CN105048071A - 一种电偶极子与蝶形缝隙互补型天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，该天线包括上层的电偶极子(1)、中层的含有蝶形缝隙天线的金属面(21)、下层的微带馈电线(3)三层结构；在上层的电偶极子(1)中，左向L形金属片(11)和右向L形金属片(12)构成T型电偶极子天线；在中层，含有蝶形缝隙天线的金属面(21)位于做为载体的介质板(2)上方，在下层部分，微带馈电线(3)位于介质板(2)下方。通过电偶极子天线与蝶形缝隙天线互补的方式，合理的解决两者的电激励、互耦、极化一致和天线方向图兼容，使之在多频状态下仍然具有出色的性能，实现宽带的频谱共享和信息的高效传输，提高频谱利用率。

Description

一种电偶极子与蝶形缝隙互补型天线

技术领域

本发明属于无线电天线领域，涉及电偶极子与蝶形缝隙互补型宽带天线，尤其适用于移动通信、雷达等领域。

背景技术

现代无线电技术的迅速发展和广泛应用，有力地推动着天线系统向宽带、小型化、集成化以及高性能化方向发展。电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，将基本电偶极子与蝶形缝隙(磁偶极子类)天线组合在一起，构成电磁互补型天线，从而形成较电偶极子、蝶形缝隙天线两者单独工作的带宽要宽的多的新型天线，由于该天线成本低、结构简单、剖面小、工作频带宽和易于批量生产，同时采用微带馈电形式，便于直接和系统其它电路集成等优点，因此在无线电天线领域具有广泛的应用前景。

随着4G移动通信LTE技术的发展对天线技术提出了新的要求，在尽可能不增加天线数目和设备的情况下，让天线在尽可能宽的频带或者多个频带上工作，具有多个工作模式并具有良好的传输特性是业界追求的目标。电偶极子与磁偶极子互补型天线是近些年来出现的新型天线技术，具有结构简单、工作带宽宽、电性能优异的特点受到了业界的青睐。

发明内容

技术问题：众所周知天线工作受到频带的限制，在通信、雷达、导航和电子对抗等无线电技术领域，特别是在目前4G移动通信巨大市场的需求牵引下，如何实现多频天线集成，且要满足体积小、结构紧凑、频带宽、电性能优良是一个挑战性的课题。本发明的目的就是开发一种宽带电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，通过电偶极子天线与蝶形缝隙天线互补的方式，合理的解决两者的电激励、互耦、极化一致和天线方向图兼容，使之在多频状态下仍然具有出色的性能，实现宽带的频谱共享和信息的高效传输，提高频谱利用率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种电偶极子与蝶形缝隙互补型天线结构，根据电偶极子天线与蝶形缝隙天线工作在不同频段上，通过合理的构造和配置，选择合适的馈电方式、天线的极化统一，实现天线的互补工作。

该天线包括上层的电偶极子、中层的含有蝶形缝隙天线的金属面、下层的微带馈电线三层结构；在上层的电偶极子中，左向L形金属片和右向L形金属片构成T型电偶极子天线；在中层，含有蝶形缝隙天线的金属面位于做为载体的介质板上方，在下层部分，微带馈电线位于介质板下方。

所述的电偶极子中的左向L形金属片和右向L形金属片构成的双臂相隔一间距S，该双臂长度接近半波长，水平放置，平行于介质板；亦可由中心向两侧倾斜锐角放置，电偶极子坐落在含有蝶形缝隙天线的金属面上，高度为h。

所述的含有蝶形缝隙天线的金属面上，蝶形缝隙天线是在金属层上刻蚀出的一对三角形构成，该一对三角形顶点相对；蝶形缝隙天线也可以是微带槽线构成，其包络为三角形。

下层的微带馈电线为金属微带线，由该微带线为天线馈电。

所述的间距S小于十分之一波长，跨接在蝶形缝隙两侧。

所述的高度h＝(0.8～1.2)×0.25波长。

有益效果：

1)金属电偶极子天线是由基本电振子天线，广泛应用在GSM和3G移动通信基站天线上，具有结构紧凑、成本低廉等优点。

2)蝶形缝隙天线是一类磁偶极天线，在工作频段内具有较好带宽特性。且其附着在电偶极子天线的地板上，结构紧凑，采用成熟的PCB(印刷电路)加工工艺，易批量生产，加工精度高、电性能稳定。

3)电偶极子天线与蝶形缝隙天线两者电磁互补，通过合理的构造和配置可以使其天线方向图背瓣相消，主瓣迭加，频带互补。

4)通过采用合理的馈电方式，可使电偶极子与蝶形缝隙互补型天线的相对阻抗带宽，从单一天线的2.7％提高到26.2％(VSWR≤2)。

附图说明

图1是电偶极子与蝶形缝隙互补型天线三层结构示意图；

图2是电偶极子中心向两侧倾斜锐角放置的三层结构示意图；

图3是电偶极子与蝶形缝隙互补型天线立体图；

图4是蝶形缝隙天线结构示意图；

图5是电偶极子与蝶形缝隙互补型天线增益实测结果。

其中有：电偶极子1、左向L形金属片11、右向L形金属片12、介质板2、含有蝶形缝隙天线的金属面21、微带馈电线3；左向L形金属片11与右向L形金属片12的间距S、高度h；左向L形金属片11与右向L形金属片12由中心向两侧倾斜锐角α。

具体实施方式

本发明的电偶极子与蝶形缝隙互补型天线包括上层的电偶极子1、中层的含有蝶形缝隙天线的金属面21、下层的微带馈电线3三层结构；在上层的电偶极子1中，左向L形金属片11和右向L形金属片12构成T型电偶极子天线；在中层，含有蝶形缝隙天线的金属面21位于做为载体的介质板2上方，在下层部分，微带馈电线3位于介质板2下方。所述的电偶极子1中的左向L形金属片11和右向L形金属片12构成的双臂相隔一间距S，该双臂长度接近半波长，水平放置，平行于介质板2；亦可由中心向两侧倾斜锐角放置，电偶极子1坐落在含有蝶形缝隙天线的金属面21上，高度为h。

所述的含有蝶形缝隙天线的金属面21上，蝶形缝隙天线是在金属层上刻蚀出的一对三角形构成，该一对三角形顶点相对；蝶形缝隙天线也可以是微带槽线构成，其包络为三角形。

两L形单金属片构成T型电偶极子天线，其双臂长度近似等于半波长。根据需要电偶极子双臂顶端可以加直角弯，偶极子天线双臂可以平行于微带介质基板水平放置，亦可以倾斜放置α角小于90°,电偶极子距离介质板的高度为h近似等于四分之一波长(高度h＝(0.8～1.2)×0.25波长)。T型电偶极子天线用金属板制作或用金属箔制作并依附在介质板载体金属表面上，可用焊接或螺钉固定在介质板上；

在中层部分为介质基片双面覆铜板，以介质基板为载体，其上的金属层上刻蚀有两蝶形三角形缝隙天线，或以三角形为包络的蝶形缝隙，金属电偶极子天线坐落在蝶形缝隙的金属面上，以间距s跨接在蝶形缝隙的两侧金属面上，s小于十分之一波长；

在下层部分为金属微带线，由该微带线为天线馈电。金属微带线可以用四分之一开路线馈电，也可以直接通过金属通孔pin与上层金属层相连馈电。

在本发明中，电偶极子天线与蝶形缝隙天线的中心工作频率分别处于互补型合成天线工作频段的高低端。恰当的选取馈电点的位置和馈电方式，可使天线频段和辐射方向图都具有出色的性能。

实施实例：

我们在1.86-2.42GHz频段上实现了电偶极子与蝶形缝隙互补型天线。其中基片为高频介质基片。

天线的仿真和实测结果参见图5。

电偶极子与蝶形缝隙互补型天线的工作原理：

电偶极子与磁偶极子天线是天线的两种主要的基本形式，蝶形缝隙天线属于磁偶极子天线。电偶极子与磁偶极子天线两种基本天线本身的工作带宽有限，且极化正交。将两种天线依照辐射原理适当组合使其极化相同，选择恰当的馈电方式，使得两天线同时激励且各自工作在不同的频率上构成宽频带，则可实现电性能优良的宽带低背瓣的互补型天线。

天线的辐射方向图由电偶极子和缝隙天线共同决定。对上半平面z>0,电偶极子与磁偶极子的电场同向叠加；对下半平面z<0，电偶极子与磁偶极子电场反向相消，背瓣被压缩，因此实现了单向辐射特性，提高了天线的前后比。

电偶极子与蝶形缝隙互补型天线有以下发明创造点：

电偶极子与磁偶极子天线是两种主要的基本天线形式，蝶形缝隙天线属于磁偶极子天线。本发明将两种主要的基本天线形式合二为一，通过天线形式互补实现了天线的频宽带性能和天线方向图的稳定。该天线的创造点是：其一，天线结构紧凑，两副天线合二为一；其二，采用电偶极子与蝶形缝隙互补型构造了所需的宽频特性；其三，馈电形式简单易行，实现了电偶极子与蝶形缝隙互补型天线同时馈电；其四，电偶极子与磁偶极子天线方向图在上半平面同向叠加，下半平面反向叠加，增大了天线的增益减小了天线背瓣，且极化纯度很高，具有很好的极化隔离特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，其特征在于：该天线包括上层的电偶极子（1）、中层的含有蝶形缝隙天线的金属面（21）、下层的微带馈电线（3）三层结构；在上层的电偶极子（1）中，左向L形金属片（11）和右向L形金属片（12）构成T型电偶极子天线；在中层，含有蝶形缝隙天线的金属面（21）位于做为载体的介质板（2）上方，在下层部分，微带馈电线（3）位于介质板（2）下方。

2.根据权利要求1所述的电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，其特征在于：所述的电偶极子（1）中的左向L形金属片（11）和右向L形金属片（12）构成的双臂相隔一间距S，该双臂长度接近半波长，水平放置，平行于介质板（2）；亦可由中心向两侧倾斜锐角放置，电偶极子（1）坐落在含有蝶形缝隙天线的金属面（21）上，高度为h。

3.根据权利要求1所述的电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，其特征在于：所述的含有蝶形缝隙天线的金属面（21）上，蝶形缝隙天线是在金属层上刻蚀出的一对三角形构成，该一对三角形顶点相对；蝶形缝隙天线也可以是微带槽线构成，其包络为三角形。

4.根据权利要求1所述的电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，其特征在于：下层的微带馈电线（3）为金属微带线，由该微带线为天线馈电。

5.根据权利要求2所述的电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，其特征在于：所述的间距S小于十分之一波长，跨接在蝶形缝隙两侧。

6.根据权利要求2所述的电偶极子与蝶形缝隙互补型天线，其特征在于：所述的高度h=（0.8～1.2）×0.25波长。