CN103401076A - 一种双馈双极化微带天线 - Google Patents
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Abstract
一种双馈双极化微带天线，涉及一种微带天线。设有介质基板，在介质基板上设有左半圆环贴片和右半圆环贴片，左半圆环贴片与右半圆环贴片之间设有一微带贴片作为天线辐射元；左半圆环贴片与右半圆环贴片的顶部之间设有顶部切口并作为槽线馈电端口，左半圆环贴片与右半圆环贴片的底部之间设有底部切口并作为共面波导馈电端口；顶部切口左右分别连接左顶矩形导体片和右顶矩形导体片，底部切口左右分别连接左底矩形导体片和右底矩形导体片；在底部切口两侧设有左馈点和右馈点。具有较高端口隔离度和极化隔离度。能较好具有空间分集，两端口对应的辐射场具有一致的相位中心，增加环天线模的工作频带可有效地实现UWB系统MIMO天线。
Description
技术领域
本发明涉及一种微带天线，尤其是涉及采用贴片结构圆环作为天线辐射元实现双馈双极化辐射的多进多出（MIMO）一种双馈双极化微带天线。
背景技术
MIMO技术使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。MIMO系统在不增加发射功率前提下，通过多路收发克服衰落效应，增加无线系统通信容量，并同时提高信道的可靠性，降低误码率。MIMO系统要求天线间有尽可能大的隔离度，以得到尽可能小的相关系数。为此多天线MIMO系统要求天线间距在半个波长以上，这在移动终端或有小型化要求的系统中较难实现，更多的是采用多馈电端口的极化分集天线。
目前，已有研究人员进行MIMO天线的相关研究工作，提出了多种实现双极化的天线结构。Wu Tzuenn-Yih等人（Wu Tzuenn-Yih,Fang Shyh-Timg and Wong Kin-Lu.Printed diversitymonopole antenna for WLAN operation[J].Electron.Lett.,2002,38(25),pp.1625-1626）利用两倾斜45°单极天线，通过接地面突出T形结构实现隔离，具有极化分集和空间分集能力。Park-S.等人（Park-S.and Jung C.,Compact MIMO antenna with highisolation performance[J].Electron.Lett.,2010,46(6),pp.390-391）把靠近接地面且与接地面平行的侧向相连的两个PIFA（弯折单极）天线，应用于WLAN系统（2.4～2.5GHz）。但是他们的设计都为为双天线结构。Lee Chi-Hsuan等人（Lee Chi-Hsuan,Chen Shih-Yuan,and Hsu Powen.Isosceles triangular slot antenna for broadband dual polarizationapplications[J].IEEE Trans.Antennas Propag.,2009,57(10),pp.3347-3351）采用等腰三角形缝隙为辐射源，通过两正交微带线耦合馈电，实现端口隔离度小于﹣30dB的宽带双馈双极化单天线结构，但其交叉极化较大。Parker G.S.等人（Parker G.S.,Antar Y.M.M.,Ittipiboon A.and Petosa A.Dual polarised microstrip ring antenna with goodisolation[J].Electron.Lett.,1998,34(11),pp.1043-1044）利用大环结构，通过正交缝隙感应馈电结构实现了﹣30dB端口隔离度，但该天线的馈线与辐射元也不共面，且带宽较窄。Li Yue等人（Li Yue,Zhang Zhijun,Feng Zhenghe,and Iskander Magdy F.Dual-modeloop antenna with compact feed for polarization diversity[J].IEEE Antennas WirelessPropag.Lett.,2011,10,pp.95-98）采用共面波导馈电的带矩形环单极天线及共面波导的缝隙实现了宽带双极化天线，但其端口隔离度只有﹣22dB。
发明内容
本发明的目的在于提供具有高隔离度的一种双馈双极化微带天线。
本发明设有介质基板，在介质基板上设有左右相向放置的左半圆环贴片和右半圆环贴片，左半圆环贴片与右半圆环贴片之间设有一微带贴片作为天线辐射元；左半圆环贴片与右半圆环贴片的顶部之间设有顶部切口并作为槽线馈电端口，左半圆环贴片与右半圆环贴片的底部之间设有底部切口并作为共面波导馈电端口；顶部切口左右分别连接左顶矩形导体片和右顶矩形导体片，底部切口左右分别连接左底矩形导体片和右底矩形导体片；在底部切口两侧设有左馈点和右馈点。
所述介质基板可采用单面敷铜微波介质基板；敷铜微波介质基板的长度为55mm±0.1mm，宽度可为50mm±0.1mm，厚度可为1.5mm±0.1mm；敷铜微波介质基板的相对介电常数可为3.2，损耗角正切可为0.02。
所述左半圆环贴片的内环半径可为17mm±0.1mm，外环半径可为20mm±0.1mm；所述右半圆环贴片的内环半径可为17mm±0.1mm，外环半径可为20mm±0.1mm；
所述顶部切口的宽度可为4mm±0.1mm。
所述微带贴片的长度可为30mm±0.1mm，宽度可为2mm±0.1mm；
所述底部切口的宽度可为0.5mm。
所述左底矩形导体片和右底矩形导体片的长度可为8.1mm±0.1mm，宽度可为6.5mm±0.1mm。左顶矩形导体片和右顶矩形导体片的长度可为12.1mm±0.1mm，宽度可为3mm±0.1mm。
左馈点和右馈点位于底部切口两侧的左底矩形导体片和右底矩形导体片上，左馈点和右馈点与圆环内侧边的距离可为1.5mm，与左底矩形导体片和右底矩形导体片内侧边的距离可为1.0mm，采用导线穿过介质基板背面连接成空气桥，导线的半径为1.0mm。
本发明是在圆环形贴片的直径正对方向切出两开口，形成两个物理间距较大的正对馈电端口：一个构成共面波导馈电端口（底部切口），另一个形成槽线馈电端口（顶部切口）。
本发明采用贴片结构圆环作为天线辐射元实现双馈双极化辐射特性。与现有技术相比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：
具有较高的端口隔离度和极化隔离度。天线辐射场有技术互补作用，能较好具有空间分集。两端口对应的辐射场具有一致的相位中心。若增加环天线模的工作频带，则可有效地实现UWB系统MIMO天线。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为天线阻抗频率特性曲线图。在图2中，横坐标为频率/GHz，纵坐标为回波损耗/dB；曲线a为S11，曲线b为S22，曲线c为S21，曲线d为S12。
图3为共面波导端口（底部切口）激励时天线H面方向图。
图4为共面波导端口（底部切口）激励时天线E面方向图。
图5为槽线馈电端口（顶部切口）激励时天线E面方向图。
图6为槽线馈电端口（顶部切口）激励时天线H面方向图。
在图3～6中，实线为Eθ，虚线为EФ。
具体实践方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
参见图1，本发明实施例设有介质基板1，在介质基板1上设有左右相向放置的左半圆环贴片2和右半圆环贴片3，左半圆环贴片2与右半圆环贴片3之间设有一微带贴片4作为天线辐射元；左半圆环贴片2与右半圆环贴片3的顶部之间设有顶部切口12并作为槽线馈电端口，左半圆环贴片2与右半圆环贴片3的底部之间设有底部切口11并作为共面波导馈电端口；顶部切口12左右分别连接左顶矩形导体片9和右顶矩形导体片10，底部切口11左右分别连接左底矩形导体片7和右底矩形导体片8；在底部切口11两侧设有左馈点5和右馈点6。
所述介质基板1采用单面敷铜微波介质基板；敷铜微波介质基板的长度为55mm±0.1mm，宽度为50mm±0.1mm，厚度为1.5mm±0.1mm；敷铜微波介质基板的相对介电常数为3.2，损耗角正切为0.02。
所述左半圆环贴片的内环半径为17mm±0.1mm，外环半径为20mm±0.1mm；所述右半圆环贴片的内环半径为17mm±0.1mm，外环半径为20mm±0.1mm；所述顶部切口的宽度为4mm±0.1mm。所述微带贴片的长度为30mm±0.1mm，宽度为2mm±0.1mm；所述底部切口的宽度为0.5mm。所述左底矩形导体片7和右底矩形导体片8的长度为8.1mm±0.1mm，宽度为6.5mm±0.1mm。左顶矩形导体片9和右顶矩形导体片10的长度为12.1mm±0.1mm，宽度为3mm±0.1mm。
左馈点5和右馈点6位于底部切口两侧的左底矩形导体片7和右底矩形导体片8上，左馈点5和右馈点6与圆环内侧边的距离为1.5mm，与左底矩形导体片7和右底矩形导体片8内侧边的距离为1.0mm，采用导线穿过介质基板背面连接成空气桥，导线的半径为1.0mm。
本发明采用贴片结构圆环作为天线辐射元。
参见图2，天线阻抗频率特性曲线图，由图2可见，共面波导端口11（底部切口）的–10dB阻抗带宽范围为2.23～2.81GHz（相对带宽为23%），而槽线端口12（顶部切口）的–10dB阻抗带宽范围为2.38～2.51GHz（相对带宽为5.3%）。在2.4～2.5GHz的WLAN工作频带内，S21和S12的模值都小于–35dB，在中心频点2.45GHz处小于–47dB。
图3～6为天线在2.45GHz时对共面波导端口11和槽线端口12分别进行激励时的辐射场方向图（测试时另一个端口接匹配负载）。可以看到，两端口对应的辐射场与偶极天线类似，其H面都近似具有全向特性。
图3和图4是共面波导端口11激励时的天线方向图，可以看到，天线辐射场主极化为垂直线极化（y轴方向）。参见图3，其H面辐射场的交叉极化小于–25dB，参见图4，E面方向图交叉极化小于–48dB。
图5和图6是槽线端口12激励时的天线方向图，可以看到，天线辐射场主极化为水平线极化（x轴方向）。参见图5，其E面辐射场的交叉极化小于–17dB，但在最大辐射方向交叉极化小于–49dB，参见图6，H面的交叉极化都小于–45dB。
参见图3～6，天线具有空间分集能力，因两端口的辐射场具有互补作用，即一端口激励的最小辐射，对应于另一端口是最大的。由于处于同一辐射元上，因此天线具有一致的相位中心。
Claims (10)
1.一种双馈双极化微带天线，其特征在于设有介质基板，在介质基板上设有左右相向放置的左半圆环贴片和右半圆环贴片，左半圆环贴片与右半圆环贴片之间设有一微带贴片作为天线辐射元；左半圆环贴片与右半圆环贴片的顶部之间设有顶部切口并作为槽线馈电端口，左半圆环贴片与右半圆环贴片的底部之间设有底部切口并作为共面波导馈电端口；顶部切口左右分别连接左顶矩形导体片和右顶矩形导体片，底部切口左右分别连接左底矩形导体片和右底矩形导体片；在底部切口两侧设有左馈点和右馈点。
2.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述介质基板采用单面敷铜微波介质基板；敷铜微波介质基板的长度可为55mm±0.1mm，宽度可为50mm±0.1mm，厚度可为1.5mm±0.1mm；敷铜微波介质基板的相对介电常数可为3.2，损耗角正切可为0.02。
3.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述左半圆环贴片的内环半径为17mm±0.1mm，外环半径为20mm±0.1mm；所述右半圆环贴片的内环半径为17mm±0.1mm，外环半径为20mm±0.1mm；
4.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述顶部切口的宽度为4mm±0.1mm。
5.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述微带贴片的长度为30mm±0.1mm，宽度为2mm±0.1mm；
6.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述底部切口的宽度为0.5mm。
7.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述左底矩形导体片和右底矩形导体片的长度为8.1mm±0.1mm，宽度为6.5mm±0.1mm。
8.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于左顶矩形导体片和右顶矩形导体片的长度为12.1mm±0.1mm，宽度为3mm±0.1mm。
9.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于左馈点和右馈点位于底部切口两侧的左底矩形导体片和右底矩形导体片上，左馈点和右馈点与圆环内侧边的距离为1.5mm，与左底矩形导体片和右底矩形导体片内侧边的距离可为1.0mm。
10.如权利要求1所述一种双馈双极化微带天线，其特征在于所述介质基板的背面由导体穿过并连接成空气桥；导线的半径可为1.0mm。
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