CN107706514B - 一种宽带水平极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带水平极化全向天线，包括一圆形的介质基板，和印制在介质基板上方的宽带微带馈电网络和印制在介质基板下方的刻蚀有缝隙的金属接地板，SMA接头设置在介质基板中心下方的金属接地板上；金属接地板的圆周面上刻蚀有两组间隔布置的大小相同、沿圆周交替排布、中心对称分布的呈十字交叉的缝隙；宽带微带馈线网络的中心设有功率分配器，沿宽带微带馈线网络圆周面径向分布有沿功率分配器中心延伸的阻抗变换器，阻抗变换器的端部呈直角延伸的微带宽带巴伦。本发明改变了电流路径，减小了天线体积；展宽了天线的阻抗带宽，降低了水平方向图的不圆度；改善了工作频带内的阻抗匹配，提高了天线的效率。其结构简单紧凑，加工方便，成本低。

Description

一种宽带水平极化全向天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体为一种覆盖1.7GHz-2.7GHz的宽带水平极化全向印刷天线。

背景技术

水平极化天线是指天线极化方向为水平方向的天线。全向天线可以在360°方位角的范围内实现均匀的辐射，因此波束覆盖范围大，被广泛应用在移动通信、射频识别等领域。全向天线向不同方向辐射能量的均匀程度采用全向天线的水平面方向图不圆度进行评估。降低全向天线的不圆度有利于均匀信号的均匀覆盖。

水平极化全向天线通常采用多个水平极化天线辐射单元构成环形阵列，从而实现全向辐射。相比于垂直全向天线，水平全向天线的不圆度一般比较大。

随着移动通信的发展，系统所使用的频段不断扩展，第二代、第三代和第四代移动通信频段覆盖广泛，为了适应2G、3G、4G系统使用的不同频段，能覆盖1.7GHz—2.7GHz全频段的天线具有重要的价值。宽带天线可以兼容不同的系统对于不同频段的要求。

印刷天线是采用印刷电路板技术加工工艺制造的天线。近几十年来，随着印制电路板技术与加工工艺的发展，印刷天线不断发展。印刷天线就有重量轻、体积小和成本低等优势，加工周期短，制造方便，造价低廉。因此印刷天线被广泛应用。

发明内容

针对上述现有天线设计中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、水平极化、全向、宽带的印刷天线，旨在解决水平全向天线结构复杂、体积大、剖面高、带宽窄、水平全向方向图不圆度大的问题。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明是一种宽带水平极化全向天线，包括一圆形的介质基板，以及印制在介质基板上方的宽带微带馈电网络和印制在介质基板下方的刻蚀有缝隙的金属接地板，SMA接头设置在介质基板中心下方的金属接地板上；

所述金属接地板3的圆周面上刻蚀有两组间隔布置的大小相同、沿圆周交替排布、中心对称分布的呈十字交叉的缝隙；

所述宽带微带馈电网络的中心设有功率分配器，沿宽带微带馈电网络圆周面径向分布有沿功率分配器中心延伸的阻抗变换器，阻抗变换器的端部呈直角延伸的微带宽带巴伦。

进一步，所述两组间隔布置的呈十字交叉的缝隙分别为直接激励缝隙和寄生耦合缝隙；每组四个，四个直接激励缝隙和四个寄生耦合缝隙大小和形状相同，均为十字交叉型，由沿金属接地板径向分布的矩形缝隙和沿圆周的弧形缝隙交叉组成，且矩形缝隙沿金属接地板的外圆周面通透。

进一步，沿所述金属接地板圆周分布的弧形直接激励缝隙长度小于沿所述金属接地板径向分布的矩形寄生耦合缝隙的长度。

进一步，所述宽带微带馈电网络的中心的功率分配器为一分四功率分配器，四个阻抗变换器与位于天线中心的功率分配器的圆型贴片直接连接。

进一步，所述阻抗变换器由沿功率分配器直径方向的微带线构成，阻抗变换器为矩形；四个微带宽带巴伦由末端开路的弧形微带线构成，四个弧形微带线分别位于四个直接激励缝隙的上方。

进一步，所述介质基板中心设有通孔，SMA接头内芯穿过通孔与功率分配器圆形贴片连接，SMA接头外导体与金属接地板连接。

进一步，所述介质基板采用高频聚四氟乙烯介质板。

进一步，所述金属接地板采用纯金属铜板，表面做抗氧化处理。金属接地板上交错刻蚀4个直接激励缝隙和4个寄生耦合缝隙。

进一步，所述宽带微带馈电网络采用纯金属铜板。

现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的直接激励缝隙由矩形缝隙和弧形缝隙相互垂直放置构成十字形缝隙，通过采用十字形缝隙，改变电流路径，减小了天线体积。

本发明由于在相邻的直接激励缝隙中间放置寄生耦合缝隙，一方面展宽了天线的阻抗带宽，另一方面降低了水平方向图的不圆度。

本发明由于采用一分四功率分配器、阻抗变换器和巴伦级联的方式馈电，从而改善了工作频带内的阻抗匹配，提高了天线的效率。

本发明由于采用印刷天线的结构，缝隙辐射器和馈电网络均印制在介质板上，结构简单紧凑，加工方便，成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，也是实施例1的正视图；

图2为本发明实施例1的介质基板的仰视图；

图3为本发明实施例1的俯视图；

图4是本发明天线的反射系数曲线图；

图5是本发明天线主辐射方向上的增益随频率变化的曲线图；

图6是本发明天线的不圆度曲线图；

图7是本发明在1.8GHz水平面和垂直面的主极化的方向图；

图8是本发明在2.3GHz水平面和垂直面的主极化的方向图；

图9是本发明在2.8GHz水平面和垂直面的主极化的方向图。

图中：1、介质基板；2、宽带微带馈电网络；2-1、功率分配器；2-2、阻抗变换器；2-3、微带宽带巴伦；

3、金属接地板；3-1、激励缝隙；3-2、寄生耦合缝隙；

4、SMA接头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图，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。

参照图1所示，本发明实施例的宽带水平极化全向天线设计包括介质基板1、宽带微带馈电网络2、刻蚀有缝隙的金属接地板3和SMA接头4。其中，宽带微带馈电网络2设置在介质基板1上方，金属接地板3设在介质基板1下方。SMA接头4设置在介质基板1中心下方的金属接地板3上。

如图2所示，沿金属接地板3的圆周面上间隔刻蚀有两组呈十字交叉的缝隙，每组缝隙包含四个相同大小的缝隙，其中每个缝隙均为十字交叉形，两组缝隙沿圆周交替排布，八个缝隙中心对称分布。采用金属辐射板十字形缝隙刻蚀能有效减少天线尺寸。呈十字交叉的缝隙分别为直接激励缝隙3-1(图中所示为对称分布的四个3-1A、3-1B、3-1C、3-1D)和寄生耦合缝隙3-2(图中所示为对称分布的四个3-2A、3-2B、3-2C、3-2D)。4个直接激励缝隙3-1A、3-1B、3-1C、3-1D大小和形状相同，4个寄生耦合缝隙3-2A、3-2B、3-2C、3-2D大小和形状相同，每个直接激励缝隙3-1长度小于寄生耦合缝隙3-2。直接激励缝隙3-1为十字交叉型，由沿金属接地板3径向分布的矩形缝隙和沿圆周的弧形缝隙交叉组成，且矩形缝隙沿金属接地板3的外圆周面通透；寄生耦合缝隙3-2形状与直接耦合缝隙3-1形状相似，由沿金属接地板3径向分布的矩形缝隙和沿圆周的弧形缝隙交叉组成，这样的设计可以展宽带宽。

如图3所示，宽带微带馈电网络2中心设有一分四功率分配器2-1，一分四功率分配器为十字交叉形，一分四功率分配器将能量等功分的分配至每路端口。沿宽带微带馈电网络2圆周面径向分布有沿功率分配器2-1中心延伸的四个阻抗变换器2-2A、2-2B、2-2C、2-2D，四个阻抗变换器2-2A、2-2B、2-2C、2-2D的端部呈直角延伸四个微带宽带巴伦2-3A、2-3B、2-3C、2-3D，四个缝隙宽带巴伦形状一致。四个阻抗变换器2-2与位于天线中心的圆型贴片直接连接构成了功率分配器2-1。四个阻抗变换器形状一致，阻抗变换器2-2为沿天线外形直径方向的微带线构成，阻抗变换器为矩形；阻抗变换器一段与宽带巴伦相连，另一端与十字交叉型一分四功率分配器功分器相连。四个微带宽带巴伦2-3A、2-3B、2-3C、2-3D由末端开路的弧形微带线构成，分别位于四个直接激励缝隙3-1A、3-1B、3-1C、3-1D上方。

在金属接地板3的圆周面中心设有SMA接头4，SMA接头4外导体与金属接地板3连接。介质基板1中心设有通孔，SMA接头4内芯穿过通孔与功率分配器圆形贴片2-1连接。

介质基板1采用高频聚四氟乙烯介质板。金属接地板3采用纯金属铜板，表面做抗氧化处理。宽带微带馈电网络2采用纯金属铜板。

在本发明的实施例中：

介质基板1是厚度为1mm的高频聚四氟乙烯介质板，介电常数为2.65。形状为圆形，直径大小为50mm。金属接地板3采用纯金属铜板，半径为25毫米表面做抗氧化处理。金属接地板3上交错刻蚀4个直接激励缝隙和4个寄生耦合缝隙。直接激励缝隙3-1槽长度分别为30毫米、13毫米，宽度均为3毫米。寄生耦合缝隙3-2的长度为槽长度分别为40毫米、28毫米，宽度均为3毫米。宽带微带馈电网络2采用纯金属铜板。微带馈电网络中圆形贴片2-1半径为3mm，四个阻抗变换器2-2A、2-2B、2-2C、2-2D宽带为1mm，长度为25mm。四个微带宽带巴伦2-3A、2-3B、2-3C、2-3D宽带为2mm，长度为25mm。介质基板1中心有直径为1mm的通孔，SMA接头内芯1mm，穿过通孔与圆形贴片2-1连接，SMA接头外导体与金属接地板3连接。

2、仿真结果

图4是本发明天线的反射系数曲线图。通过图4可以看出，本发明天线的S₁₁<-10dB阻抗带宽为1.25GHz，(1.67GHz-2.92GHz)，可以覆盖2G、3G、4G移动通信系统所需的1.7GHz-2.7GHz频段。

图5是本发明天线主辐射方向上的增益随频率变化的曲线图。通过图5可以看出本发明天线在整个射频识别波段增益基本都在1dBi附近波动。

图6是本发明天线的不圆度曲线图。通过图6可以看出本发明天线在整个阻抗频段内不圆度均小于2dB，在1.7GHz-2.7GHz频段内不圆度小于1dB。

图7，图8，图9分别是本发明在1.8GHz、2.3GHz、2.8GHz时，水平面和垂直面的主极化的方向图。

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，凡在本发说明书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 (8)

1.一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：包括一圆形的介质基板(1)，以及印制在介质基板(1)上方的宽带微带馈电网络(2)和印制在介质基板(1)下方的刻蚀有缝隙的金属接地板(3)，SMA接头(4)设置在介质基板(1)中心下方的金属接地板(3)上；

所述金属接地板(3)的圆周面上刻蚀有两组间隔布置的大小相同、沿圆周交替排布、中心对称分布的呈十字交叉的缝隙；

所述宽带微带馈电网络(2)的中心设有功率分配器(2-1)，沿宽带微带馈电网络(2)圆周面径向分布有沿功率分配器(2-1)中心延伸的阻抗变换器(2-2)，阻抗变换器(2-2)的端部呈直角延伸的微带宽带巴伦(2-3)；

所述两组间隔布置的呈十字交叉的缝隙分别为直接激励缝隙(3-1)和寄生耦合缝隙(3-2)；每组四个，四个直接激励缝隙(3-1)和四个寄生耦合缝隙(3-2)大小和形状相同，均为十字交叉型，由沿金属接地板(3)径向分布的矩形缝隙和沿圆周分布的弧形缝隙交叉组成，且矩形缝隙沿金属接地板(3)的外圆周面通透。

2.根据权利要求1所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：沿所述金属接地板(3)圆周分布的弧形直接激励缝隙(3-1)长度小于沿所述金属接地板(3)径向分布的矩形寄生耦合缝隙(3-2)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述宽带微带馈电网络(2)的中心的功率分配器(2-1)为一分四功率分配器，四个阻抗变换器(2-2)与位于天线中心的功率分配器(2-1)的圆型贴片直接连接。

4.根据权利要求3所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述阻抗变换器(2-2)由沿功率分配器(2-1)直径方向的微带线构成，阻抗变换器为矩形；四个微带宽带巴伦(2-3)由末端开路的弧形微带线构成，四个弧形微带线分别位于四个直接激励缝隙(3-1)的上方。

5.根据权利要求1所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述介质基板(1)中心设有通孔，SMA接头(4)内芯穿过通孔与功率分配器圆形贴片(2-1)连接，SMA接头(4)外导体与金属接地板(3)连接。

6.根据权利要求1所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述介质基板(1)采用高频聚四氟乙烯介质板。

7.根据权利要求1所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述金属接地板(3)采用纯金属铜板，表面做抗氧化处理。

8.根据权利要求1所述的一种宽带水平极化全向天线，其特征在于：所述宽带微带馈电网络(2)采用纯金属铜板。