CN106410394A - 一种共形双频单极子天线结构 - Google Patents

一种共形双频单极子天线结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共形双频单极子天线结构，包括接地板、介质基板、和矩形的辐射贴片，接地板设于介质基板的一侧，辐射贴片设置在介质基板的另一侧，所述介质基板的厚度为1.52mm，所述介质基板和接地板均设置为宽度相等的曲面结构，所述介质基板和接地板的半径均为180mm，所述辐射贴片上设有相互连通的L型槽、第一竖槽、第一横槽和第二竖槽。本发明天线是在2.4GHz‑2.485GHz及5.15GHz‑5.825GHz频段的共形WLAN双频单极子天线，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。

Description

一种共形双频单极子天线结构
技术领域
本发明涉及一种单极子天线结构，更具体的说，是涉及一种共形双频单极子天线结构。
背景技术
由于共形天线在许多领域有广泛用于工业、医学、民用生活等领域，因此共形天线设计成为近年来国内外研究的热点。机械灵活的无线设备需求正在增长，包括用于健康监测系统的可穿戴式和可植入式装置以及在我们日常生活中使用的无线设备，如移动手机，平板电脑，笔记本电脑和其他设备。随着衬底材料和印刷电路板技术的发展，无线系统的设计面临着新的挑战：在衬底不同的弯曲度条件下，天线性能参数依然能满足应用需求。传统的平面WLAN双频单子天线具有体积小，重量轻，设计简单等特点。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在2.4GHz-2.485GHz及5.15GHz-5.825GHz频段的共形WLAN双频单极子天线，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种共形双频单极子天线结构，包括接地板、介质基板、和矩形的辐射贴片，接地板设于介质基板的一侧，辐射贴片设置在介质基板的另一侧，所述介质基板的厚度为1.52mm，所述介质基板和接地板均设置为宽度相等的曲面结构，所述介质基板和接地板的半径均为180mm，，所述辐射贴片上设有相互连通的L型槽、第一竖槽、第一横槽和第二竖槽。
所述相介质基板的相对介电常数为2.2，损耗正切值为0.0009。
所述L型槽的槽宽为2mm。
所述第一竖槽的长度和槽宽分别为4.25mm和3.5mm。
所述第一横槽的长度和槽宽分别为10.25mm和2mm。
所述第二竖槽的长度和槽宽分别为19mm和2mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明天线的谐振频率在2.48GHz和5.45GHz，其回波损耗小于-10dB，电压驻波比VSWR<2；且在2.48GHz和5.45GHz的谐振带宽分别为300MHz和780MHz，实现双频天线工作在WiMAX和WLAN频段内，实用性强。
2.本发明天线中的介质基板和接地板均设置为曲面结构，用以实现共形双频天线的性能要求，且天线中各个部件及结构的尺寸均是通过仿真实验后精确设计得到，改变任何其中一个尺寸大小均会对本发明天线的性能产生影响，该天线设计合理，结构简单。
附图说明
图1是本发明在平面俯视状态下的结构示意图。
图2是本发明在立体俯视状态下的结构示意图。
图3(a)和图3(b)是本发明天线在不同结构参数下的回波损耗仿真结果。
附图标记：1-介质基板 2-L型槽 3-第一竖槽 4-第一横槽 5-第二竖槽 6-接地板
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1和图2所示，一种共形双频单极子天线结构，包括接地板6、介质基板1和矩形的辐射贴片，接地板6设于介质基板1的一侧，由金属良导体制成，辐射贴片设置在介质基板1的另一侧，介质基板1由常用Rogers RT/Duroid 5880(tm)材料做成，相对介电常数为2.2，损耗正切值为0.0009，基板厚度为1.52mm，介质基板1和接地板6均设置为宽度相等的曲面结构，介质基板1和接地板6的半径均为180mm，，辐射贴片上设有相互连通的L型槽2、第一竖槽3、第一横槽4和第二竖槽5。
本实施例中的天线是通过蚀刻方法制作在介质基板1上，介质基板1的厚度为1.52mm，接地板6印刷于介质基板1的一侧，辐射贴片印刷在介质基板1的另一侧，采用典型的微带线馈电的馈电方式，输入阻抗为50Ω，辐射贴片上刻蚀有相互连通的L型槽2、第一竖槽3、第一横槽4和第二竖槽5。
如图1所示：该图表示的是本发明天线经过优化设计后在平面状态下的结构示意图，具体参数如下：L1＝4.25mm,W1＝3.5mm,L2＝7mm,W＝2mm,L3＝10.25mm,L4＝19mm。
为了研究本发明天线的辐射特性，运用全波三维电磁仿真软件HFSS，对并本发明天线在2.45GHz、5.49GHz频率处进行仿真优化，得到天线的回波损耗及在不同频率处的方向图，并对仿真结果进行了分析。图3(a)、图3(b)是本发明天线在不同结构参数下的回波损耗仿真结果。
经过仿真分析，可知天线的谐振频率在2.48GHz和5.45GHz，其回波损耗小于-10dB，电压驻波比VSWR<2。天线的在2.48GHz和5.45GHz的谐振带宽分别为300MHz和780MHz，实现双频天线工作WiMAX和WLAN频段内，介质基板1和接地板6共曲面形状的结构设计使得天线更加容易集成到不同的曲面衬底，在从而提高了该天线的实用性。对天线相关参数进行优化，最终得到双频天线工作在2.45GHz和5.49GHz。可得到其回波损耗的仿真结果，及与不同结构的天线进行了对比分析，如图3(a)和图3(b)所示：
由图3(a)中可以看出：由于采用曲面的接地板和介质基板作衬底，天线的谐振频率和谐振带宽和平面天线相比都会发生改变。依据图1的平面结构所给参数设计的共形天线的回波损耗图如图3(a)，由仿真结果表明本发明共形天线在低频段满足2.45GHz的谐振要求，但高频段谐振频率发生偏移，谐振频率在6.25GHz左右，显然不满足要求。由于高频段的谐振频率主要受L2的影响，且天线的谐振频率与天线的尺寸成反比关系，增大L2可以降低高频段的谐振频率。因此，在HFSS中对L2进行参数化扫描，图3(b)分别为L2＝8.5mm，L2＝8.6mm，L2＝8.7mm的本发明共形天线的回波损耗图。当L2取上述三个值时，共形天线的高频谐振频率在5.5GHz左右，满足WLAN的频段要求，实现了共形双频天线的性能要求。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种共形双频单极子天线结构，包括接地板、介质基板、和矩形的辐射贴片，接地板设于介质基板的一侧，辐射贴片设置在介质基板的另一侧，其特征在于，所述介质基板的厚度为1.52mm，所述介质基板和接地板均设置为宽度相等的曲面结构，所述介质基板和接地板的半径均为180mm，所述辐射贴片上设有相互连通的L型槽、第一竖槽、第一横槽和第二竖槽。
2.根据权利要求1所述一种共形双频单极子天线结构，其特征在于，所述相介质基板的相对介电常数为2.2，损耗正切值为0.0009。
3.根据权利要求1所述一种共形双频单极子天线结构，其特征在于，所述L型槽的槽宽为2mm。
4.根据权利要求1所述一种共形双频单极子天线结构，其特征在于，所述第一竖槽的长度和槽宽分别为4.25mm和3.5mm。
5.根据权利要求1所述一种共形双频单极子天线结构，其特征在于，所述第一横槽的长度和槽宽分别为10.25mm和2mm。
6.根据权利要求1所述一种共形双频单极子天线结构，其特征在于，所述第二竖槽的长度和槽宽分别为19mm和2mm。
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