CN105490012A - 一种cpw馈电双频微带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CPW馈电双频微带天线，包括介质基板、两个对称倒π型槽、以及共面集成波导馈线，其中：两个倒π型槽以及共面集成波导馈线设置在介质基板的上表面，所述的两个倒π型槽关于中心为对称结构，并且倒π型槽的底端与介质基板的底端连接，共面集成波导馈线的底端与介质基板的底端连接。本发明提出的CPW馈电双频微带天线，可覆盖WLAN与WiMAX所有工作频段，适用于WLAN和WiMAX等现代无线通信系统。

Description

一种CPW馈电双频微带天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及无线通信中的一种CPW馈电双频微带天线。
背景技术
随着多频段多业务无线通信系统的快速发展，高性能多频段天线的研究也越来越受到世界各地的学者广泛关注。特别是适用于2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的本地无线局域网(WLAN)，以及适用于2.6GHz、3.5GHz和5.5GHz的全球微波互联接入(WiMAX)的多频段微带天线，更是当前的研究热点。
通过对相关资料的文献检索发现，目前已经发表了很多研究多频段天线的文献。其中，实现多频段的方法一般有三种：第一种是使用覆盖目标工作频段的宽带或者超宽带天线，但是不能避免目标工作频段外的信号干扰问题；第二种方法是使用独立的天线分别覆盖目标工作频段，但是存在各天线单元之间有互耦与干扰、天线尺寸较大等问题；第三种是使用单个天线实现多个工作频段，覆盖所有目标频段。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种CPW馈电双频微带天线，具有体积小、重量轻、成本低、易集成、损耗低、辐射特性好、多个工作频段、各频段之间隔离度好、稳定度高、适合大批量生产等优点，适用于WLAN和WiMAX等现代无线通信系统。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种CPW馈电双频微带天线，包括介质基板、两个对称倒π型槽、以及共面集成波导馈线，其中：两个倒π型槽以及共面集成波导馈线设置在介质基板的上表面，所述的两个倒π型槽关于中心为对称结构，并且倒π型槽的底端与介质基板的底端连接，共面集成波导馈线的底端与介质基板的底端连接。
进一步的实施例中，所述倒π型槽由第一槽线、第二槽线、第三槽线、第四槽线、第五槽线和第六槽线组成；第一槽线的底端与介质基板的底端连接，并且垂直于介质基板的底端；第二槽线的一端与第一槽线的顶端连接，其另一端与第三槽线的顶端连接，并且同时垂直于第一槽线与第三槽线；第四槽线的底端与第三槽线的顶端连接；第五槽线的一端与第四槽线连接，其另一端与第六槽线的底端连接，并且同时垂直于第四槽线与第六槽线；第一槽线、第三槽线、第四槽线以及第六槽线相互平行；第二槽线与第五槽线相互平行。
进一步的实施例中，所述共面集成波导馈线位于所述两个倒π型槽的中间，且与两个槽的间隙均为.mm，并且共面集成波导馈线的底端与介质基板的底端连接，该共面集成波导馈线的另一端与第二槽线的顶端对齐。
进一步的实施例中，所述介质基板的相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明提出的CPW馈电双频微带天线具有多个工作频段，且各频段之间隔离度好、损耗低、辐射特性好，由以上技术方案可知，该设计的结构简单、尺寸小、重量轻，易于集成、易加工，成本较低。
附图说明
图1是本发明一实施方式CPW馈电双频微带天线的结构图。
图2是图1实施例中的CPW馈电双频微带天线的一个示例性设计示意图。
图3是图2所示CPW馈电双频微带天线的仿真与实测的反射系数图。
图4是图2所示CPW馈电双频微带天线在2.5GHz时的E面和H面辐射方向图。
图5是图2所示CPW馈电双频微带天线在3.5GHz时的E面和H面辐射方向图。
图6是图2所示CPW馈电双频微带天线在5.5GHz时的E面和H面辐射方向图。
图7是图2所示CPW馈电双频微带天线的实测增益图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种CPW馈电双频微带天线，包括介质基板、两个对称倒π型槽、以及共面集成波导馈线，其中：两个倒π型槽以及共面集成波导馈线设置在介质基板的上表面，所述的两个倒π型槽关于中心为对称结构，并且倒π型槽的底端与介质基板的底端连接，共面集成波导馈线的底端与介质基板的底端连接。
结合图1所示，前述倒π型槽由第一槽线1、第二槽线2、第三槽线3、第四槽线4、第五槽线5和第六槽线6组成；第一槽线1的底端与介质基板的底端连接，并且垂直于介质基板的底端；第二槽线2的右端与第一槽线1的顶端连接，左端与第三槽线3的顶端连接，并且同时垂直于第一槽线1与第三槽线3；第四槽线4的底端与第三槽线3的顶端连接；第五槽线5的左端与第四槽线4连接，右端与第六槽线6的底端连接，并且同时垂直于第四槽线4与第六槽线6；第一槽线1、第三槽线3、第四槽线4以及第六槽线6相互平行；第二槽线2与第五槽线5相互平行。
如前所述，两个倒π型槽关于中心为对称结构。
作为可选的方式，共面集成波导馈线7在两个倒π型槽中，且与两个槽的间隙为0.4mm，并且共面集成波导馈线7的底端与介质基板的底端连接，另一端与第二槽线2的顶端对齐。
介质基板的相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
本实施例提出的CPW馈电双频微带天线中，各工作频段的中心频率由对应的谐振单元决定。其中，第一工作频段的中心频率由第一槽线1、第二槽线2、第四槽线4、第五槽线5以及第六槽线6决定；第二工作频段的中心频率由第一槽线1、第二槽线2和第三槽线3决定。
如图2所示为根据图1实施例的结构制作的CPW馈电双频微带天线的具体结构。
CPW馈电双频微带天线的结构如图1所示，所使用介质基板的型号为FR-4环氧树脂基板，厚度为1.6mm，相对介电常数为4.4，有关尺寸规格如图2所示，其中，W0、L0为介质基板的宽度和长度，W1、L1为第一槽线1的宽度和长度，W2、L2为第二槽线2的宽度和长度，W3、L3为第三槽线3的宽度和长度，W4、L4为第四槽线4的宽度和长度，W5、L5为第五槽线5的宽度和长度，W6、L6为第六槽线6的宽度和长度，W7为共面集成波导馈线7的宽度，W8为第二槽线2第五槽线5之间的距离。各参数值具体如下：W0＝35mm，W1＝0.4mm，W2＝4mm，W3＝4mm，W4＝2.8mm，W5＝0.5mm，W6＝3mm，W7＝3mm，W8＝3.5mm，W9＝4mm，L0＝30mm，L1＝10mm，L2＝10.7mm，L3＝9mm，L4＝12.8mm，L5＝7.2mm，L6＝8.2mm。天线的整体尺寸为30×35×1.6mm3。选择以上微带线、微带贴片和槽线的长度和宽度，以获得目标工作频段的中心频率，以及最优的阻抗带宽和反射系数。
图2所示的CPW馈电双频微带天线，对其仿真使用的是ANSYS公司的商业全波电磁仿真软件HFSSV13，测试使用的是安捷伦公司的N5244A网络分析仪，所得仿真与测试反射系数曲线如图3所示。由图3可以看出，三个工作频段的-10dB阻抗带宽分别为2.38–3.73GHz以及5.17–5.9GHz，覆盖WLAN的2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz全部三个工作频段，以及WiMAX的2.6GHz、3.5GHz和5.5GHz的全部三个工作频段。
图4为图2所示CPW馈电双频微带天线在2.5GHz时的E面和H面方向图。图5为图2所示CPW馈电双频微带天线在3.5GHz时的E面和H面方向图。图6为图2所示CPW馈电双频微带天线在5.5GHz时的E面和H面方向图。图7是图2所示CPW馈电双频微带天线的实测增益图，由图可以看出，天线在第一工作频段的平均增益为2.03dBi，在第二工作频段的平均增益为3.04dBi。从以上指标来看，利用本发明所设计的CPW馈电双频微带天线，可达到一个比较好的效果，非常适用于WLAN和WiMAX等现代无线通信系统。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种CPW馈电双频微带天线，其特征在于，包括介质基板、两个对称倒π型槽、以及共面集成波导馈线，其中：
两个倒π型槽以及共面集成波导馈线设置在介质基板的上表面，所述的两个倒π型槽关于中心为对称结构，并且倒π型槽的底端与介质基板的底端连接，共面集成波导馈线的底端与介质基板的底端连接。
2.根据权利要求1所述的CPW馈电双频微带天线，其特征在于，所述倒π型槽由第一槽线(1)、第二槽线(2)、第三槽线(3)、第四槽线(4)、第五槽线(5)和第六槽线(6)组成；第一槽线(1)的底端与介质基板的底端连接，并且垂直于介质基板的底端；第二槽线(2)的一端与第一槽线(1)的顶端连接，其另一端与第三槽线(3)的顶端连接，并且同时垂直于第一槽线(1)与第三槽线(3)；第四槽线(4)的底端与第三槽线(3)的顶端连接；第五槽线(5)的一端与第四槽线(4)连接，其另一端与第六槽线(6)的底端连接，并且同时垂直于第四槽线(4)与第六槽线(6)；第一槽线(1)、第三槽线(3)、第四槽线(4)以及第六槽线(6)相互平行；第二槽线(2)与第五槽线(5)相互平行。
3.根据权利要求1所述的CPW馈电双频微带天线，其特征在于，所述共面集成波导馈线(7)位于所述两个倒π型槽的中间，且与两个槽的间隙均为0.4mm，并且共面集成波导馈线(7)的底端与介质基板的底端连接，该共面集成波导馈线(7)的另一端与第二槽线(2)的顶端对齐。
4.根据权利要求1所述的CPW馈电双频微带天线，其特征在于，所述介质基板采用型号为FR-4环氧树脂基板，其相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
5.根据权利要求1所述的CPW馈电双频微带天线，其特征在于，该CPW馈电双频微带天线中，各工作频段的中心频率由对应的谐振单元决定，其中，第一工作频段的中心频率由第一槽线(1)、第二槽线(2)、第四槽线(4)、第五槽线(5)以及第六槽线(6)决定；第二工作频段的中心频率由第一槽线(1)、第二槽线(2)和第三槽线(3)决定。
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