CN107706515A - 一种低剖面超宽带定向辐射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种较低纵向尺寸的低剖面定向辐射天线，属于无线电技术领域。本发明包括上层介质板、下层介质板、同轴线馈电结构、异形对称振子结构、对称振子引向器和带有弯折结构的金属反射板；带有弯折结构的金属反射板从下向上依次穿过下层介质板和上层介质板，下层介质板和上层介质板之间留有距离；对称振子引向器印刷在上层介质板的顶面，对称振子引向器为两个半径相同的圆盘，两个圆盘圆心距离大于该圆盘直径；异形对称振子结构印刷在下层介质板的底面，该印刷型异形对称振子结构包括对称的两个有源振子臂，每个有源振子臂均由两个半径相同的印刷圆片组成，两个圆片的圆心距离小于该圆片的直径；下层介质板的顶面与同轴线馈电结构连接。

Description

一种低剖面超宽带定向辐射天线
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，具体涉及一种低剖面定向辐射天线，属于无线电技术领域。
背景技术
超宽带天线的工作频带很宽，能够覆盖多个制式的通讯频带，因此成为了一种有效的实现天线小型化的手段，受到了广泛的研究与关注。
目前提出了一系列的新型超宽带天线，包括各种异形单极子和对称振子，用以实现全向辐射，而超宽带定向天线则为LPDA(对称振子组成的对数周期天线阵,log-periodicdipole antenna)、TEM(Transverse Electro Magnetic)喇叭、加脊喇叭及Vivaldi天线等，这些天线的纵向尺寸均较大，限制了超宽带定向天线的应用。
发明内容
针对上述不足,本发明提供一种较低纵向尺寸的低剖面定向辐射天线。
本发明的一种低剖面超宽带定向辐射天线，所述天线包括上层介质板1、下层介质板2、同轴线馈电结构3、印刷型异形对称振子结构、对称振子引向器和带有弯折结构的金属反射板；
带有弯折结构的金属反射板从下向上依次穿过下层介质板2和上层介质板1，下层介质2板和上层介质板1之间留有距离；
所述对称振子引向器印刷在上层介质板的顶面，所述对称振子引向器为两个半径相同的圆盘4，且两个圆盘4的圆心距离大于该圆盘的直径；
所述印刷型异形对称振子结构印刷在下层介质板的底面，该印刷型异形对称振子结构包括对称的两个有源振子臂5，每个有源振子臂5均由两个半径相同的印刷圆片组成，两个圆片的圆心距离小于该圆片的直径；
下层介质板2的顶面与同轴线馈电结构3连接。
优选的是，沿所述下层介质板2顶面的长度方向印刷有馈电连接结构6，用于连接同轴线馈电结构；
所述馈电连接结构6采用金属带条7实现，该带条7长度方向的两端分别设有一个金属化过孔，分别为1号金属化过孔8和2号金属化过孔9；
同轴线馈电结构的内芯通过1号金属化过孔8与带条7连接，带条7通过2号金属化过孔9与下层介质板2底面的一个有源振子臂5相连，另一个有源振子臂5与同轴线馈电结构的外导体连接。
优选的是，带有弯折结构的金属反射板包括两反射侧壁10和一个反射底板11；
两反射侧壁10的底端分别与反射底板11的两侧连接，形成弯折的半围合结构；
两反射侧壁10的顶端依次穿过下层介质板2和上层介质板1。
优选的是，在上层介质板1和下层介质板2的两端设置圆孔，上层介质板1和下层介质板2的圆孔相对应，用于安装固定件，固定上层介质板1和下层介质板2。
优选的是，上层介质板1的顶面与下层介质板2的底面间的距离为12.9mm；
下层介质板2的底面与反射底板11的底面间距离为52.7mm，两反射侧壁10之间距离165mm；
上层介质板1和下层介质板2的两端均比与两侧反射壁10连接处各延长10mm；
上层介质板1和下层介质板2的的宽度均为70mm。
优选的是，对称振子引向器的圆盘4的半径为18.5mm，两个圆盘4的圆心距离39.8mm。
优选的是，有源振子臂的印刷圆片半径为23mm，每个有源振子臂的两个圆盘圆心相距18.5mm；
两个有源振子臂5内侧圆盘的圆心相距48.8mm。
优选的是，所述馈电连接结构6的带条7的宽为0.8mm，1号金属化过孔8的直径为0.51mm，2号金属化过孔9的直径为0.6mm，1号金属化过孔8与2号金属化过孔9的圆心距离为3.8mm，1号金属化过孔8的圆心与带条同侧一端的距离为0.56mm；2号金属化过孔9的圆心与带条7同侧一端的距离为0.6mm，且所述带条7另一端与下层介质板2长度方向同侧的边缘距离为90mm。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明的有益效果在于，本发明提出了一种基于电偶极子和磁偶极子的组合天线，下层介质板2上的两个有源振子臂作为电偶极子，用于天线在较低频段上产生谐振，下层介质板2上的两个有源振子臂间的缝隙作为磁偶极子，用于天线在高频段产生谐振。电偶极子和磁偶极子的共同作用使天线的工作带宽得以展宽。本天线可以在较低的纵向尺寸下实现天线的定向辐射。天线工作频带为0.7～2.6GHz，覆盖了CDMA(800MHz)、GSM(900MHz，1800MHz)、3G(1900MHz，2100MHz)和Wi-Fi(2400MHz)等移动通信频段。
附图说明
图1为本发明具体实施方式所述天线的立体结构；
图2为本发明具体实施方式所述天线的正视图；
图3为本发明具体实施方式所述对称振子引向器的俯视图；
图4为本发明具体实施方式所述印刷型异形对称振子结构的仰视图；
图5为本发明具体实施方式所述馈电连接结构的俯视图；
图6本发明具体实施方式所述天线的反射系数|S11|仿真结果；
图7为本发明具体实施方式所述天线的增益；
图8为本发明具体实施方式所述天线0.7GHz时的方向图；
图9为本发明具体实施方式所述天线1.5GHz时的方向图；
图10为本发明具体实施方式所述天线2.4GHz时的方向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种低剖面超宽带定向辐射天线，所述天线包括上层介质板1、下层介质板2、同轴线馈电结构3、印刷型异形对称振子结构、对称振子引向器和带有弯折结构的金属反射板；
带有弯折结构的金属反射板从下向上依次穿过下层介质板2和上层介质板1，下层介质2板和上层介质板1之间留有距离；
所述对称振子引向器印刷在上层介质板的顶面，所述对称振子引向器为两个半径相同的圆盘4，且两个圆盘4的圆心距离大于该圆盘的直径；
所述印刷型异形对称振子结构印刷在下层介质板的底面，该印刷型异形对称振子结构包括对称的两个有源振子臂5，每个有源振子臂5均由两个半径相同的印刷圆片组成，两个圆片的圆心距离小于该圆片的直径；
下层介质板2的顶面与同轴线馈电结构3连接。
印刷型异形对称振子结构作为电偶极子和磁偶极子的组合，能在较宽频带内产生辐射，带有弯折结构的金属反射板对向下的辐射起反射作用，对称振子引向器对有源振子的辐射起到向上的引向作用，从而使天线产生定向辐射。
本实施方式的介质板均为FR-4环氧板，介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
本实施方式的同轴线馈电结构3采用GUT-085同轴馈电，同轴线馈电结构3与下层介质板2上的印刷型异形对称振子结构相连接。
本实施方式可以采用较低的纵向尺寸下实现天线的定向辐射。
优选实施例中，沿所述下层介质板2顶面的长度方向印刷有馈电连接结构6，用于连接同轴线馈电结构；
所述馈电连接结构6采用金属带条7实现，该带条7长度方向的两端分别设有一个金属化过孔，分别为1号金属化过孔8和2号金属化过孔9；
同轴线馈电结构的内芯通过1号金属化过孔8与带条7连接，带条7通过2号金属化过孔9与下层介质板2底面的一个有源振子臂5相连，另一个有源振子臂5与同轴线馈电结构的外导体连接。
优选实施例中，带有弯折结构的金属反射板包括两反射侧壁10和一个反射底板11；
两反射侧壁10的底端分别与反射底板11的两侧连接，形成弯折的半围合结构；
两反射侧壁10的顶端依次穿过下层介质板2和上层介质板1。
本实施方式给出了带有弯折结构的金属反射板的具体结构
优选实施例中，在上层介质板1和下层介质板2的两端设置圆孔，上层介质板1和下层介质板2的圆孔相对应，用于安装固定件，固定上层介质板1和下层介质板2。
带有弯折结构的金属反射板对有源振子臂5向下的辐射起反射作用，反射板的两壁也减少了天线向侧面的辐射，这种结构相对紧凑，使天线具有较小的剖面尺寸。
具体实施例：本实施方式提供一种低剖面超宽带定向辐射天线的具体尺寸如图1至图5所示：
上层介质板1的顶面与下层板2的底面间的距离为12.9mm；
下层介质板2的底面与反射底板11的底面间距离为52.7mm，两反射侧壁10之间距离165mm；
上层介质板1和下层介质板2的两端均比与两侧反射壁10连接处各延长10mm；
上层介质板1和下层介质板2的的宽度均为70mm。
对称振子引向器的圆盘4的半径为18.5mm，两个圆盘4的圆心距离39.8mm。
有源振子臂的印刷圆片半径为23mm，每个有源振子臂的两个圆盘圆心相距18.5mm；
两个有源振子臂5内侧圆盘的圆心相距48.8mm。
所述馈电连接结构6的带条7的宽为0.8mm，1号金属化过孔8的直径为0.51mm，2号金属化过孔9的直径为0.6mm，1号金属化过孔8与2号金属化过孔9的圆心距离为3.8mm，1号金属化过孔8的圆心与带条同侧一端的距离为0.56mm；2号金属化过孔9的圆心与带条7同侧一端的距离为0.6mm，且所述带条7另一端与下层介质板2长度方向同侧的边缘距离为90mm。
本实施例的天线工作频带为0.7～2.6GHz，覆盖了CDMA(800MHz)、GSM(900MHz，1800MHz)、3G(1900MHz，2100MHz)和Wi-Fi(2400MHz)等移动通信频段。
仿真结果如图6至10所示，天线在0.7～2.4GHz的频率范围内，反射系数均小于-10dB，而在带内三个典型频点处的方向图均为定向辐射，前后比高于10dB，且副瓣较低。而增益的仿真结果表明天线的带内增益均优于4dBi，由此计算出的口径效率为95％达到了较高的数值。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，所述天线包括上层介质板(1)、下层介质板(2)、同轴线馈电结构(3)、印刷型异形对称振子结构、对称振子引向器和带有弯折结构的金属反射板；
带有弯折结构的金属反射板从下向上依次穿过下层介质板(2)和上层介质板(1)，下层介质2板和上层介质板(1)之间留有距离；
所述对称振子引向器印刷在上层介质板的顶面，所述对称振子引向器为两个半径相同的圆盘(4)，且两个圆盘(4)的圆心距离大于该圆盘的直径；
所述印刷型异形对称振子结构印刷在下层介质板的底面，该印刷型异形对称振子结构包括对称的两个有源振子臂(5)，每个有源振子臂(5)均由两个半径相同的印刷圆片组成，两个圆片的圆心距离小于该圆片的直径；
下层介质板(2)的顶面与同轴线馈电结构(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，沿所述下层介质板(2)顶面的长度方向印刷有馈电连接结构(6)，用于连接同轴线馈电结构；
所述馈电连接结构(6)采用金属带条(7)实现，该带条(7)长度方向的两端分别设有一个金属化过孔，分别为1号金属化过孔(8)和2号金属化过孔(9)；
同轴线馈电结构的内芯通过1号金属化过孔(8)与带条(7)连接，带条(7)通过2号金属化过孔(9)与下层介质板(2)底面的一个有源振子臂(5)相连，另一个有源振子臂(5)与同轴线馈电结构的外导体连接。
3.根据权利要求2所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，带有弯折结构的金属反射板包括两反射侧壁(10)和一个反射底板(11)；
两反射侧壁(10)的底端分别与反射底板(11)的两侧连接，形成弯折的半围合结构；
两反射侧壁(10)的顶端依次穿过下层介质板(2)和上层介质板(1)。
4.根据权利要求4所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，
在上层介质板(1)和下层介质板(2)的两端设置圆孔，上层介质板(1)和下层介质板(2)的圆孔相对应，用于安装固定件，固定上层介质板(1)和下层介质板(2)。
5.根据权利要求3或4所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，
上层介质板(1)的顶面与下层介质板(2)的底面间的距离为12.9mm；
下层介质板(2)的底面与反射底板(11)的底面间距离为52.7mm，两反射侧壁(10)之间距离165mm；
上层介质板(1)和下层介质板(2)的两端均比与两侧反射壁10连接处各延长10mm；
上层介质板(1)和下层介质板(2)的的宽度均为70mm。
6.根据权利要求5所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，
对称振子引向器的圆盘(4)的半径为18.5mm，两个圆盘(4)的圆心距离39.8mm。
7.根据权利要求6所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，
有源振子臂的印刷圆片半径为23mm，每个有源振子臂的两个圆盘圆心相距18.5mm；
两个有源振子臂(5)内侧圆盘的圆心相距48.8mm。
8.根据权利要求7所述的一种低剖面定向辐射天线，其特征在于，
所述馈电连接结构(6)的带条(7)的宽为0.8mm，1号金属化过孔(8)的直径为0.51mm，2号金属化过孔(9)的直径为0.6mm，1号金属化过孔(8)与2号金属化过孔(9)的圆心距离为3.8mm，1号金属化过孔(8)的圆心与带条同侧一端的距离为0.56mm；2号金属化过孔(9)的圆心与带条(7)同侧一端的距离为0.6mm，且所述带条(7)另一端与下层介质板(2)长度方向同侧的边缘距离为90mm。
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