CN105633574A - 一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线 - Google Patents

一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线，它包括阵列天线的两阵子和加载在两阵子之间的L型电磁带隙单元组阵，两阵子和L型电磁带隙单元组阵均支设在FR4介质基板上，每个阵子包括高频单极子、低频单极子、微带馈线和金属地，所述高频单极子和低频单极子与微带馈线连接，微带馈线安插于金属地，L型电磁带隙单元组阵由多个L型电磁带隙单元排列成阵列，L型电磁带隙单元包括电磁带隙金属贴片，电磁带隙金属贴片通过中间的导电过孔与另一侧的接地板相连。本发明的双频微带阵列天线，工作频带为2.27～2.67GHz,5.29～7.09GHz，完全覆盖WLAN的频带范围，由于在阵子单元之间加载了具有双带隙特性的电磁带隙结构，因此本发明天线在双频段均具有较高的隔离度。

Description

一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线
技术领域
本发明涉及一种微带阵列天线，尤其涉及一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线。
背景技术
随着通信技术的不断发展，用户需求的进一步提升，很多情况下要求天线不仅仅工作在一个频段，比如合成孔径雷达(SAR)和全球定位系统(GPS)这样的雷达和通信系统往往需要天线能够具有双频甚至多频的工作特性。现有的一款双频微带阵列天线，微带天线之间存在着互耦效应，互耦的存在将导致：①单元在阵中的方向图与孤立元的方向图不同；②阵中单元的输入阻抗与孤立元的输入阻抗不同；③对于相控阵，阵中单元的输入阻抗将随扫描角变化，这会引起阵的失配和单元效率的降低；④天线的极化特性也会变坏。
由此可见，阵列天线之间的互耦效应对天线的性能有比较大的影响，因此必须采取有效的方法来尽可能降低它的影响。由于电磁带隙结构存在独特的频率带隙，因而很自然地可以用来抑制天线单元之间表面波的传播，从而减小阵列天线单元之间的互耦。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线。该双频微带阵列天线运用在WLAN频段，此天线阵子单元中间加载了5×5单元排列的人工电磁材料---电磁带隙结构。
为解决上述技术问题，本发明的一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线，它包括阵列天线的两阵子和加载在两阵子之间的L型电磁带隙单元组阵，两阵子和L型电磁带隙单元组阵均支设在FR4介质基板上，每个阵子包括高频单极子、低频单极子、微带馈线和金属地，所述高频单极子和低频单极子与微带馈线连接，所述微带馈线安插于金属地，所述L型电磁带隙单元组阵由多个L型电磁带隙单元排列成阵列，所述L型电磁带隙单元包括印于FR4介质基板一侧的电磁带隙金属贴片，所述电磁带隙金属贴片通过中间的导电过孔与另一侧的接地板相连。
进一步的，所述电磁带隙金属贴片包括方形的中心部，所述导电过孔开设于中心部的中央，所述中心部的各顶角处设有L形金属微带线，所述L形金属微带线沿中心部四周顺时针方向排列。
本发明的有益效果：本发明的一种双频微带阵列天线，它的工作频带为2.27～2.67GHz,5.29～7.09GHz，完全覆盖WLAN的频带范围，由于在阵子单元之间加载了具有双带隙特性的电磁带隙结构，因此本发明天线在双频段均具有较高的隔离度。
附图说明
图1为本发明阵列天线的阵子结构示意图。
图2为本发明L型电磁带隙单元的正视图。
图3为本发明L型电磁带隙单元的侧视图。
图4为本发明加载了电磁带隙结构的双频阵列天线示意图。
图5为未加载电磁带隙结构双频阵列天线S参数图。
图6为加载了电磁带隙结构双频阵列天线S参数图。
其中：1、高频单极子，2、低频单极子，3、微带馈线，4、金属地，5、FR4介质基板，6、电磁带隙金属贴片，61、L形金属微带线，62、中心部，7、导电过孔，8、接地板。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
本发明的一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线，如图4所示，它包括阵列天线的两阵子和加载在两阵子之间的L型电磁带隙单元组阵，两阵子和L型电磁带隙单元组阵均支设在FR4介质基板5上，L型电磁带隙单元组阵与相邻阵子之间的距离dd=19.375mm。图1所示，每个阵子包括高频单极子1、低频单极子2、微带馈线3和金属地4，高频单极子1和低频单极子2与微带馈线3连接，微带馈线3安插于金属地4，其中各参数值：
L=175mm,L1=14mm,L2=4.25mm,L3=6mm,L4=10.25mm,L5=18.3mm,W=56.25mm,w1=3.5mm,w2=2mm,lw=11mm,ld=95mm。
L型电磁带隙单元组阵由多个L型电磁带隙单元排列成阵列，图4所示是5×5排列的阵列，L型电磁带隙单元包括印于FR4介质基板5一侧的电磁带隙金属贴片6，图3所示，电磁带隙金属贴片6通过中间的导电过孔7与另一侧的接地板8相连。图3中各参数值：a=10.5mm,g=0.75mm,w=0.45mm,lx1=9mm,lx2=8.05mm,lx3=0.9mm,
r=0.4mm,H=2mm。
图2所示，电磁带隙金属贴片6包括方形的中心部62，导电过孔7开设于中心部62的中央，中心部62的各顶角处设有L形金属微带线61，L形金属微带线61沿中心部四周顺时针方向排列。
本发明的双频微带阵列天线，它的工作频率在：2.27～2.67GHz,5.29～7.09GHz,可以覆盖WLAN频段。每个阵子由高频单极子1、低频单极子2、微带馈线3、金属地4组成，其馈电方式采用微带馈电。由于阵子单元之间的互耦效应，天线的隔离较差。然后，基于传统的“蘑菇型”高阻抗表面电磁带隙结构，通过在上层金属贴片采用缝隙加载技术，设计了一款具有双带隙特性的L型电磁带隙单元结构，这种结构制作在2mm厚的FR4介质基板5上,介质基板的一侧印有呈L型的金属贴片,金属贴片通过中间的导电过孔7与另一侧的接地板8相连。其带隙范围分别为：2GHz-3GHz，5.56GHz-6.16GHz，完全覆盖双频阵列天线的工作频段。再者，将L型电磁带隙单元组阵形成一个5×5排列的阵列加载在阵列天线两阵子之间，结果显示加载了电磁带隙结构的双频微带阵列天线拥有更好的隔离效果。
本发明采用具有双带隙特性的缝隙加载电磁带隙这一特殊的人工电磁材料加载在双频阵列天线阵子之间，利用电磁带隙结构特有的表面波抑制特性，抑制阵子单元间的互耦，从而提高双频微带阵列天线的隔离度。
本发明的一种双频微带阵列天线，由于在阵子单元之间加载了具有双带隙特性的电磁带隙结构，因此本发明天线在双频段均具有较高的隔离度，图5所示，未加载电磁带隙的阵列天线在低频段和高频段的隔离分别为：-29.99dB和-21.24dB；图6所示，而本发明天线的隔离度分别为：-51.04dB和-34.92dB，较于传统的未加载电磁带隙阵列天线隔离度分别提高了21.05dB和13.68dB。

Claims (2)

1.一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线，其特征在于：它包括阵列天线的两阵子和加载在两阵子之间的L型电磁带隙单元组阵，两阵子和L型电磁带隙单元组阵均支设在FR4介质基板上，每个阵子包括高频单极子、低频单极子、微带馈线和金属地，所述高频单极子和低频单极子与微带馈线连接，所述微带馈线安插于金属地，所述L型电磁带隙单元组阵由多个L型电磁带隙单元排列成阵列，所述L型电磁带隙单元包括印于FR4介质基板一侧的电磁带隙金属贴片，所述电磁带隙金属贴片通过中间的导电过孔与另一侧的接地板相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁带隙结构的具有高隔离度的双频微带阵列天线，其特征在于：所述电磁带隙金属贴片包括方形的中心部，所述导电过孔开设于中心部的中央，所述中心部的各顶角处设有L形金属微带线，所述L形金属微带线沿中心部四周顺时针方向排列。
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