CN103794877A - 方形框内接十字架圆环形三频微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线。它包括基板、矩形框贴片、圆环形贴片、十字架形贴片、矩形连接线、阻抗匹配输入传输线、阶梯形金属接地板；基板的上表面设有矩形框贴片、圆环形贴片、十字架形贴片、矩形连接线和阻抗匹配输入传输线，基板的下表面设有阶梯形金属接地板，阶梯形金属接地板上设有圆形开槽，圆环形贴片和十字架形贴片位于矩形框贴片的内部，圆环形贴片通过矩形连接线与矩形框贴片相连，十字架形贴片的底端与圆环形贴片相连。本发明具有辐射特性好，多频带，结构简单小型，重量轻，易于制作，便于集成等优点。
Description
技术领域
本发明涉及天线，尤其涉及一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线。
背景技术
无线通信技术的快速发展带来了扩大系统容量以及实现多模通信的需要。以前的单频段通信系统已经无法满足实际应用的要求。整体上，实现多频的方法有两种：一种是用宽带或者超宽带天线将所有频段全部覆盖，但是这种方法有一定的局限性，仅仅适用于当两个或多个工作频段相距比较相近的情况，如果高低频段相距较远，实现起来就会变得困难；另一种方法是让系统中的天线分别独立覆盖这些频段，这种方法在实际应用中比较常见，对于第二种方法，我们可以采用多天线系统，多天线系统有很多优势，比如提高系统容量，实现方向图，增益分级等功能。但同时也存在很多技术难点，比如天线单元之间的互耦与干扰问题，且多天线的使用肯定会使物理空间的占用加大。所以，在一些情况下，我们还是希望可以在单天线上实现双频或者多频，从而可以减小干扰同时有利于实现设备的小型化。
微带天线一般情况下工作在1到50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十MHz，同经常见到的微波天线对比，有以下优点：(1)体积很小、重量轻、低剖面、能与载体共形。(2)电性能多种多样化，不一样设计的微带元，它的最大辐射方向能够从边射到端射范围内调节，容易得到各种极化。(3)易集成，能和有源器件、电路集成为统一的组件。因此对各种几何形状的微带天线进行多频段分析具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线。
方形框内接十字架圆环形三频微带天线包括基板、矩形框贴片、圆环形贴片、十字架形贴片、矩形连接线、阻抗匹配输入传输线、阶梯形金属接地板；基板的上表面设有矩形框贴片、圆环形贴片、十字架形贴片、矩形连接线和阻抗匹配输入传输线，基板的下表面设有阶梯形金属接地板，阶梯形金属接地板上设有圆形开槽，圆环形贴片和十字架形贴片位于矩形框贴片的内部，圆环形贴片通过矩形连接线与矩形框贴片相连，十字架形贴片的底端与圆环形贴片相连，阻抗匹配输入传输线的顶端与矩形框贴片相连，阻抗匹配输入传输线的底端与基板的底端相连，阶梯形金属接地板的底端与基板的底端相连。
所述的基板为玻璃纤维环氧树脂材料，基板的长度为26mm～27mm，宽度为37mm～38mm。所述的矩形框贴片的外矩形长度为22mm～23mm，宽度为20mm～21mm；矩形框贴片的金属宽度为1mm～2mm。所述的圆环形贴片的外半径为3.5mm～4.0mm，内半径为2.5mm～3.0mm。所述的十字架形贴片的总长度为7mm～8mm，总宽度为8mm～9mm；十字架形贴片的横向金属宽度为1.2mm～1.4mm，纵向金属宽度为1.6mm～1.8mm。所述的矩形连接线的长度为1.2mm～1.5mm，宽度为1.0mm～1.5mm。所述的阻抗匹配输入传输线的长度为12mm～13mm，宽度为2.5mm～3.0mm。所述的阶梯形金属接地板由两个矩形组成，上侧矩形的长度为12mm～13mm，宽度为4.5mm～5.0mm；下侧矩形的长度为26mm～27mm，宽度为6.5mm～7.0mm。所述的圆形开槽的半径为2.2mm～2.5mm。
本发明的方形框内接十字架圆环形三频微带天线具有辐射特性好，多频带，结构简单小型，重量轻，易于制作，便于集成等优点。
附图说明：
图1是方形框内接十字架圆环形三频微带天线的正面结构示意图；
图2是方形框内接十字架圆环形三频微带天线的背面结构示意图；
图3是方形框内接十字架圆环形三频微带天线的S参数曲线图；
图4是天线在2.0GHz时的E面、H面辐射方向图；
图5是天线在3.4GHz时的E面、H面辐射方向图；
图6是天线在5.18GHz时的E面、H面辐射方向图；
图7是天线在2.0GHz时的表面电流分布图；
图8是天线在3.4GHz时的表面电流分布图；
图9是天线在5.18GHz时的表面电流分布图。
具体实施方式
如图1～2所示，方形框内接十字架圆环形三频微带天线包括基板1、矩形框贴片2、圆环形贴片3、十字架形贴片4、矩形连接线5、阻抗匹配输入传输线6、阶梯形金属接地板7；基板1的上表面设有矩形框贴片2、圆环形贴片3、十字架形贴片4、矩形连接线5和阻抗匹配输入传输线6，基板1的下表面设有阶梯形金属接地板7，阶梯形金属接地板7上设有圆形开槽8，圆环形贴片3和十字架形贴片4位于矩形框贴片2的内部，圆环形贴片3通过矩形连接线5与矩形框贴片2相连，十字架形贴片4的底端与圆环形贴片3相连，阻抗匹配输入传输线6的顶端与矩形框贴片2相连，阻抗匹配输入传输线6的底端与基板1的底端相连，阶梯形金属接地板7的底端与基板1的底端相连。
所述的基板1为玻璃纤维环氧树脂材料，基板1的长度为26mm～27mm，宽度为37mm～38mm。所述的矩形框贴片2的外矩形长度为22mm～23mm，宽度为20mm～21mm；矩形框贴片2的金属宽度为1mm～2mm。所述的圆环形贴片3的外半径为3.5mm～4.0mm，内半径为2.5mm～3.0mm。所述的十字架形贴片4的总长度为7mm～8mm，总宽度为8mm～9mm；十字架形贴片4的横向金属宽度为1.2mm～1.4mm，纵向金属宽度为1.6mm～1.8mm。所述的矩形连接线5的长度为1.2mm～1.5mm，宽度为1.0mm～1.5mm。所述的阻抗匹配输入传输线6的长度为12mm～13mm，宽度为2.5mm～3.0mm。所述的阶梯形金属接地板7由两个矩形组成，上侧矩形的长度为12mm～13mm，宽度为4.5mm～5.0mm；下侧矩形的长度为26mm～27mm，宽度为6.5mm～7.0mm。所述的圆形开槽8的半径为2.2mm～2.5mm。
实施例1
方形框内接十字架圆环形三频微带天线：
选择介电常数为4.4的玻璃纤维环氧树脂材料制作微带基板，厚度为0.8mm。基板的长度为26mm，宽度为37mm。矩形框贴片的外矩形长度为22mm，宽度为20mm；矩形框贴片的金属宽度为1mm。圆环形贴片的外半径为3.5mm，内半径为2.5mm。十字架形贴片的总长度为7mm，总宽度为8mm；十字架形贴片的横向金属宽度为1.2mm，纵向金属宽度为1.6mm。矩形连接线的长度为1.2mm，宽度为1.0mm。阻抗匹配输入传输线的长度为12mm，宽度为2.5mm。阶梯形金属接地板由两个矩形组成，上侧矩形的长度为12mm，宽度为4.5mm；下侧矩形的长度为26mm，宽度为6.5mm。圆形开槽的半径为2.2mm。方形框内接十字架圆环形三频微带天线的各项性能指标采用CST软件进行测试，所得的S参数曲线如附图3所示。由图3可见，-10dB以下的工作频段为1.95GHz～2.07GHz，2.94GHz～4.01GHz和4.96GHz～5.35GHz。图4所示为天线在2.0GHz时的E面和H面方向图，由图可见，在频率为2.0GHz时，天线的增益为2.6dBi，半功率波瓣宽度为87.7°。图5所示为天线在3.4GHz时的E面和H面方向图，由图可见，在频率为3.4GHz时，天线的增益为2.7dBi，半功率波瓣宽度为82.8°。图6所示为天线在5.18GHz时的E面和H面方向图，由图可见，在频率为5.18GHz时，天线的增益为4.8dBi，半功率波瓣宽度为51.7°。图7-9所示为天线分别在2.0GHz、3.4GHz、5.18GHz时的表面电流分布图。
Claims (9)
1. 一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于包括基板（1）、矩形框贴片（2）、圆环形贴片（3）、十字架形贴片（4）、矩形连接线（5）、阻抗匹配输入传输线（6）、阶梯形金属接地板（7）；基板（1）的上表面设有矩形框贴片（2）、圆环形贴片（3）、十字架形贴片（4）、矩形连接线（5）和阻抗匹配输入传输线（6），基板（1）的下表面设有阶梯形金属接地板（7），阶梯形金属接地板（7）上设有圆形开槽（8），圆环形贴片（3）和十字架形贴片（4）位于矩形框贴片（2）的内部，圆环形贴片（3）通过矩形连接线（5）与矩形框贴片（2）相连，十字架形贴片（4）的底端与圆环形贴片（3）相连，阻抗匹配输入传输线（6）的顶端与矩形框贴片（2）相连，阻抗匹配输入传输线（6）的底端与基板（1）的底端相连，阶梯形金属接地板（7）的底端与基板（1）的底端相连。
2. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的基板（1）为玻璃纤维环氧树脂材料，基板（1）的长度为26mm～27mm，宽度为37mm～38mm。
3. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的矩形框贴片（2）的外矩形长度为22mm～23mm，宽度为20mm～21mm；矩形框贴片（2）的金属宽度为1mm～2mm。
4. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的圆环形贴片（3）的外半径为3.5mm～4.0mm，内半径为2.5mm～3.0mm。
5. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的十字架形贴片（4）的总长度为7mm～8mm，总宽度为8mm～9mm；十字架形贴片（4）的横向金属宽度为1.2mm～1.4mm，纵向金属宽度为1.6mm～1.8mm。
6. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的矩形连接线（5）的长度为1.2mm～1.5mm，宽度为1.0mm～1.5mm。
7. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的阻抗匹配输入传输线（6）的长度为12mm～13mm，宽度为2.5mm～3.0mm。
8. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的阶梯形金属接地板（7）由两个矩形组成，上侧矩形的长度为12mm～13mm，宽度为4.5mm～5.0mm；下侧矩形的长度为26mm～27mm，宽度为6.5mm～7.0mm。
9. 如权利要求1所述的一种方形框内接十字架圆环形三频微带天线，其特征在于所述的圆形开槽（8）的半径为2.2mm～2.5mm。
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