CN104868242A - 一种具有地辐射模的宽带贴片天线 - Google Patents
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Abstract
一种具有地辐射模的宽带贴片天线，涉及一种宽带贴片天线。设有介质基板，介质基板为长方体，介质基板的前表面、后表面和下表面为相连的涂覆有金属层的地面，介质基板的上表面后部设有一块与后表面相连的矩形贴片，介质基板的上表面前部设有一块辐射贴片，辐射贴片与介质基板上表面后部矩形贴片及前表面留有缝隙，辐射贴片和介质基板上表面后部矩形贴片与介质基板两个侧面留有相同宽度的缝隙。同时具有天线元辐射模和接地面辐射模的天线结构，天线结构简单且小型化，工频处相对带宽达到17％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带贴片天线，尤其是涉及一种具有地辐射模的宽带贴片天线。
背景技术
随着通信行业的快速发展，对天线的要求也越来越高。微带贴片天线具有体积小、重量轻、成本低、易与有源器件和电路集成等优点，得到了广泛应用。但微带天线本身是一种谐振式天线，高Q值决定了它的窄带特性，限制了它的应用。为了提高收发通信系统的工作效率，宽频带小型化微带天线成为天线领域的一个主要研究方向。
常用的增强带宽的方法有：增加介质基板厚度、降低相对介电常数、采用环形或H形贴片、加载短路探针、附加阻抗匹配网络等。常用的天线小型化的方法有：使用高介电常数的介质基板、加载技术、曲流技术等。
近年来，扩展微带天线的带宽有了一些新进展。如使用多层结构的介质基板，采用孔径耦合技术，辐射单元采用寄生贴片，通过在不同介质层上的贴片之间相互耦合来增加带宽，其相对带宽达到90％(丁解,吴洁,李建新,等.一种多层结构宽带贴片天线的设计[J].现代雷达.,2014,36(11)：54-57)。又如使用两层隔空叠放的介质基板，在第一层下方外加反射板，同时在辐射层采用寄生贴片，实现在5G频段提高18％的带宽(Insu Yeom,Jin MyungKim,Chang Won Jung.Dual-band slot-coupled patch antenna with broad bandwidth andhigh directivity for WLAN access point.ELECTRONICS LETTERS.,2014,50(10)：726–728)。也有同样采用双层介质基板，改变贴片几何形状，利用双馈和三馈技术，达到29％的相对带宽(Sharma,M.D.Katariya,A.Meena,R.S.Broad Band Aperture CoupledMicrostrip Antenna with Dual Feed and Three Feed Technique.International Conferenceon Communication Systems and Network Technologies.,2012,23：62-65)。这些方法虽然都实现了扩展带宽，但都采用多层介质基板，结构也比较复杂，不易天线的小型化和加工生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有地辐射模的宽带贴片天线。
本发明设有介质基板，介质基板为长方体，介质基板的前表面、后表面和下表面为相连的涂覆有金属层的地面，介质基板的上表面后部设有一块与后表面相连的矩形贴片，介质基板的上表面前部设有一块辐射贴片，辐射贴片与介质基板上表面后部矩形贴片及前表面留有缝隙，辐射贴片和介质基板上表面后部矩形贴片与介质基板两个侧面留有相同宽度的缝隙。
所述介质基板的前表面涂覆有前表面金属层。
所述介质基板的后表面涂覆有后表面金属层。
所述介质基板的下表面涂覆有下表面金属层。
所述介质基板的上表面后部居中置有矩形贴片，矩形贴片与后表面金属层相连，矩形贴片与两个侧面留有相同宽度的缝隙。
所述介质基板的上表面前部居中设有辐射贴片，辐射贴片与上表面后部矩形贴片留有缝隙，矩形辐射贴片与前表面留有缝隙，矩形辐射贴片与两个侧面留有相同宽度的缝隙。
与现有技术相比较，本发明具有以下突出优点和显著效果：同时具有天线元辐射模和接地面辐射模的天线结构，天线结构简单且小型化，工频处相对带宽达到17％以上。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。
图2是本发明实施例一提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。
图3是本发明实施例一提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线EH面方向图的仿真结果。
图4是本发明实施例二提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。
图5是本发明实施例二提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。
图6是本发明实施例二提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线EH面方向图的仿真结果。
图7是本发明实施例三提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。
图8是本发明实施例三提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。
图9是本发明实施例三提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线EH面方向图的仿真结果。
图10是本发明实施例四提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。
图11是本发明实施例四提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。
图12是本发明实施例四提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线EH面方向图的仿真结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，图1是本发明实施例一提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。长方体介质基板的前表面1、下表面2和后表面3为相连的涂覆有金属层的地面，长方体介质基板的上表面后部为一块与后表面相连的矩形贴片4，长方体介质基板的上表面前部为一块辐射贴片5，辐射贴片与上表面后部矩形贴片及前表面留有缝隙，辐射贴片5和上表面后部矩形贴片4与两个侧面留有相同宽度的缝隙。
所述长方体介质基板采用双面覆铜的微波介质基板。长方体介质基板的宽度为a＝17.2mm±0.1mm，长度为b＝47.9mm±0.1mm，厚度为c＝3mm±0.1mm，相对介电常数为4.3，损耗正切角为0.02。矩形贴片4宽度为d＝16.1mm±0.1mm，长度为e＝32.4mm±0.1mm。辐射贴片5宽度为f＝16.4mm±0.1mm，长度为g＝12.9mm±0.1mm。辐射贴片5与矩形贴片4之间的缝隙宽度为h＝1.4mm±0.1mm。辐射贴片5与前表面1之间接同轴馈电。
图2是本发明实施例一提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。由图2可见，在2.15～2.55GHz频段内S11均在-10dB以下，其相对带宽为17％。
图3是本发明实施例一提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的E面和H面的方向图的仿真结果。如图3所示，P1为天线的磁场方向图，P2为天线的电场方向图。
参考图4，图4是本发明实施例二提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。本发明实施例二是在实施例一的前提下，整体结构不变，在所述长方体介质基板下表面的覆铜面2上切去两块对称的矩形6，矩形6的长度为j＝5.0mm±0.1mm，宽度为k＝4.0mm±0.1mm，矩形6的上边与后表面之间距离为l＝9.9mm±0.1mm。
图5是本发明实施例二提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。如图5所示，可见在，在2.00～2.50GHz频段内S11均在-10dB以下，其相对带宽为22％。。
图6是本发明实施例二提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的E面和H面的方向图的仿真结果。如图6所示，P1为天线的磁场方向图，P2为天线的电场方向图。
参考图7，图7是本发明实施例三提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。本发明实施例三是在实施例二的前提下，改变所述长方体介质基板的宽度，长方体介质基板的宽度为a＝28.2mm±0.1mm；改变所述长方体介质基板下表面的覆铜面2上切去两块对称矩形6的尺寸，矩形6的长度为j＝11.7mm±0.1mm，宽度为k＝8.3mm±0.1mm，矩形6的上边与后表面之间距离为l＝10.4mm±0.1mm；同时在所述长方体介质基板后表面的覆铜面3居中切去一块矩形7，矩形7的宽度为m＝5.8mm±0.1mm，高度与所述长方体介质基板的厚度c相同。所述长方体介质基板的上表面后部矩形贴片4和辐射贴片5尺寸保持不变。
图8是本发明实施例三提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。如图8所示，可见在，在1.90～2.55GHz频段内S11均在-10dB以下,其相对带宽为29％。
图9是本发明实施例三提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的E面和H面的方向图的仿真结果。如图9所示，P1为天线的磁场方向图，P2为天线的电场方向图。
参考图10，图10是本发明实施例四提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线结构图。本发明实施例四是在实施例三的前提下，整体结构不变，在所述长方体介质基板上表面的辐射贴片5切去两块对称的矩形8，矩形8长度为p＝4.0±0.1mm，宽度为q＝3.0mm±0.1mm，矩形8与辐射贴片5下边之间距离为t＝7.7mm±0.1mm。所述长方体介质基板的上表面后部矩形贴片4和辐射贴片5整体尺寸保持不变。
图11是本发明实施例四提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的电路参数S11仿真结果。如图11所示，可见在，在1.90～2.50GHz频段内S11均在-10dB以下,其相对带宽为27％。
图12是本发明实施例四提供的一种具有地辐射模的小型宽带贴片天线的E面和H面的方向图的仿真结果。如图12所示，P1为天线的磁场方向图，P2为天线的电场方向图。
Claims (6)
1.一种具有地辐射模的宽带贴片天线，其特征在于设有介质基板，介质基板为长方体，介质基板的前表面、后表面和下表面为相连的涂覆有金属层的地面，介质基板的上表面后部设有一块与后表面相连的矩形贴片，介质基板的上表面前部设有一块辐射贴片，辐射贴片与介质基板上表面后部矩形贴片及前表面留有缝隙，辐射贴片和介质基板上表面后部矩形贴片与介质基板两个侧面留有相同宽度的缝隙。
2.如权利要求1所述一种具有地辐射模的宽带贴片天线，其特征在于所述介质基板的前表面涂覆有前表面金属层。
3.如权利要求1所述一种具有地辐射模的宽带贴片天线，其特征在于所述介质基板的后表面涂覆有后表面金属层。
4.如权利要求1所述一种具有地辐射模的宽带贴片天线，其特征在于所述介质基板的下表面涂覆有下表面金属层。
5.如权利要求1所述一种具有地辐射模的宽带贴片天线，其特征在于所述介质基板的上表面后部居中置有矩形贴片，矩形贴片与后表面金属层相连，矩形贴片与两个侧面留有相同宽度的缝隙。
6.如权利要求1所述一种具有地辐射模的宽带贴片天线，其特征在于所述介质基板的上表面前部居中设有辐射贴片，辐射贴片与上表面后部矩形贴片留有缝隙，矩形辐射贴片与前表面留有缝隙，矩形辐射贴片与两个侧面留有相同宽度的缝隙。
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