CN106654550B - 一种零阶谐振天线和无线路由器 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种零阶谐振天线和无线路由器。所述零阶谐振天线包括基板、附着于基板的正面的复合左右手传输线单元、附着于基板的底面的电磁场带隙EBG结构和位于EBG结构侧的、与复合左右手传输线单元相连的作为地的金属平板。本发明实现了低剖面、水平全向辐射、高效率、宽带宽、并且极化垂直于水平面的零阶谐振天线。

Description

一种零阶谐振天线和无线路由器
技术领域
本发明属于通信领域，尤其涉及一种零阶谐振天线和无线路由器。
背景技术
现有技术主要采用偶极子或者单极子天线提供水平全向且垂直极化辐射性能，偶极子或者单极子天线是一种天线电长度为波长的二分之一或者四分之长度的天线，其辐射在水平面上是全向辐射，并且辐射电场的极化方向与大地垂直，即为垂直极化，该类型天线在使用时，一般垂直于水平面外置于无线路由器外。然而该天线的带宽窄、辐射效率低、剖面高且无法平面化，从而限制了其商业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零阶谐振天线和无线路由器，旨在解决现有技术的天线的带宽窄、辐射效率低、剖面高且无法平面化的问题。
第一方面，本发明提供了一种零阶谐振天线，所述零阶谐振天线包括基板、附着于基板的正面的复合左右手传输线单元、附着于基板的底面的电磁场带隙EBG结构和位于EBG结构侧的、与复合左右手传输线单元相连的作为地的金属平板。
进一步地，所述复合左右手传输线单元包括多个周期性的金属贴片，每个金属贴片形成有由感性的金属线加载形成的镂空图案，镂空图案的金属线形成等效电感。
进一步地，每个金属贴片形成的镂空图案位于中央，镂空图案连接金属贴片的边缘，镂空图案的金属线通过金属探针与金属平板连接。
进一步地，所述镂空图案中央和对应的基板位置均设有通孔，金属探针穿过镂空图案和基板的通孔焊接在通孔旁边的镂空图案的金属线上；
所述EBG结构包括多个周期性的单元结构，EBG结构于与基板的通孔对应处设有通孔，且EBG结构的通孔孔径大于基板的通孔孔径，以避免EBG结构与金属平板连接。
进一步地，所述EBG结构的单元结构具有镂空图案，EBG结构的镂空图案采用弯折线样式、弧线样式或三角形样式。
进一步地，所述EBG结构与金属平板之间具有空气层间隙，或者，金属平板通过绝缘介质附着在EBG结构上。
进一步地，所述基板的正面还附着有位于复合左右手传输线单元的周围的EBG结构。
第二方面，本发明提供了一种无线路由器，所述无线路由器包括两个上述的零阶谐振天线，两个零阶谐振天线共用金属平板作为天线的地。
在本发明中，由于零阶谐振天线包括附着于基板的正面的复合左右手传输线单元和附着于基板的底面的EBG结构和位于EBG结构侧的、与复合左右手传输线单元相连的作为地的金属平板，因此EBG结构可消除复合左右手传输线单元与地之间的表面波，进而提高天线的效率，并增加天线的带宽，从而提供了一种低剖面、水平全向辐射、高效率、宽带宽、并且极化垂直于水平面的零阶谐振天线；另外，由于复合左右手传输线单元包括多个周期性的金属贴片，每个金属贴片形成有由感性的金属线加载形成的镂空图案，镂空图案的金属线形成等效电感，因此，减少了谐振时需要的对地等效并联电容并且提高了对地等效并联电感，从而减小了天线面积，实现了天线的小型化；又由于EBG结构与金属平板之间具有空气层间隙，空气层间隙减少了天线的等效介电常数，从而提高了天线效率与带宽。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的零阶谐振天线的结构示意图。
图2是本发明实施例一提供的零阶谐振天线中的复合左右手传输线单元的结构示意图。
图3是本发明实施例一提供的零阶谐振天线中的EBG结构的结构示意图。
图4是本发明实施例一提供的零阶谐振天线中的地的结构示意图。
图5是本发明实施例二提供的零阶谐振天线中的复合左右手传输线单元和EBG结构附着于基板正面的结构示意图。
图6是本发明实施例三提供的无线路由器包括的零阶谐振天线的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
请参阅图1至图4，本发明实施例一提供的零阶谐振天线包括基板61、附着于基板61的正面的复合左右手传输线单元62、附着于基板61的底面的电磁场带隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)结构63和位于EBG结构63侧的、与复合左右手传输线单元62相连的作为地的金属平板64。由于复合左右手传输线单元62直接与金属平板64相连，将电流导入地中，因此EBG结构63在复合左右手传输线单元62和金属平板64之间不会造成复合左右手传输线单元62与地之间的电磁场分布的改变，且能消除表面波。
在本发明实施例一中，基板61的正面在靠近复合左右手传输线单元62的位置还附着有一个微带馈电线622。复合左右手传输线单元62包括多个周期性的金属贴片621。每个金属贴片621可以形成有镂空图案6211，镂空图案6211是由感性的金属线加载形成的，镂空图案6211的金属线形成等效电感。镂空图案6211减少了谐振时需要的对地等效并联电容并且提高了对地等效并联电感，从而减小了天线面积，实现了天线的小型化。
请参阅图2，金属贴片621呈方形，每个金属贴片621形成的镂空图案6211位于中央，镂空图案6211连接金属贴片621的边缘6212，镂空图案6211的金属线通过金属探针6214与金属平板64连接，镂空图案6211中央和对应的基板位置均设有通孔6213，金属探针6214穿过镂空图案和基板的通孔6213焊接在通孔旁边的镂空图案6211的金属线上；镂空图案的通孔的孔径略大于基板的通孔的孔径和金属探针的直径，从而方便金属探针焊接在通孔旁边的镂空图案的金属线上。镂空图案6211的金属线形成了等效的对地电感，从而减少了天线面积，且该电感与金属贴片自身的对地等效电容并联，最终形成复合左右手传输线单元的开路零阶谐振天线。金属贴片621也可以呈圆形、扇形等任意形状。镂空图案可以采用多种样式，例如弯折线样式、弧线样式、三角形样式等等。
请参阅图3，EBG结构63等效于理想的人工磁导体(artificial magneticconductors，AMC)，当电磁波在金属平面传输时，表面波会被激励出现，表面波的出现引起大量电磁波能量的损耗，造成天线辐射效率低下，并且带宽变窄。EBG结构63可消除复合左右手传输线单元62与地之间的表面波，进而提高天线的效率，并增加天线的带宽。在本发明实施例一中，EBG结构63包括多个周期性的单元结构633，单元结构633可以具有镂空图案，镂空图案可以采用多种样式，例如弯折线样式、弧线样式、三角形样式等等。EBG结构63于与基板的通孔6213对应处设有通孔631，且EBG结构的通孔孔径大于基板的通孔孔径，以避免EBG结构63与金属平板64连接。
在本发明实施例一中，EBG结构63与金属平板64之间具有空气层间隙634。空气层间隙减少了天线的等效介电常数，由于越低的等效介电常数，辐射效率就越高，带宽就越宽，因此该空气层间隙提高了天线效率与带宽。
在本发明实施例一中，金属平板64也可以通过绝缘介质附着在EBG结构63上。
实施例二：
请参阅图5，本发明实施例二提供的零阶谐振天线与本发明实施例一提供的零阶谐振天线的区别在于，基板的正面还附着有EBG结构66，EBG结构66位于复合左右手传输线单元65的周围。使得EBG结构达到了两层，从而能展宽EBG结构的带宽。
实施例三：
请参阅图6，本发明实施例三提供的无线路由器包括两个本发明实施例一或二提供的零阶谐振天线，两个本发明实施例一或二提供的零阶谐振天线共用金属平板64作为天线的地。
在本发明实施例中，由于零阶谐振天线包括附着于基板的正面的复合左右手传输线单元和附着于基板的底面的EBG结构和位于EBG结构侧的、与复合左右手传输线单元相连的作为地的金属平板，因此EBG结构可消除复合左右手传输线单元与地之间的表面波，进而提高天线的效率，并增加天线的带宽；另外，由于复合左右手传输线单元包括多个周期性的金属贴片，每个金属贴片形成有由感性的金属线加载形成的镂空图案，镂空图案的金属线形成等效电感，因此，减少了谐振时需要的对地等效并联电容并且提高了对地等效并联电感，从而减小了天线面积，实现了天线的小型化；又由于EBG结构与金属平板之间具有空气层间隙，空气层间隙减少了天线的等效介电常数，从而提高了天线效率与带宽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种零阶谐振天线，其特征在于，所述零阶谐振天线包括基板、附着于基板的正面的复合左右手传输线单元、附着于基板的底面的电磁场带隙EBG结构和位于EBG结构侧的、与复合左右手传输线单元相连的作为地的金属平板；所述复合左右手传输线单元包括多个周期性的金属贴片，每个金属贴片形成有由感性的金属线加载形成的镂空图案，镂空图案的金属线形成等效电感；每个金属贴片形成的镂空图案位于中央，镂空图案连接金属贴片的边缘，镂空图案的金属线通过金属探针与金属平板连接；
所述镂空图案中央和对应的基板位置均设有通孔，金属探针穿过镂空图案和基板的通孔焊接在通孔旁边的镂空图案的金属线上；
所述EBG结构包括多个周期性的单元结构，EBG结构于与基板的通孔对应处设有通孔，且EBG结构的通孔孔径大于基板的通孔孔径，以避免EBG结构与金属平板连接；
所述基板的正面在靠近复合左右手传输线单元的位置还附着有一个微带馈电线。
2.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述金属贴片呈方形、圆形或扇形，镂空图案采用弯折线样式、弧线样式或三角形样式。
3.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述EBG结构的单元结构具有镂空图案。
4.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述EBG结构与金属平板之间具有空气层间隙，或者，金属平板通过绝缘介质附着在EBG结构上。
5.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述基板的正面还附着有位于复合左右手传输线单元的周围的EBG结构。
6.一种无线路由器，其特征在于，所述无线路由器包括两个权利要求1至5任一项所述的零阶谐振天线，两个零阶谐振天线共用金属平板作为天线的地。
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