CN104518282B - 一种双极化宽频带高隔离度的微带天线 - Google Patents

Abstract

一种双极化宽频带高隔离度的微带天线，包括相互平行隔开设置的接地板、下层介质板以及上层介质板；接地板与下层介质板之间通过同轴馈电内导体探针连接；下层介质板的上表面并列设置有两个下层辐射贴片，下层辐射贴片之间通过180°相移微带线连接；通过从180°相移微带线向上引出微带线连接上馈电端口；下层介质板表面在180°相移微带线的下方设置有下馈电端口，下馈电端口通过阻抗变换器与两个下层辐射贴片下方引出的切角微带连接线连接；上层介质板表面包括与两个下层辐射贴片对应设置的上层辐射贴片，且下层辐射贴片与上层辐射贴片之间设置有开口向上的带脊喇叭状导向结构。本发明同时具有双极化、频带宽、隔离度高的优点。

Description

一种双极化宽频带高隔离度的微带天线

技术领域

本发明涉及一种双极化微带天线，具体涉及一种双极化宽频带高隔离度的微带天线，特别适用于5.2GHz无线局域网。

背景技术

IEEE802.11a标准对应的频率范围为5.15-5.825GHz的无线局域网(WLAN)，由于其数据传输速率(72Mbps)远大于IEEE802.11b标准对应的频率范围为2.4-2.4835GHz的数据传输速率(11Mbps)，因此，研发工作于5.15-5.825GHz频段的无线局域网天线有着潜在的广阔需求。

微带天线以其体积小、结构简单、便于集成等优点获得广泛的应用。双极化天线是一种新型的天线技术，主要利用极化分集技术，能有效应对多径衰减效应并且增加信道容量，从而可以节省定向基站的天线数量。目前在无线局域网频段的双极化天线能够同时达到高隔离度，较低副瓣，高增益以及小尺寸的较为少见。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种结构简单，能够同时满足双极化、频带宽以及隔离度高的微带天线。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括相互平行隔开设置的接地板、下层介质板以及上层介质板；

所述的接地板与下层介质板之间通过同轴馈电内导体探针连接；所述的下层介质板的上表面并列设置有两个下层辐射贴片，两个下层辐射贴片之间通过180°相移微带线连接；所述的下层介质板表面上通过从180°相移微带线向上引出微带线连接上馈电端口；所述的下层介质板表面在180°相移微带线下方设置有下馈电端口，并且下馈电端口通过阻抗变换器与两个下层辐射贴片下方引出的切角微带连接线连接；所述的上层介质板表面包括与两个下层辐射贴片对应设置的上层辐射贴片，且下层辐射贴片与上层辐射贴片之间设置有开口向上的带脊喇叭状导向结构。

所述的180°相移微带线波长为中心频率的二分之一。

所述的下层辐射贴片中心位置开设有用于连接带脊喇叭状导向结构底部的圆形缺口。

所述的带脊喇叭状导向结构与下层介质板上表面之间的距离为0.1mm。

所述的180°相移微带线与下馈电端口之间设置有横向隔离贴片。

所述的介质板尺寸为100×40×5mm，两个下层辐射贴片采用21×21mm的正方形贴片，圆形缺口的半径为2mm，两个上层辐射贴片采用18.8×18.8mm的正方形贴片，横向隔离贴片的长度为28mm。

所述的上层辐射贴片四角对称地切去四个正方形贴片。

所述的四个正方形贴片尺寸为2.4×2.4mm。

所述的180°相移微带线向上引出连接上馈电端口的微带线上设置有两反向不等长的第一调节枝节与第二调节枝节。

所述的两个上层辐射贴片之间设置有纵向隔离贴片。

与现有技术相比，本发明下馈电端口通过阻抗变换器对两个辐射贴片馈电产生X方向极化，上馈电端口通过180°相移微带线对两个辐射贴片馈电产生Y方向极化。实验测得本发明天线的工作频段为4.75-6.25GHz，能够覆盖无线局域网频段5.15-8.825GHz，天线相对带宽能够达到27％，端口间的隔离度大于25dB，下馈电端口通过阻抗变换器与两个下层辐射贴片下方引出的切角微带连接线连接，做切角处理后的微带连接线能够起到提高增益的作用，通过在下层辐射贴片与上层辐射贴片之间设置开口向上的带脊喇叭状导向结构，使下层辐射贴片的辐射场由集中部位引至边缘及四角，并且导向结构的内部脊使贴片辐射效应弱的中心位置辐射效应得以强化，降低了带内回波损耗，同时也使频带得到扩宽。本发明结构简单，能够有效提高通信系统的性能。

进一步的，本发明180°相移微带线连接上馈电端口的微带线上设置有两反向不等长的第一调节枝节与第二调节枝节，能够起到阻抗微调作用，针对阻抗不符合要求的频段部分，在相应位置处增加相应枝节，微调作用非常明显。

进一步的，本发明180°相移微带线与下馈电端口之间设置有横向隔离贴片，能够增大馈电端口间的隔离度。

进一步的，本发明两个上层辐射贴片之间设置有纵向隔离贴片，能够增大辐射贴片之间的隔离度。

附图说明

图1本发明天线结构的侧视图；

图2本发明天线下层介质板的俯视图；

图3本发明天线上层介质板的俯视图；

图4本发明天线整体结构的俯视图；

图5本发明天线两个馈电端口的回波损耗仿真图；

图6本发明天线两个馈电端口的隔离度仿真图；

图7本发明天线在两个极化面上的仿真增益曲线图；

附图中：1-接地板；2-下层介质板；3-上层介质板；4-下馈电端口；5-上馈电端口；6-下层辐射贴片；7-第一调节枝节；8-第二调节枝节；9-180°相移微带线；10-横向隔离贴片；11-阻抗变换器；12-切角微带连接线；13-圆形缺口；14-带脊喇叭状导向结构；15-横纵向脊；16-上层辐射贴片；17-正方形贴片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明天线共具有三层结构，最下方为接地板1，接地板1上方依次为下层介质板2和上层介质板3，下层介质板2和上层介质板3均为FR4介质基板。接地板1与下层介质板2间的距离为2mm，上下两层介质板间距离为2mm，介质板厚度为0.5mm。其中两层介质板中间对称设置有两个带脊喇叭状导向结构14，带脊喇叭状导向结构14由横纵向脊15组成，横纵向脊15包括喇叭内部有横向和纵向正中位置四处脊，喇叭外部另有两处纵向脊。

参见图2，本发明天线介质板尺寸为100×40×5mm。下层介质板2中部对称设置有两块21×21mm的正方形下层辐射贴片6，中心位置各截去一个半径为2mm的圆形缺口13，用来连接其上的带脊喇叭状导向结构14。下层辐射贴片6之间通过180°相移微带线9连接，180°相移微带线9包括几字形结构的四处90°拐角，几字形结构的凹口向上，且四处90°拐角将180°相移微带线9横向分为三段，连接上馈电端口5的微带线从几字形结构凹口的一侧底端向上引出，180°相移微带线9的长度为中心频率5.4GHz对应波长的二分之一；下层介质板2上表面的上下两处分别设置有与接地板通过同轴线相连的馈电端口。下馈电端口4通过左右两段阶变矩形微带构成的阻抗变换器11对两块下层辐射贴片6馈电，上馈电端口5下方微带线上加有两段长短不一的枝节。上馈电端口5通过两条长度不同长度的第一调节枝节7与第二调节枝节8分别对左右两块辐射贴片进行馈电。上馈电端口5、下馈电端口4间设置有尺寸为28mm的矩形长条贴片10。上馈电端口5的Y方向极化是通过对右方辐射单元增加一段二分之一波长微带线，使之与左方辐射单元产生一致辐射方向，将阻抗微调微带置于上方馈电公共网络中，该方式原理简单，对频率调节方便。

参见图3，本发明上层介质板3上对称设置有两块切去四角的正方形上层辐射贴片16，贴片尺寸为18.8×18.8mm，切去的四角为四个尺寸为2.4×2.4mm的正方形贴片17，两个上层辐射贴片16之间设置有纵向隔离贴片18。

参见图4，本发明上下两层介质板中的贴片中心重合，上下两层介质板的贴片是相对应设置的，采用同轴馈电方式，仿真时即考虑到实际馈电焊接方式，馈电处内芯周围增加稍大的圆形贴片区域，尽可能使仿真结果与实际效果一致。

参见图5，图中S11与S12分别对应本发明天线两个馈电端口的回波损耗，从图中能够看出两端口在4.75-6.25GHz频率范围内的回波损耗均小于-10dB，相对带宽能够达到27％。

参加图6，图中S12反映了本发明天线两个馈电端口的隔离度，从图中能够看出，本发明天线的隔离度在4.75-6.25GHz范围内大于25dB。

参见图7，从图中能够看出，本发明天线在两个极化方向上最大的增益达到了10.9dBi，副瓣抑制大于15dB。

本发明天线的工作频段为4.75-6.25GHz，频段覆盖无线局域网(WLAN，5.2-5.8GHz)，相对带宽达到27％。频段增益达到10dBi以上，具有双极化、频带宽、隔离度高、尺寸小的优点。

Claims (9)

1.一种双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：包括相互平行隔开设置的接地板(1)、下层介质板(2)以及上层介质板(3)；

所述的接地板(1)与下层介质板(2)之间通过同轴馈电内导体探针连接；所述的下层介质板(2)的上表面并列设置有两个下层辐射贴片(6)，两个下层辐射贴片(6)之间通过180°相移微带线(9)连接；所述的下层介质板(2)表面上通过从180°相移微带线(9)向上引出微带线连接上馈电端口(5)；所述的下层介质板(2)表面在180°相移微带线(9)下方设置有下馈电端口(4)，并且下馈电端口(4)通过阻抗变换器(11)与两个下层辐射贴片(6)下方引出的切角微带连接线(12)连接；所述的上层介质板(3)表面包括与两个下层辐射贴片(6)对应设置的上层辐射贴片(16)，且下层辐射贴片(6)与上层辐射贴片(16)之间设置有开口向上的带脊喇叭状导向结构(14)；所述的180°相移微带线(9)向上引出连接上馈电端口(5)的微带线上设置有两反向不等长的第一调节枝节(7)与第二调节枝节(8)。

2.根据权利要求1所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的180°相移微带线(9)波长为中心频率的二分之一。

3.根据权利要求1所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的下层辐射贴片(6)中心位置开设有用于连接带脊喇叭状导向结构(14)底部的圆形缺口(13)。

4.根据权利要求1所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的带脊喇叭状导向结构(14)与下层介质板(2)上表面之间的距离为0.1mm。

5.根据权利要求1所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的180°相移微带线(9)与下馈电端口(4)之间设置有横向隔离贴片(10)。

6.根据权利要求5所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的介质板尺寸为100×40×5mm，两个下层辐射贴片(6)采用21×21mm的正方形贴片，圆形缺口(13)的半径为2mm，两个上层辐射贴片(16)采用18.8×18.8mm的正方形贴片，横向隔离贴片(10)的长度为28mm。

7.根据权利要求1或5所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的上层辐射贴片(16)四角对称地切去四个正方形贴片(17)。

8.根据权利要求7所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的四个正方形贴片(17)尺寸为2.4×2.4mm。

9.根据权利要求1所述的双极化宽频带高隔离度的微带天线，其特征在于：所述的两个上层辐射贴片(16)之间设置有纵向隔离贴片(18)。