CN105896036A - 一种宽带差分天线 - Google Patents

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刘倩文
邓静
邓一静
王雪道
王建朋
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Abstract

本发明公开一种宽带差分天线，包括介质基板(1)和紧贴于介质基板(1)下表面的金属接地板(2)，还包括位于介质基板(1)上表面的金属贴片(3)和4个短路针(41、42、43、44)，所述短路针(41、42、43、44)穿过介质基板(1)将金属贴片(3)与金属接地板(2)相连接，还包括二个馈电口(51、52)和二个同轴馈电探针(61、62)，所述馈电口(51、52)位于金属接地板(2)上，所述同轴馈电探针(61、62)一端与金属贴片(3)相连，另一端穿过介质基板(1)伸入馈电口(51、52)中。本发明的宽带差分天线，体积小、结构简单。

Description

一种宽带差分天线
技术领域
本发明属于无线通信天线技术领域，特别是一种体积小、结构简单的宽带差分天线。
背景技术
无线通信技术的迅猛发展，促进了全集成射频前端产品的需要。集成射频前端通常采用差分技术实现，作为射频前端的关键部件之一，大多数天线设计为单端口器件，差分天线改变了传统天线的设计方法，直接把差分信号馈入到天线的两个端口，为设计高集成的射频前端提供了新的途径。
与常规的微波天线相比，微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，能与载体共行，制造简单，成本低等优点，因此被广泛采用。微带天线又可以分为三大类：微带贴片天线，微带缝天线，微带行波天线。其中，微带贴片天线最大的特点是效率高，但阻抗频带较窄。微带贴片天线以其相对效率高、分析方法成熟而得到广泛应用，但由于这种天线的带宽较窄使其应用领域受到了限制。
近年来，人们在展宽微带天线频带方面做了大量的研究。常用的方法有：采用厚基板，附加阻抗匹配网络，采用楔形或阶梯型基板，采用非线性基板材料，非线性调整原件，采用多层结构，在贴片或接地板“开窗”等。但是，这些方法不可避免的增大了天线的几何尺寸，同时使得天线的复杂程度增加，不便于加工和使用。
总之，现有技术存在的问题是：宽带微带天线的体积大、结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带差分天线，体积小、结构简单。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种宽带差分天线，其特征在于：包括介质基板和紧贴于介质基板下表面的金属接地板，还包括位于介质基板上表面的金属贴片和4个短路针，所述短路针穿过介质基板将金属贴片与金属接地板相连接，还包括二个馈电口和二个同轴馈电探针，所述馈电口位于金属接地板上，所述同轴馈电探针一端与金属贴片相连，另一端穿过介质基板伸入馈电口中。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
体积小、结构简单：与传统的矩形贴片相比，三角形贴片天线由于其形状结构的特殊性，更容易在多个频率上谐振。为了展宽带宽，在所述辐射贴片和金属接地板之间内置四个短路针，通过控制短路探针的位置及尺寸，从而增加了模式并调整了原有模式的频率。相对于别的展宽带宽的方法，本发明具有结构简单、易于加工、小型化等优点。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明宽带差分天线的三维结构示意图；
图2是本发明宽带差分天线的实施例中具体尺寸规格图；
图3是本发明采用HFSS进行仿真的S11图。
图4是本发明天线在3.5GHz的仿真辐射方向图。
图5是本发明天线在4.5GHz的仿真辐射方向图。
图6是本发明天线在5.5GHz的仿真辐射方向图。
图中，介质基板1，金属接地板2，金属贴片3，短路针41、42、43、44，馈电口51、52，同轴馈电探针61、62。
具体实施方式
如图1所示，本发明宽带差分天线，包括介质基板1和紧贴于介质基板1下表面的金属接地板2，还包括位于介质基板1上表面的金属贴片3和4个短路针41、42、43、44，所述短路针41、42、43、44穿过介质基板1将金属贴片3与金属接地板2相连接，还包括二个馈电口51、52和二个同轴馈电探针61、62，所述馈电口51、52位于金属接地板2上，所述同轴馈电探针61、62一端与金属贴片3相连，另一端穿过介质基板1伸入馈电口51、52中。
所述金属贴片3呈等边三角形，所述介质基板1呈矩形。
所述呈等边三角形的金属贴片3的底边与介质基板1的一个边平行。
所述二个同轴馈电探针61、62分别位于金属贴片3两底角附近。
所述4个短路针41、42、43、44两两对称均匀布置在金属贴片3顶角平分线两侧。
所述的同轴馈电输入端口阻抗为50欧姆。
本发明利用微带贴片天线上加载短路针的方式来实现多个频率上的谐振状态。贴片形状采用三角形结构，利用三角形本身的谐振模式以及加载短路针所引入的谐振模式，从而最终达到多模工作状态，形成一个宽带天线。
为了在保持天线面积的条件下扩大带宽，采用了加载短路针的方法增加了谐振模式，同时，加载短路针也有着调节三角形贴片本征模式的谐振频率的作用，通过将这些模式调节到一起，形成一个通带。
下面结合具体实例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种加载短路针的等边三角形贴片宽带差分天线的结构如图1所示，有关尺寸规格如图2所示，所采用的介质板为介电常数2.2、厚度3.175mm的Rogers RT/duroid 5880板材。结合图2，该差分天线的各尺寸参数如下：a＝50mm，d0＝1mm，d＝2mm，l1＝43.1mm，h1＝2mm，l2＝18mm，h2＝15mm，l3＝10mm，h3＝29.5mm。
本实例差分天线是在电磁仿真软件HFSS.13中建模仿真的。图3是本实例中的反射系数仿真图。从图3中可以看出，天线的带宽可覆盖2.95～6.15GHz的频带，阻抗带宽为71.1％，与一般的贴片天线相比带宽显著增大。
在通带范围内取三个频率点：3.5GHz、4.5GHz、5.5GHz，这三个频点的辐射方向图分别如图4、5、6所示。从这三个图可以看出，在通带范围内三角形的最大辐射方向一致，即本发明可以获得良好的定向辐射性能。
综上所述，本发明一种加载短路针的等边三角形贴片宽带差分天线，通过利用加载短路针而引入谐振模和三角形贴片本征模式实现了一种具有宽带宽、结构简单、生产成本低、低剖面、带宽宽、小型化等特性的差分天线，非常适用于现代无线通信系统。

Claims (5)

1.一种宽带差分天线，其特征在于：包括介质基板(1)和紧贴于介质基板(1)下表面的金属接地板(2)，还包括位于介质基板(1)上表面的金属贴片(3)和4个短路针(41、42、43、44)，所述短路针(41、42、43、44)穿过介质基板(1)将金属贴片(3)与金属接地板(2)相连接，还包括二个馈电口(51、52)和二个同轴馈电探针(61、62)，所述馈电口(51、52)位于金属接地板(2)上，所述同轴馈电探针(61、62)一端与金属贴片(3)相连，另一端穿过介质基板(1)伸入馈电口(51、52)中。
2.根据权利要求1所述的宽带差分天线，其特征在于：所述金属贴片(3)呈等边三角形，所述介质基板(1)呈矩形。
3.根据权利要求2所述的宽带差分天线，其特征在于：所述呈等边三角形的金属贴片(3)的底边与介质基板(1)的一个边平行。
4.根据权利要求3所述的宽带差分天线，其特征在于：所述二个同轴馈电探针(61、62)分别位于金属贴片(3)两底角附近。
5.根据权利要求3或4所述的宽带差分天线，其特征在于：所述4个短路针(41、42、43、44)两两对称布置在金属贴片(3)顶角平分线两侧。
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