个同轴电缆焊接固定点。
进一步的，本发明的一种紧凑型高隔离度双波段超宽带天线，所述第一辐射元件和第二辐射元件采用同轴电缆馈电且共用一个馈电端，馈电端位于第一辐射元件的L形金属条与第二辐射元件的S形金属条的连接处。
进一步的，本发明的一种紧凑型高隔离度双波段超宽带天线，所述第三辐射元件采用同轴电缆馈电，馈电端位于构成所述第三辐射元件的L形金属条与椭圆形金属块的连接处。
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：
本发明采用三辐射元件天线技术，其紧凑结构使得整个UWB天线可以工作在双波段（2.4GHz和5.3GHz），隔离度小于-15dB，驻波比小于2，增益约为4dBi，天线效率大于65%。
附图说明
图1是双波段UWB天线平面示意图。
图2是天线基板平面结构示意图。
图3是辐射元件3、4平面结构示意图。
图4是辐射元件5平面结构示意图。
图5是辐射元件3、4馈电端为P1端口、辐射元件5馈电端为P2端口情况下的S参数曲线图。
图6是辐射元件3、4馈电端为P1端口、辐射元件5馈电端为P2端口情况下的驻波比曲线图。
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：
如图1所示，本发明的超宽带天线包括天线基板1、以及与基板1处于同一水平面内且相互并排放置的三个辐射元件，其中三个辐射元件的馈电端分别与基板相连。
其中，辐射元件3由一L形金属条与一半圆形金属块相连构成，半圆形金属块为辐射元件3的辐射末端。辐射元件4由一个S形金属条与一矩形金属块相连构成，矩形金属块为辐射元件4的辐射末端。辐射元件5由一L形金属条与一椭圆形金属块相连构成，椭圆形金属块为辐射元件5的辐射末端。
通过每个辐射元件结构的特殊设计，可以有效的改善辐射元件表面的电流分布，进而改善由表面电流所激励的辐射场分布，从而提高天线在两个工作波段内的隔离度。此外不同的辐射元件结构设计形成了不同的辐射阻抗，进而可以降低天线在工作波段内的驻波比。
辐射元件3和辐射元件5分别对称布置在辐射元件4的两侧，这样可以提高辐射元件3和辐射元件5的隔离度以及降低其驻波比。
天线基板1可以用铜板、铝板等金属材料制成，厚度在0.2mm~0.5mm，同轴电缆焊接固定点2位于基板1的边缘两侧，基板底面作为接地面。
参照图2和图3，辐射元件3和辐射元件4采用和基板1一样的材料制成，具体实现可以在一整块金属材料板上，通过线切割工艺或激光切割工艺制成图2和图3所示的图样。
参照图3，辐射元件3和辐射元件4共用一个馈电，可以使得在辐射元件3和辐射元件4形成的表面电流分布所激励的辐射与辐射元件5形成的表面电流分布所激励的辐射具有更高的隔离度，馈电采用同轴电缆，馈电端如图1所示位于6处。
参照图4，辐射元件5采用同轴电缆馈电，馈电端如图1所示位于7处。
辐射元件4的引入干扰了辐射元件3和辐射元件5的互耦，从而增加了2.4GHz和5.3GHz两个波段的隔离度。
图5给出了辐射元件3、4的馈电端为P1端口、辐射元件5的馈电端为P2端口情况下的S参数仿真曲线图，从图中可以看到辐射元件3、4、5相互之间的S12（耦合度）在2.4GHz~2.5GHz波段、4.2GHz~4.75GHz波段以及5.15GHz~5.825GHz波段均小于-15dB。
图6给出了辐射元件3、4的馈电端6为P1端口、辐射元件5的馈电端7为P2端口情况下的驻波比参数的仿真曲线图，从图中可以看到辐射元件3、4、5相互之间的驻波比系数在2.4GHz~2.5GHz波段、4.2GHz~4.75GHz波段以及5.15GHz~5.825GHz波段均小于2.0。

Claims (3)

1. 一种紧凑型高隔离度超宽带双波段天线，其特征在于：包括天线基板（1）、以及与基板（1）处于同一水平面内且相互并排放置的三个辐射元件，基板（1）的底面作为接地面；所述天线基板（1）用金属材料制成，其中，
第一辐射元件（3）由一L形金属条与一半圆形金属块相连构成，所述半圆形金属块为第一辐射元件（3）的辐射末端；
第二辐射元件（4）由一个S形金属条与一矩形金属块相连构成，所述矩形金属块为第二辐射元件（4）的辐射末端；
第三辐射元件（5）由一L形金属条与一椭圆形金属块相连构成，所述椭圆形金属块为第三辐射元件（5）的辐射末端；
第一辐射元件（3）和第三辐射元件（5）分别对称布置在第二辐射元件（4）的两侧，位于基板（1）的边缘两侧对称设置有两个同轴电缆焊接固定点（2），所述第一辐射元件（3）和第二辐射元件（4）采用同轴电缆馈电且共用一个馈电端，馈电端位于第一辐射元件（3）的L形金属条与第二辐射元件（4）的S形金属条的连接处（6）；所述第三辐射元件（5）采用同轴电缆馈电，馈电端位于构成所述第三辐射元件（5）的L形金属条与椭圆形金属块的连接处（7）。
2. 根据权利要求1所述的一种紧凑型高隔离度超宽带双波段天线，其特征在于：所述第一辐射元件（3）工作在2.4GHz波段，第三辐射元件（5）工作在5.3GHz波段，第二辐射元件（4）工作在4.2GHz波段。
3. 根据权利要求1所述的一种紧凑型高隔离度超宽带双波段天线，其特征在于：所述天线基板（1）的厚度在0.2mm~0.5mm。
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