CN107681274B - 一种应用于无线通信的电小天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于无线通信的电小天线，包括单面附铜介质板以及刻蚀在其上的双频电小天线；所述双频电小天线包括一个共面波导馈线、一个阻抗匹配网络以及两个缝隙辐射面；两个缝隙辐射面相对称的设置在共面波导馈线两侧，且分别通过槽线a与共面波导馈线相连；所述阻抗匹配网络串接在共面波导馈线中。本发明中的电小天线尺寸紧凑，结构简单，剖面低，加工方便，价格低廉且易于与其他微波电路集成。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种共面波导馈电的双频电小缝隙天线。
背景技术
近年来随着微波技术的不断发展，射频前端设备也不断朝着小型化、紧凑化、多功能化等方向发展，电小天线作为天线小型化的极限而受到越来越多研究者的青睐。到了21世纪,室内无线网络逐渐普及，WLAN(无线局域网络)及WIMAX(全球微波互联接入)频段的电小天线也越来越受到重视，现有的天线要么尺寸不能满足电小的要求，要么不是平面结构，要么不能同时覆盖WLAN的和WIMAX的频段(2.4/5.2/5.5GHz)。且根据“Chu极限”理论，同时具备电小，高效率，定向辐射及同时覆盖WLAN和WIMAX频段(2.4/5.2/5.5GHz)的电小天线的设计具有异常艰巨的挑战性。由此可见，它的成功设计在实际工程应用中具有非常重要研究意义和使用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、剖面低、易集成且价格低廉的基于共面波导馈电的双频电小缝隙天线。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种应用于无线通信的电小天线，包括单面附铜介质板以及刻蚀在其上的双频电小天线；所述双频电小天线包括一个共面波导馈线、一个阻抗匹配网络以及两个缝隙辐射面；两个缝隙辐射面相对称的设置在共面波导馈线两侧，且分别通过槽线a与共面波导馈线相连；所述阻抗匹配网络串接在共面波导馈线中。
优选的是，所述缝隙辐射面由关于槽线a的延长线对称的正写的“S”型槽线和反写的“S”型槽线构成。
优选的是，所述缝隙辐射面包括一根第一槽线，两根第二槽线，两根第三槽线，两根第四槽线及两根第五槽线；所述第一槽线的中部与槽线a相连，两根第二槽线的两端分别与第一槽线的端部和第三槽线的一端相连形成第一U型结构；所述第四槽线的两端分别与第三槽线的另一端和第五槽线的一端相连也形成第二U型结构；所述第五槽线的末端短路；第一U型结构、第二U型结构尺寸相同且首尾相连构成一个正写的“S”和反写的“S”型槽线。
优选的是，第一U型结构、第二U型结构中的每一个转角均为直角；所述第一槽线的长度为L1，第二槽线和第四槽线的长度相同均为L2，两根第四槽线之间的距离为W3，第三槽线及第五槽线平行且等长，其长度为0.5*(L1-W3)。
优选的是，所述阻抗匹配网络包括终端短路的槽线组和一个终端开路的共面波导；终端短路的槽线组与终端开路的共面波导相并接。
优选的是，所述终端短路的槽线组由两根槽线Ⅰ，两根槽线Ⅱ，两根槽线Ⅲ组成；两根槽线Ⅲ的终端短路，其另一端分别与槽线Ⅱ及槽线Ⅰ的一端相连，槽线Ⅱ的另一端与共面波导馈线相连，槽线Ⅰ的另一端连接终端开路的共面波导。
优选的是，所述槽线Ⅲ的长度为2mm，所述槽线Ⅱ和槽线Ⅲ的长度均为0.306mm，所述终端开路的共面波导的长度为1.45mm，开路段的长度为0.306mm，开路段槽线的长度为0.306mm。
优选的是，所述共面波导馈线由两条信号传输缝隙、中间金属导带以及两个金属地组成；两条信号传输缝隙和金属地关于中间金属导带对称，阻抗匹配网络串接在中间金属导带上。
优选的是，所述信号传输缝隙的宽度为0.15mm，所述中间金属导带的宽度为2.13mm。
优选的是，所述单面附铜介质板的板材为单层罗杰斯R4003C，其相对介电常数为3.38，厚度为0.8mm，铜厚为0.18mm。
相对于现有技术，本发明所述的双频WLAN电小缝隙天线具有如下优点：
电小天线尺寸紧凑，结构简单，剖面低，加工方便，价格低廉且易于与其他微波电路集成。该双频电小天线包括两个谐振频率，可完全覆盖WLAN和WIMAX的(2.4/5.2/5.5GHz)的频段，通过调节不同的设计模型的尺寸可有效调节天线的工作频率和性能。
附图说明
图1是本发明的双频电小天线的平面结构及尺寸示意图；
图2是本发明单个终端短路的缝隙辐射面的结构示意图；
图3是本发明双频电小天线加载的阻抗匹配网络的示意图；
图4是本发明双频电小缝隙天线的反射系数示意图；
图5a是本发明2.4GHz(a)下E面和H面方向图；
图5b是本发明5.5GHz(b)下E面和H面方向图；
图6是本发明双频电小天线的等效电路示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达到上述目的所采取的技术手段和功效，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种应用于无线通信的电小天线，包括一个共面波导馈线2、一个阻抗匹配网络3、两个缝隙辐射面1以及两根相同的槽线a4；共面波导馈线2由两条信号传输缝隙21、中间金属导带22以及两个金属地组成；两条信号传输缝隙21和金属地关于中间金属导带22对称，阻抗匹配网络3串接在中间金属导带22上；两个缝隙辐射面1相对称的设置在共面波导馈线2两侧，单个缝隙辐射面1关于槽线a4的延长线对称，且两个槽线a4的一端与共面波导馈线2的信号传输缝隙21相连，另一端分别与两个缝隙辐射面1相连，阻抗匹配网络3串联加载在共面波导馈线2的中间金属导带22上，上述设计可实现一个双频WLAN电小天线。
双频电小天线刻蚀在由金属铜102和介质板101组成的单面附铜介质板上，金属铜102位于介质板101的上面，图中点状填充部分为金属铜102。单面附铜介质板的板材为单层罗杰斯R4003C，其相对介电常数为3.38，厚度为0.8mm，铜厚为0.18mm,为满足50欧姆阻抗匹配，共面波导馈线2的中间金属导带22的宽度为W1＝2.13mm。信号传输缝隙21的宽度为g1＝0.15mm。
如图2所示，图2是本发明双频WLAN电小天线的单个终端短路的缝隙辐射面的结构示意图。缝隙辐射面1包括一根第一槽线11，两根第二槽线12，两根第三槽线13，两根第四槽线14及两根第五槽线15；第一槽线11的中部与槽线a4相连，两根第二槽线12的两端分别与第一槽线11的端部和第三槽线13的一端相连形成第一U型结构；第四槽线14的两端分别与第三槽线13的另一端和第五槽线15的一端相连也形成第二U型结构；第五槽线15的末端短路。第一U型结构、第二U型结构尺寸相同且首尾相连构成一个正写的“S”和反写的“S”型的结构且这两个“S”型的结构关于槽线a4的延长线对称。
在本实施例中，第一U型结构、第二U型结构中的每一个转角均为直角；第一槽线11的长度为L1，第二槽线12和第四槽线14的长度相同均为L2，两根第四槽线14之间的距离为W3，第三槽线13及第五槽线15平行且等长，其长度为0.5*(L1-W3)。上述槽线均为在单面附铜介质板100上开设的镂空缝隙。
如图3所示，图3是本发明双频电小天线的阻抗匹配网络的结构示意图。阻抗匹配网络3包括终端短路的槽线组和一个终端开路的共面波导34；终端短路的槽线组与终端开路的共面波导34相并接。
终端短路的槽线组由两根槽线Ⅰ31，两根槽线Ⅱ32，两根槽线Ⅲ33组成；两根槽线Ⅲ33的终端短路，其另一端分别与槽线Ⅱ32及槽线Ⅰ31的一端相连，槽线Ⅱ32的另一端与共面波导馈线2相连，槽线Ⅰ31的另一端连接终端开路的共面波导34。槽线Ⅲ33的长度为2mm，槽线Ⅱ32和槽线Ⅲ33的长度均为0.306mm，终端开路的共面波导34的长度为1.45mm，开路段的长度为0.306mm，开路段槽线的长度为0.306mm。上述阻抗匹配网络3的所有槽线的缝隙的尺寸均为0.15mm。
结合图所示，本发明双频缝隙天线优选的尺寸如表一所示：
表一：本发明双频电小天线优选实施例的尺寸mm
| W | 12.05 | W0 | 0.45 | L1 | 6.3 | L5 | 1.9 |
| L | 12.95 | g2 | 0.15 | L2 | 3.35 | L0 | 7.9 |
| W1 | 2.13 | W3 | 0.28 | L3 | 2.91 | a | 1.1 |
| g1 | 0.15 | g3 | 0.15 | L4 | 0.36 | b | 1 |
在本实施例中，单面附铜介质板的长度L优选为12.05mm，宽度W优选为12.95mm。单面附铜介质板的长度和宽度可以随着天线各部分尺寸的变化而变化。
如图4所示，图4是本发明双频WLAN电小天线的反射系数的示意图。可以看出，电小天线有两个工作频段，两个谐振点，其中心频率分别为2.4和5.3GHz,相对带宽分别为7％和9.3％，可很好的覆盖WLAN的2.4/5.2GHz和WIMAX(全球互联微波)的5.5GHz。天线工作的两个频段由两个”S”字型的终端短路的辐射面和阻抗匹配网络3产生。其2.4GHz和5.5GHz下E面和H面的方向图如图5a和图5b所示，可以看出E面主极化方向图呈“8”型，具有一定的方向性，H面在0-180度时呈全向辐射状态。
参考图6所示，图6是本发明提出的双频电小天线的等效电路图，图中串联的电容C0是阻抗匹配网络3产生的，C0由终端短路的槽线组如图3所示产生的电容C01和一个终端开路的共面波导34如图3所示产生的电容C02并联而得到，该电抗可有效抵消天线因急剧尺寸减小造成的输入阻抗的虚部的增加，从而改善天线的整体性能，包括天线与馈线的阻抗匹配，减小反射，展宽频带，提高效率和增益等；图中是天线的输入阻抗，ZL是馈线所连接的匹配阻抗或其他微波电路，其阻值为50欧姆。
本发明的双频电小天线不仅设计结构紧凑、加工方便、价格低廉、剖面低、易于其他微波电路集成，且采用加载技术实现了能覆盖WLAN所有频段的电小平面天线，具有良好的辐射效果，可望得到推广使用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种应用于无线通信的电小天线，其特征在于：包括单面附铜介质板以及刻蚀在其上的双频电小天线；
所述双频电小天线包括一个共面波导馈线(2)、一个阻抗匹配网络(3)以及两个缝隙辐射面(1)；
两个缝隙辐射面(1)相对称的设置在共面波导馈线(2)两侧，且分别通过槽线a(4)与共面波导馈线(2)相连；
所述阻抗匹配网络(3)串接在共面波导馈线(2)中；
所述缝隙辐射面(1)由关于槽线a(4)的延长线对称的正写的“S”型槽线和反写的“S”型槽线构成；
所述缝隙辐射面(1)包括一根第一槽线(11)，两根第二槽线(12)，两根第三槽线(13)，两根第四槽线(14)及两根第五槽线(15)；
所述第一槽线(11)的中部与槽线a(4)相连，两根第二槽线(12)的两端分别与第一槽线(11)的端部和第三槽线(13)的一端相连形成第一U型结构；
所述第四槽线(14)的两端分别与第三槽线(13)的另一端和第五槽线(15)的一端相连也形成第二U型结构；
所述第五槽线(15)的末端短路；
第一U型结构、第二U型结构尺寸相同且首尾相连构成一个正写的“S”和反写的“S”型槽线；
第一U型结构、第二U型结构中的每一个转角均为直角；
所述第一槽线(11)的长度为L1，第二槽线(12)和第四槽线(14)的长度相同均为L2，两根第四槽线(14)之间的距离为W3，第三槽线(13)及第五槽线(15)平行且等长，其长度为0.5*(L1-W3)；
所述阻抗匹配网络(3)包括终端短路的槽线组和一个终端开路的共面波导(34)；
终端短路的槽线组与终端开路的共面波导(34)相并接；
所述终端短路的槽线组由两根槽线Ⅰ(31)，两根槽线Ⅱ(32)，两根槽线Ⅲ(33)组成；
两根槽线Ⅲ(33)的终端短路，其另一端分别与槽线Ⅱ(32)及槽线Ⅰ(31)的一端相连，槽线Ⅱ(32)的另一端与共面波导馈线(2)相连，槽线Ⅰ(31)的另一端连接终端开路的共面波导(34)；
所述共面波导馈线(2)由两条信号传输缝隙(21)、中间金属导带(22)以及两个金属地组成；
两条信号传输缝隙(21)和金属地关于中间金属导带(22)对称，阻抗匹配网络(3)串接在中间金属导带(22)上。
2.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信的电小天线，其特征在于：所述槽线Ⅲ(33)的长度为2mm，所述槽线Ⅱ(32)和槽线Ⅲ(33)的长度均为0.306mm，所述终端开路的共面波导(34)的长度为1.45mm，开路段的长度为0.306mm，开路段槽线的长度为0.306mm。
3.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信的电小天线，其特征在于：所述信号传输缝隙(21)的宽度为0.15mm，所述中间金属导带(22)的宽度为2.13mm。
4.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信的电小天线，其特征在于：所述单面附铜介质板的板材为单层罗杰斯R4003C，其相对介电常数为3.38，厚度为0.8mm，铜厚为0.18mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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