CN107317114B - 基于SRRs提高环形天线阻抗匹配和扩展频带的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于SRRs提高环形天线阻抗匹配和扩展频带的方法。本发明包括介质基板、开口谐振环SRRs、环形天线、金属线条；在介质基板的正面部分区域印刷环形天线，在环路开口，天线环内置适当大小的SRRs，SRRs开口处放置金属条；其中环上开口以及内置SRRs用于改善阻抗匹配和拓展频点；放置金属条用于拓宽阻抗带宽，完美的实现环形天线的阻抗匹配以及频带的拓宽。

Description

基于SRRs提高环形天线阻抗匹配和扩展频带的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及基于SRRs提高LOOP天线(即环形天线)阻抗匹配和扩展频带的方法。

背景技术

天线是无线通信系统的“眼睛”，担负着发射和接收电磁信号的重要任务，无线通信的飞速发展使得整个通信系统对天线的要求不断提高，因此对天线的研究是一个门重要的课题。其中环形天线是一种结构简单，造价低廉的基本天线，因此基于环形天线的研发不胜枚举，在各个通信系统中有着极为广泛的应用，人们对环形天线的探索也从未停止过。

环形天线按形状分通常有矩形、三角形、菱形和椭圆形等，按其周长长短又可划分为小环天线(周长小于波长的三分之一)和大环天线(周长与波长相比拟)。小环天线辐射电阻小、效率低，通常用于接收天线，大环天线不仅辐射效率极高而且其在谐振频率处输入阻抗近似纯电阻，这就为天线的阻抗匹配带来了很大的便利，遗憾的是虽然输入阻抗近似纯电阻，但是阻值过高，通常在一百到一百五十欧姆之间，这与标准的五十欧姆传输线端口匹配较差，在不加额外匹配电路的情况下难以满足实际需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述所提到的困难，正视挑战，满足无线终端设备对天线所提出的多频带，高效率，高可靠性的要求，提出了一种有效改善环形天线阻抗匹配的方法，实现了环形天线的多频带、宽带宽。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明方法是在传统LOOP天线的环上电流相位相反位置开有环路开口；同时在环形天线内设置四个等大且对称的开口谐振环(简称：SRRs)，SRRs在靠近外环处开有开口，该开口处设有金属条，且两SRRs开口正对一金属条，两金属条分别位于靠近馈电口与远离馈电口的位置；其中环路开口以及内置SRRs用于改善阻抗匹配和拓展频点；放置金属条用于拓宽阻抗带宽，完美的实现环形天线的阻抗匹配以及频带的拓宽。

所述的开口谐振环的谐振频率与环形天线的谐振频率一致；

进一步地，介质上天线覆铜的厚度要求一般为35μm，SMA射频连接器内外导体分别接在外环馈线口两端。

天线具有平面化、小型化，低轮廓等优势，占用空间为91×91×1mm³，可广泛应用于短距通信，医疗探测等各种无线终端设备中。

本发明具有的有益的效果是：

该LOOP天线主体是一倍波长的标准环形天线，在环路电流相位相反处切开适当大小的开口，再内嵌四个等大对称的开口谐振环(SRRs)，并在SRRs缺口处放置两个金属条，从而构成本天线。

LOOP天线电流相位相反处开口，可初步降低LOOP天线的输入阻抗，并拓展频带。

LOOP天线内部放置适当大小的SRRs，用以改善天线的输入阻抗以及拓展频点，使天线更易于标准接口匹配。

应用SRRs，并在其开口处与外环之间放置金属条，使得天线的谐振带宽得到显著提高。

本结构是在标准的LOOP天线内嵌辐射元，因此整体大小与LOOP天线一致，不仅继承和加强了电大环天线高辐射效率、低Q值的优良特性，而且完美的解决了LOOP天线输入阻抗过高依赖匹配电路的弊端，使其可直接与标准的馈线相接，简化电路。由于天线是平面结构，易于和PCB电路集成，而且其低剖面，结构简单，因此易加工，成本低，可批量生产，可广泛应用在医疗探测、短距通信系统中。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明天线的S参数示意图；

图3是本发明天线的辐射方向图(内圆为交叉极化)；其中(a)为第一个频点(0.729GHz)的方向图，(b)为第二频点(0.797GHz)的方向图；(c)、(d)分别为宽带上截取的两频点(分别为0.926GHz和0.945GHz)方向图。

图中：1.介质基板；2.开口谐振环(SRRs)；3.环形天线；4.金属条；5.开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明新型环形天线包括介质基板(1)、开口谐振环(SRRs)(2)、环形天线(3)、金属线条(4)；在介质基板的正面部分区域印刷环形天线，在两个环上电流相位相反处开有环路开口(5)，天线环内置四个等大且对称的SRRs(2)，SRRs开口处与环之间放置两对称的金属条(4)。

SMA射频连接器内外导体分别接在外环馈线口两端。

本发明的天线设计在三维电磁仿真软件CST微波工作室中进行的，相关尺寸通过参数扫描优化最终确定，如图2所示，现作简单说明如下：微波介质基板是大小为91×91×1mm³的高频板F4B(介电常数2.65，损耗正切0.003)。

天线全部尺寸：单位(mm)

Parameters	L1	L2	L3	L4	L5	D1
							Unit(mm)	81	81	25.5	25.5	58	8
Parameters	D2	g	g1	S1	W1	W2
							Unit(mm)	2.5	1	4	36	1.5	1

图3所示为天线的辐射方向图。由图中可以看出，天线依然表现为准全向辐射性除0.926GHz处，在0.926GHz处由于靠近馈电处的两个SRRs电流较强的原因，辐射方向图稍微向馈电点方向偏移。

上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.基于开口谐振环提高环形天线阻抗匹配和扩展频带的方法，其特征在于在传统环形天线的环上电流相位相反位置开有环路开口；同时在环形天线内设置四个等大且对称的开口谐振环，开口谐振环开口处设有金属条；其中环路开口以及内置开口谐振环用于改善阻抗匹配和拓展频点；放置金属条用于拓宽阻抗带宽，实现环形天线的阻抗匹配以及频带的拓宽；

四个开口谐振环分为关于X轴对称的两排设置，且每排两开口谐振环关于Y轴对称；

开口谐振环在靠近环形天线外环处开有开口，该开口处设有金属条，且两开口谐振环开口正对一金属条，两金属条分别位于靠近馈电口与远离馈电口的位置。

2.如权利要求1所述的基于开口谐振环提高环形天线阻抗匹配和扩展频带的方法，其特征在于所述的开口谐振环的谐振频率与环形天线的谐振频率一致。

Images