CN103078183B - 一款小尺寸平板梯型臂超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于小型天线技术领域，涉及一种小尺寸平板梯型臂超宽带天线，包括位于天线背面的开槽地极，天线正面包括天线辐射极子、馈电线和共振片，所述的天线辐射极子包括三个臂：左臂、右臂和右上臂，左臂为梯形结构，梯形角为45度，所述的共振片位于左侧臂与馈电线之间，右臂和上臂相互垂直，位于馈电线的右侧。本发明的天线具有尺寸较小、频带较宽、单向增益较高的优点。

Description

一款小尺寸平板梯型臂超宽带天线

所属技术领域

本发明属于小型天线技术领域，涉及一种超宽带天线。

背景技术

超宽带技术的不断进步开创了信息科学领域的一个崭新的局面。更高的数据传输速度，更强的保密性能，应用范围的极大扩展，这都是超宽带技术具有的无可比拟的优点。性能良好的超宽带天线是实现上述优点的关键，超宽带天线同常规窄带天线的显著区别是：超宽带天线带宽均在数GHz左右，有的甚至高达数十GHz，常规窄带天线带宽仅约为几百MHz或更小，超宽带天线频谱范围极宽，但辐射增益较窄带天线显著下降。实际应用领域，如高速短距离无线数据传输，可能采用超宽带通信技术替代现有的蓝牙技术，超宽带信号随距离的增加衰减严重，故超宽带天线应具有较高的天线增益，以满足信号传输距离的要求。尺寸较小的超宽带天线便于应用在便携，低功耗等小型设备上，因此小型化是天线设计技术中的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸较小、频带较宽、单向增益较高的小型化的高增益单极超宽带平板天线设计结构。本发明的技术方案如下：

一款小尺寸平板梯型臂超宽带天线，包括位于天线背面的开槽地极，天线正面包括天线辐射极子、馈电线1和共振片5，所述的天线辐射极子包括三个臂：左臂2、右臂4和右上臂3，左臂2为梯形结构，梯形角为45度，所述的共振片5位于左侧臂与馈电线之间，右臂4和上臂3相互垂直，位于馈电线的右侧。

作为优选实施发昂是，所述的小尺寸平板梯型臂超宽带天线，其特征在于，天线的尺寸为16mm×16mm，开槽地极的宽度和高度分别为12.4mm×11.8mm，左臂2的梯形底边长度L1=2mm，左臂2和馈电线间共振片的宽度为L2=1.5mm；天线上臂3与天线右臂4距离L3=2.2mm。

本发明通过添加接地板开槽结构有效缩小天线尺寸，使用多臂极子结构有效地增大天线增益，使用一个梯形侧臂来调节天线与共面共振片间的负载电容，有效增大天线的阻抗带宽，达到指定性能。本发明的天线外形为正方形，适合规律排布并组成天线阵列，天线增益较高，近距离数据传输抗衰减能力强，是一种性能较好的新型超宽带天线。

附图说明

图1天线正面图单位（mm）。

图2天线背面图单位（mm）。

图3天线的回波损耗S11随频率变化曲线。

图4天线的方向图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

本发明对天线背向金属地极开矩形槽处理，调整矩形槽边框距离辐射单元的距离实现天线阻抗带宽的微调节，天线极子采用三臂不对称结构，天线结构如图1和图2所示。开槽地极增加了天线的有效电尺寸，金属地极开矩形槽6后，形成环形金属地极7，地极电流由原来的金属膜内环流改成沿着金属膜边框的环流模式，电流的环形流动增加了天线的电尺寸，该方法可有效增大天线阻抗带宽，降低天线最低频率。天线辐射极子左侧臂2为梯形结构，梯形角为45°，梯形底高L1，梯形左侧臂2与馈电线1间附加一共振片5，通过调节梯形结构至共振片的距离L2，可调节天线辐射单元左侧臂2和馈电线1间的容性加载，降低了天线的最低10dB频率，扩展了天线阻抗带宽。天线辐射单元的右横侧臂4同左侧臂2的一个共同功能是抑制天线的侧向辐射，增大天线正向辐射增益，天线辐射单元上臂3通过左右位置移动调节至右臂4边缘的距离，以实现天线阻抗带宽和天线增益间的相互协调。天线基板材料采用FR4，此种材料价格低廉，易于加工。

通过仿真优化最终确定开槽6的宽度和高度分别为12.4mm×11.8mm。馈电极子采用三臂结构，其左臂2为梯形结构，经优化确定当梯形底边长度L12mm，梯形和馈线间共振贴片的宽度为L21.5mm时，天线的10dB带宽最低频率降为4.5GHz。天线上臂3与天线右臂4距离为L32.2mm时，天线在所需带宽4.5GHz到7.8GHz处具有达到4dB的辐射增益。以上设计满足了天线在指定带宽区间具有较高增益的要求，有效缩小天线的外形尺寸，使天线便于阵列集成。

天线的最终尺寸为16mm×16mm，厚度为1.6mm，微带天线的尺寸微小，材料获取简单，制作工艺成熟，可作为阵列天线集成印制在同一块PCB板上。天线的10dB回波损耗频率覆盖范围从4.5GHz到7.8GHz，带宽为3.3GHz，天线的回波损耗S₁₁曲线如附图3所示。天线辐射方向图如图4所示，天线极子前方向增益高达到4dB，适于用作短距离高速数据通信天线，较高的增益使信号穿透能力增强，该天线还可应用于诸如人体医疗检测等的超宽带检测领域。

Claims (1)

1.一款小尺寸平板梯型臂超宽带天线，包括位于天线背面的开槽地极，天线正面包括天线辐射极子、馈电线(1)和共振片(5)，所述的天线辐射极子包括三个臂：左臂(2)、右臂(4)和右上臂(3)，左臂(2)为梯形结构，梯形角为45度，所述的共振片(5)位于左侧臂与馈电线之间，右臂(4)和右上臂(3)均为条形并相互垂直，位于馈电线(1)的右侧；天线的尺寸为16mm×16mm，开槽地极的宽度和高度分别为12.4mm×11.8mm，左臂(2)的梯形底边长度L1＝2mm，左臂(2)和馈电线(1)间共振片(5)的宽度为L2＝1.5mm；天线右上臂(3)与天线右臂(4)距离L3＝2.2mm。