CN103560325B - 一种应用于多频段无线通信系统的宽带准八木天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于多频段无线通信系统宽带准八木天线，包括介质基板、金属接地板、SMA接头、金属对称振子、金属阻抗渐变线、金属引向振子、金属阻抗匹配枝节；金属接地板覆在介质基板上，并与金属阻抗渐变线相连；SMA接头设置于金属接地板的一边，并与金属阻抗渐变线相接；金属对称振子是两对；两对金属对称振子分别与金属阻抗渐变线相接，并覆在介质基板的两面；金属阻抗匹配枝节设置在金属接地板和金属对称振子之间，金属阻抗匹配枝节连接在金属阻抗渐变线上；金属引向振子设置在金属对称振子后方。本发明可以应用于集成多频通信系统的宽带准八木天线，工作带宽可以覆盖1.7GHz～4.1GHz内所有的通信频段，并且具有良好的增益和方向图特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于多频段无线通信系统的宽带准八木天线，该天线工作频段在(1.7GHz～4.1GHz)，可用于DCS无线网络,WLAN(无线局域网),以及目前正在不断发展的LTE通信系统中。同时该天线还覆盖了WIMAX通信频段。
背景技术
DCS1800(Digital cellular system)是工作频段为1710MHz～1880MHz的数字蜂窝系统。我国移动通信发展异常迅猛，一方面由于频率资源限制，部分地区出现了频率资源紧张、信道不足，话务密度过大等现象；另一方面利用多重频率复用、多层覆盖、跳频等技术来增加容量，也存在诸多局限。只有通过DCS1800网进行话务分担，才能彻底解决上述问题。
无线局域网络(Wireless local area networks)是工作在频段范围为2.4GHz～2.48GHz相当便利的数据传输系统，它利用射频无线技术，使无线网络利用简单设备达到信息随身化。
LTE是目前发展迅速的一种无线通信网络技术，可分为TD-LTE和FD-LTE两种。工作频段约在2.1GHz和2.6GHz的频率段。
天线作为接收和发射设备的最前端，随着无线通讯技术的快速发展，对其的要求越来越高，要求天线具有高度集成，低剖面，及同时满足多种不同频段范围的无线通信系统综合集成的要求，而目前的一般通信天线只满足单一频段内的通信，为了通信系统的在多频段工作必须联合使用多个天线，从而造成了系统的复杂性，并且提高了设备成本。
发明内容
本发明的目的是要提供一种可以应用于集成多频通信系统的宽带准八木天线，工作带宽可以覆盖1.7GHz～4.1GHz内所有的通信频段，并且具有良好的增益和方向图特性。
本发明的技术解决方案是：一种应用于多频段无线通信系统宽带准八木天线，包括介质基板(1)、金属接地板(2)、SMA接头(3)、金属对称振子、金属阻抗渐变线(5)、金属引向振子(6)、金属阻抗匹配枝节(7)；金属接地板(2)覆在介质基板(1)上，并与金属阻抗渐变线(5)相连；SMA接头(3)设置于金属接地板(2)的一边，并与金属阻抗渐变线(5)相接；金属对称振子是两对；两对金属对称振子分别与金属阻抗渐变线(5)相接，并覆在介质基板(1)的两面；金属阻抗匹配枝节(7)设置在金属接地板(2)和金属对称振子之间，金属阻抗匹配枝节(7)连接在金属阻抗渐变线(5)上；金属引向振子(6)设置在金属对称振子后方。
上述金属对称振子由相互平行的长金属对称振子条带(41)和短金属对称振子条带(42)组成；长金属对称振子条带(41)和短金属对称振子条带(42)对称覆在介质基板(1)的两面。
上述长金属对称振子条带(41)和短金属对称振子条带(42)的长度不同。
短金属对称振子条带(42)由两个大小不一的矩形金属条带组成，接在金属阻抗渐变线(5)的末端，长金属对称振子条带(41)同样接在金属阻抗渐变线(5)上。
上述金属阻抗渐变线(5)包括处在介质基板(1)两面的指数渐变的金属条带，金属条带分别连接阻抗匹配枝节(7)和金属对称振子。
本发明的有益效果为：本发明提出了宽带的准八木微带天线，工作带宽可以覆盖1.7GHz～4.1GHz内所有的通信频段，并且具有良好的增益和方向图特性。因此可以集成在工作在多个频段内的通信系统中；由于采用了金属阻抗渐变线馈电和金属匹配枝节的作用，该宽带的准八木天线相比一般的通信天线具有很宽的工作频段；本发明天线结构简单，容易加工。本发明的宽带准八木天线，具有体积小，低剖面，重量轻以及易与各种通信系统集成的优点。
附图说明
图1.1是本发明的顶层俯视图；
图1.2是本发明的底层俯视图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的对称振子、匹配枝节以及阻抗渐变线结构图；
图4是本发明天线的回波损耗曲线图；
图5是本发明在主辐射方向增益随频率变化曲线图；
图6是本发明在DCS系统中心频点(1.8GHz)的主极化和交叉极化方向图；
图7是本发明在WLAN系统中心频点(2.42GHz)主极化和交叉极化方向图；
图8是本发明在LTE系统工作频点2.6GHz主极化和交叉极化方向图；
图9是本发明在WIMAX系统中心频点3.6GHz的主极化和交叉极化方向图；
1—介质基板；2—金属接地板；3—SMA接头；41—长金属对称振子条带；42—短金属对称振子条带；5—金属阻抗渐变线；6—金属引向振子条带；7—金属阻抗匹配枝节。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1.1、图1.2、图2所示，一种应用于集合多个频带的通信系统的宽带准八木天线，包括介质基板1、金属接地板2、SMA接头3、金属对称振子、金属阻抗渐变线5、金属引向振子6、金属阻抗匹配枝节7。金属接地板2覆在介质基板1上，并与金属阻抗渐变线5相连。SMA接头3设置于金属接地板2的一边，并与金属阻抗渐变线5相接。两对金属对称振子分别与金属阻抗渐变线5相接，并覆在介质基板1的两面；在金属接地板2和金属对称振子之间，金属阻抗匹配枝节7连接在金属阻抗渐变线5上。金属引向振子6放置在金属对称振子后方。
如图3所示，金属对称振子由两个不同长度的金属条带组成。其中长金属对称振子条带41和短金属对称振子条带42的两个臂对称地覆在介质基板1的两面。短金属对称振子条带42由两个大小不一的矩形金属条带组成，接在金属阻抗渐变线5的末端，在与短金属对称振子条带42相距一定距离的长金属对称振子条带41同样接在金属阻抗渐变线5上。天线的在各个通信系统的工作频率可以通过调节对称振子的长度来确定，同时振子之间的水平距离会影响天线的宽带特性。
作为优选，金属阻抗渐变线5由处在介质基板1两面的指数渐变的金属条带构成，该金属阻抗渐变线分别连接了阻抗匹配枝节7和金属对称振子。
一种实施例，介质基板1是一层相对介电常数为4.4的FR4材料板，材料板的长度为90毫米，宽度为89毫米，高度为1毫米；介质基板1顶层印刷金属接地板2，金属接地板2长度为90毫米，宽度为28毫米，金属接地板2接在处在介质基板1顶层的金属阻抗渐变线5上，其中金属阻抗渐变线5的两端宽度分别为4毫米和0.35毫米，长度为74毫米。
在介质基板1顶层和底层，分别对称印制了对称振子金属条带41和42，金属匹配枝节7。对称金属条带41是一个长为37.25毫米，宽为6毫米的矩形金属片。对称金属条带42是由一个长为5毫米，宽为3.1毫米的矩形金属片和另一个长为20毫米，宽为5.5毫米的矩形金属片结合而成。金属匹配枝节7是长为4毫米，宽为2毫米的矩形金属片。印制在介质基板1顶层的金属引向振子6是长为23毫米，宽为5毫米的矩形金属片。
在介质基板1顶层，金属阻抗渐变线5分别与金属接地板2，金属对称振子，金属阻抗匹配枝节7相连，同时，金属引向振子6也印制在介质基板1的顶层。在介质基板1，印制的金属阻抗渐变线5分别连接金属对称振子和金属阻抗匹配枝节7。尺寸如上所述，最后将SMA接头3的内芯焊接在介质基板1底层的金属阻抗渐变线5上，SMA接头3的外皮焊接到金属接地板2上，完成本发明的应用于多频段无线通信系统的宽带准八木微带天线的制作。
本发明可通过以下仿真进一步说明：
1、仿真内容：利用仿真软件对上述实施例应用于多频段无线通信系统的宽带准八木微带天线的回波损耗、增益、远场辐射方向图进行仿真计算。
2、仿真结果：通过图4可看出，本发明天线的10dB阻抗带宽为2.4GHz(1.7-4.1GHz)，完全可以覆盖DCS，WLAN，LTE和WIMAX频段。
通过图5可以看出本发明天线在增益最大为6.8dB，最小为4.3dB。在整个工作频带范围内保持了良好增益特性，能满足覆盖频段内的通信系统对天线的要求。
通过图6可以看出本发明天线具有良好的前后比大约为12dB，在最大辐射方向交叉极化电平为-30dB，此天线的辐射方向图很宽的波瓣宽度适合无线系统的通信。
通过图7可以看出本发明天线具有良好的前后比大约为20dB，在最大辐射方向交叉极化电平为-21dB，此天线的辐射方向图很宽的波瓣宽度适合无线系统的数据传输功能。
通过图8可以看出本发明天线具有良好的前后比大约为20dB，在最大辐射方向交叉极化电平为-25dB，此天线的辐射方向图很宽的波瓣宽度适合下一代无线系统LTE的通信要求。
通过图9可以看出本发明天线具有良好的前后比大约为11dB，在最大辐射方向交叉极化电平为-30dB，此天线的辐射方向图很宽的波瓣宽度适合无线系统WIMAX的进行数据传输。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于多频段无线通信系统宽带准八木天线，包括介质基板(1)、金属接地板(2)、SMA接头(3)、金属对称振子、金属阻抗渐变线(5)、金属引向振子(6)、金属阻抗匹配枝节(7)；金属接地板(2)覆在介质基板(1)上，并与金属阻抗渐变线(5)相连；SMA接头(3)设置于金属接地板(2)的一边，其外皮与金属接地板(2)相接，其内芯与介质基板(1)的未覆有金属接地板(2)的表面上的金属阻抗渐变线(5)相接；金属对称振子是两对；两对金属对称振子分别与金属阻抗渐变线(5)相接，两对金属对称振子中其中一对覆在介质基板(1)的一面，另一对覆在介质基板(1)的另一面；金属阻抗匹配枝节(7)分别设置在金属接地板(2)和金属对称振子之间以及SMA接头(3)和金属对称振子之间，金属阻抗匹配枝节(7)连接在金属阻抗渐变线(5)上；金属引向振子(6)设置在金属对称振子后方，所述金属阻抗渐变线(5)包括处在介质基板(1)两面的指数渐变的金属条带，金属条带分别连接阻抗匹配枝节(7)和金属对称振子，该天线工作带宽覆盖1.7GHz～4.1GHz内所有的通信频段。
2.根据权利要求1所述的应用于多频段无线通信系统宽带准八木天线，其特征在于：所述金属对称振子由相互平行的长金属对称振子条带(41)和短金属对称振子条带(42)组成；长金属对称振子条带(41)和短金属对称振子条带(42)对称覆在介质基板(1)的两面。
3.根据权利要求2所述的应用于多频段无线通信系统宽带准八木天线，其特征在于：所述长金属对称振子条带(41)和短金属对称振子条带(42)的长度不同。
4.根据权利要求3所述的应用于多频段无线通信系统宽带准八木天线，其特征在于：短金属对称振子条带(42)由两个大小不一的矩形金属条带组成，接在金属阻抗渐变线(5)的末端，长金属对称振子条带(41)同样接在金属阻抗渐变线(5)上。
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