CN106961013B - 一种低剖面的偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低剖面的偶极子天线，包括设置有偶极子的上层结构、中间层结构、设置有金属地的下层结构，其中，中间层结构设置有与馈电结构连接的半波长开路谐振器，其可以将微波信号耦合到所述偶极子，实现了天线的低剖面结构，拓展了带宽，并提高了其高端带外抑制水平；进一步地，还可以在中间层结构上设置短路枝节，产生频率低端辐射零点，提高天线的低端带外抑制水平，实现天线滤波功能。因此，与传统的实现偶极子天线的低剖面技术相比，本发明能够在不增加天线尺寸的基础上，实现天线的低剖面设计，并且获得滤波性能，带宽较相同厚度的传统偶极子天线也有所提高。

Description

一种低剖面的偶极子天线
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种低剖面的偶极子天线。
背景技术
一般而言，偶极子天线的阻抗匹配带宽较窄，且和大地之间的间距需满足λ0/4，当高度降低时，会严重影响天线的辐射阻抗、增益以及天线的阻抗匹配性能，这不利于偶极子天线在实际中的运用。通常用来降低天线剖面高度的技术主要是人工磁导体技术、电磁带隙技术和高阻面技术，但其周期性结构使得其加工复杂、且天线面积大。所以，小尺寸低剖面偶极子天线就显得十分重要了。
另外，随着通信技术的快速发展，对天线的集成化和小型化的要求日益提高，集成多种功能的天线已成为了一种发展趋势。在大多数无线通信系统中，接收天线后面总会跟着一个带通滤波器，分别用来实现辐射功能和带外抑制功能。因此，将天线和滤波器集成就显得十分重要了，不仅能使得该天线具有辐射性能和带外抑制性能，而且能有效减小整体尺寸，降低滤波器所带来的损耗，改善通带边缘的匹配，提高整体的效率。目前滤波天线的实现主要有滤波器和天线共用阻抗变换器、天线作为滤波器的最后一阶谐振器、滤波器嵌入到天线的回路中和天线自身产生辐射零点等形式。然而目前尚未有基于偶极子的滤波天线。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低剖面的偶极子天线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低剖面的偶极子天线，包括设置有偶极子的上层结构、设置有金属地的下层结构，还包括中间层结构，所述中间层结构设置有与馈电结构连接半波长开路谐振器用于将微波信号耦合到所述偶极子。
在本发明所述的低剖面的偶极子天线中，所述中间层结构还包括自所述半波长开路谐振器的中心位置向外延伸形成的短路枝节其与金属地连接。
在本发明所述的低剖面的偶极子天线中，所述短路枝节的远离所述半波长开路谐振器的自由端通过一金属化过孔与下层结构的金属地连通。
在本发明所述的低剖面的偶极子天线中，半波长开路谐振器上设置一焊盘，所述馈电结构为固定在下层结构上的同轴馈线所述焊盘连接且正对设置。
在本发明所述的低剖面的偶极子天线中，所述偶极子包括相互分离且端部正对设置的两根互为镜像的金属条，所述半波长开路谐振器为一根金属条，且偶极子的两根金属条的镜像面与半波长开路谐振器的金属条的中分面重合。
在本发明所述的低剖面的偶极子天线中，上层结构设置在第一基板的上表面，中间层结构和下层结构分别设置在第二基板的上表面和下表面。
实施本发明的低剖面的偶极子天线，具有以下有益效果：本发明增加了中间层结构，中间层结构设置有与馈电结构连接的半波长开路谐振器，其可以将微波信号耦合到所述偶极子，实现了天线的低剖面结构，拓展了带宽，并提高了其高端带外抑制水平；进一步地，还可以在中间层结构上设置短路枝节，产生了频率低端辐射零点，提高天线的低端带外抑制水平，实现天线滤波功能。因此，与传统的实现偶极子天线的低剖面技术相比，本发明能够在不增加天线尺寸的基础上，实现天线的低剖面设计，并且获得滤波性能，带宽较相同厚度的传统偶极子天线也有所提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明的较佳实施例的剖面结构示意图；
图2是本发明的较佳实施例中的上层结构的示意图；
图3是本发明的较佳实施例中的中间层结构的示意图；
图4是本发明的偶极子天线实测传输响应和辐射响应示意图；
图5是本发明的偶极子天线的实测方向图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明总的思路是：增加中间层结构，中间层结构设置与馈电结构连接的半波长开路谐振器，其可以将微波信号耦合到所述偶极子，实现了天线的低剖面结构，拓展了带宽，并提高了其高端带外抑制水平；进一步地，还可以在中间层结构上设置短路枝节，产生了频率低端辐射零点，提高天线的低端带外抑制水平，实现天线滤波功能。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参考图1-3，图1是本发明的较佳实施例的剖面结构示意图；图2是本发明的较佳实施例中的上层结构的示意图；图3是本发明的较佳实施例中的中间层结构的示意图。
较佳实施例中，偶极子天线包括自上往下依次包括上层结构1、中间层结构2、下层结构3。具体的，上层结构1设置在第一基板100的上表面，中间层结构2和下层结构3分别设置在第二基板200的上表面和下表面。
具体的，下层结构3设置金属地，上层结构1设置偶极子4。参考图2，所述偶极子4包括相互分离且端部正对设置的两根互为镜像的金属条。
其中，中间层结构2设置与馈电结构连接的半波长开路谐振器7，其可以将微波信号耦合到所述偶极子4。所述半波长开路谐振器7具体为一根金属条，且半波长开路谐振器7的金属条的中分面与偶极子4的两根金属条的镜像面重合。
通过对半波长开路谐振器7进行馈电，将微波信号耦合到上层结构1中的偶极子4，从而实现了该天线的辐射。半波长开路谐振器7的加入引入了与偶极子4的耦合，从而降低了偶极子4对金属地反射路径上的相位需求，因此实现了天线的低剖面设计。同时，该谐振器的加入使得在增益曲线上出现了一个高端辐射零点，从而提高了天线的高端带外抑制水平。
其中，所述馈电结构为固定在下层结构3上的同轴馈线8。由于同轴馈线8的端部比半波长开路谐振器7的金属条的宽度要宽，所以可以在半波长开路谐振器7的金属条上设置一焊盘6，同轴馈线8与焊盘6正对设置，且同轴馈线8在穿设第二基板200后与所述焊盘6连接，从而实现给半波长开路谐振器7馈电。
优选的，本实施例所述中间层结构2还包括自所述半波长开路谐振器7的中心位置向外延伸形成的短路枝节5，短路枝节5与所述金属地连接。短路枝节5的延伸方向并不做限制，本实施例中短路枝节5的延伸方向与半波长开路谐振器7的延伸反向垂直。
具体的，本实施例中为了实现短路枝节5的短路，短路枝节5的远离所述半波长开路谐振器7的自由端通过一金属化过孔51与下层结构3的金属地连通，其中，金属化过孔51穿设第二基板200。
短路枝节5可用来在增益曲线产生和控制低端辐射零点，从而提高了天线的低端带外抑制水平。对于匹配带宽，可通过调控偶极子4和半波长开路谐振器7之间的耦合来调控，调节偏离半波长开路谐振器7中心的距离的馈电结构即可调整天线的匹配。
根据以上思路，第一、第二基板均采用介电常数为3.38，损耗角为0.0027的RO003C基板设计天线，天线的实测传输响应和辐射响应如图2所示，可见其工作在2.6GHz，在中心频率处的增益为8dBi，10dB匹配带宽为220MHz。图3是在2.6GHz处的天线测试方向图，其中的左图为XOZ面辐射方向图，其中的右图为YOZ面辐射方向图，可见天线的交叉极化小于-20dB。
综上所述，实施本发明的低剖面的偶极子天线，具有以下有益效果：本发明增加了中间层结构，中间层结构设置有与馈电结构连接的半波长开路谐振器，其可以将微波信号耦合到所述偶极子，实现了天线的低剖面结构，拓展了带宽，并提高了其高端带外抑制水平；进一步地，还可以在中间层结构上设置短路枝节，产生了频率低端辐射零点，提高天线的低端带外抑制水平，实现天线滤波功能。因此，与传统的实现偶极子天线的低剖面技术相比，本发明能够在不增加天线尺寸的基础上，实现天线的低剖面设计，并且获得滤波性能的，带宽较相同厚度的传统偶极子天线也有所提高。
词语“相等”、“重合”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种低剖面的偶极子天线， 包括设置有偶极子（4）的上层结构（1）、设置有金属地的下层结构（3），其特征在于，还包括中间层结构（2），所述中间层结构（2）设置有与馈电结构连接的半波长开路谐振器（7），所述半波长开路谐振器（7）用于将微波信号耦合到所述偶极子（4）；
其中，所述中间层结构（2）还包括自所述半波长开路谐振器（7）的中心位置向外延伸形成的短路枝节（5），所述短路枝节（5）与金属地连接。
2.根据权利要求1所述的低剖面的偶极子天线，其特征在于，所述短路枝节（5）的远离所述半波长开路谐振器（7）的自由端通过一金属化过孔（51）与下层结构（3）的金属地连通。
3.根据权利要求1所述的低剖面的偶极子天线，其特征在于，半波长开路谐振器（7）上设置一焊盘（6），所述馈电结构为固定在下层结构（3）上的同轴馈线（8），同轴馈线（8）与所述焊盘（6）连接且正对设置。
4.根据权利要求1所述的低剖面的偶极子天线，其特征在于，所述偶极子（4）包括相互分离且端部正对设置的两根互为镜像的金属条，所述半波长开路谐振器（7）为一根金属条，且偶极子（4）的两根金属条的镜像面与半波长开路谐振器（7）的金属条的中分面重合。
5.根据权利要求1所述的低剖面的偶极子天线，其特征在于，上层结构（1）设置在第一基板（100）的上表面，中间层结构（2）和下层结构（3）分别设置在第二基板（200）的上表面和下表面。
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