CN107799889A - 一种低剖面宽带贴片天线 - Google Patents

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祝雷
刘能武
李波
汤铭
汤一铭
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Abstract

本发明公开了一种低剖面宽带贴片天线，包括一个悬置的介质基片，位于所述介质基片一个表面的矩形辐射元，位于所述介质基片下方一定距离的金属地板，和穿透所述介质基片并与所述矩形辐射元及金属地板相连接的若干短路部件；所述矩形辐射元中心含一个六边形槽，槽内无金属；所述短路部件关于矩形辐射元的两组边的中线对称。本发明的贴片天线的厚度仅为0.06个自由波长，阻抗带宽达到56％以上；天线具有结构简单、剖面低、频带宽、效率高、稳定的定向方向图等特性。

Description

一种低剖面宽带贴片天线
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种低剖面宽带贴片天线。
背景技术
贴片天线由于其重量轻、体积小、易于共形等优点被广泛应用到无线通信系统中。但是传统的微带天线在剖面高度为0.06λ下，其阻抗带宽仅为10％左右。随着无线通信系统的不断发展，天线的工作带宽是非常重要的一项技术指标。为适应当前高速大容量通信的需求，贴片天线具有低剖面宽频带特性是发展趋势。目前，微带天线的带宽展宽方法主要通过增加介质板厚度、添加寄生单元、改善馈电结构、在辐射元上加载缝隙等实现。然而上述方法会导致天线的剖面增加、效率降低、方向图不稳定等。
根据现有的贴片天线带宽展宽技术，当天线高度为0.06λ时，天线带宽仅能达到20％左右。对于贴片天线，其高度越低，Q值就会越大，从而导致天线的阻抗带宽越窄。因此，在低剖面结构下，如何实现贴片天线的宽频带、高效率、稳定的定向方向图等特性是无线通信领域急需解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低剖面宽带贴片天线，旨在解决移动通信中在天线高度受到限制时，天线带宽很难增加的问题。贴片天线在低剖面情况下，单一谐振模的Q值会明显升高，导致贴片天线的带宽变窄。因此，对于贴片天线，在低剖面下获得宽频带特性一直都没有解决。
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种剖面宽带贴片天线，包含介质基板1，金属地板2，和短路部件3。所述介质基板1位于低剖面宽带贴片天线的最上层；所述金属地板2位于低剖面宽带贴片天线的最下层；所述短路部件3位于所述介质基板1和金属地板2之间。
所述介质基板1的一个表面由矩形辐射元6组成；所述介质基板1的另一个表面由一对圆形金属片8组成；
所述矩形辐射元6的中心含一个六边形槽7，槽内区域无金属。
作为本发明的进一步优化方案，所述矩形辐射元6的中心与所述六边形槽7的中心重合。
作为本发明的进一步优化方案，所述若干个短路部件3穿透所述介质基板1，将所述矩形辐射元6及金属地板2连接起来。
作为本发明的进一步优化方案，所述若干个短路部件3上端与所述矩形辐射元6的短接，并对称地分布于所述矩形辐射元的内部，且关于所述矩形辐射元的中心对称。
作为本发明的进一步优化方案，所述若干个短路部件3下端与金属地板2短接。
作为本发明的进一步优化方案，金属地板2位于所述介质基板1的下方，且通过若干所述介质柱4与所述介质基板1保持一定距离。
作为本发明的进一步优化方案，采用一对同轴接头5进行差分馈电，其中，所述同轴线接头的内导体9与所述圆形金属片8连接，所述同轴线接头的外导体5与所述金属地板2连接。
作为本发明的进一步优化方案，所述同轴线接头的内导体9不穿透所述介质基板(1)。
本发明提供的一种低剖面宽带贴片天线，由含六边形槽的矩形辐射元、短路部件、金属地板构成。通过引入短路部件和六边形槽，使天线在宽频带内产生三个谐振点。最终实现贴片天线的厚度为0.06λ下，阻抗带宽达到56％以上，天线效率在宽频带内达到87％以上。
综上所述，本发明天线同时实现了贴片天线的低剖面、宽频带、高效率和稳定的定向方向图等特性，解决了传统贴片天线的窄带技术难题。本发明天线可用于高速移动载体的高性能无线通信终端，包括车载、机载、船载无线通信，在保证天线高性能的同时，可最大程度减小天线对载体的外形和空气动力学指标的影响。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明提出的低剖面宽带贴片天线，具有成本低、制作简单等特点。
2、本发明提出的低剖面宽带贴片天线，具有剖面低、频带宽、效率高和稳定的定向方向图等特性，解决了传统贴片天线的窄带技术难题。本发明天线可用于高速移动载体的高性能无线通信终端。
附图说明
图1是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的侧视图。
图3(a)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的上层结构图。
图3(b)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的下层结构图。
图4是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的输入端差分反射系数。
图5是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的增益。
图6是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线的效率。
图7(a)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线在1.7GHz的E面方向图。
图7(b)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线在1.7GHz的H面方向图。
图8(a)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线在2.2GHz的E面方向图。
图8(b)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线在2.2GHz的H面方向图。
图9(a)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线在2.7GHz的E面方向图。
图9(b)是本发明实施例提供的低剖面宽带贴片天线在2.7GHz的H面方向图。
具体实施方案
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，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。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参考图1～图3，本发明实施例的低剖面宽带贴片天线包括介质基板1，位于基板一个表面的矩形辐射元6，位于基板另一表面的一对圆形金属片8，位于基板下方一定距离的金属地板2，以及连接矩形辐射元6和金属地板2的十二支短路部件3。矩形辐射元6的中心含一个六边形槽7，且六边形槽7的中心和矩形辐射元6的中心重合。短路部件3的上端穿过介质基板1，与矩形辐射元6上的过孔101焊接，短路部件3的下端与金属地板2焊接。四支连接柱4为绝缘介质柱，分别位于天线的四个角落，用于连接和支撑介质基板1和金属地板2；一对关于矩形辐射元6中心对称的同轴接头对天线进行差分馈电(即两个馈电点的输入信号幅度相等相位相反)。具体地，同轴接头的内导体9与圆形金属片8焊接，同轴接头的外导体5与金属地板2焊接。
为实现低剖面贴片天线的宽频带和稳定的法向辐射方向图特性，引入了短路部件和六边形槽。最终使得本发明天线的厚度仅在0.06λ的低剖面情况下，具有宽频带、高效率、稳定的定向辐射方向图的优点。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
1、仿真内容
请参考图4至图9。利用仿真软件对上述实施例天线的反射系数、增益、效率及方向图进行了仿真。
2、仿真结果
图4是对实施例天线仿真得到的差分反射系数随工作频率变化的曲线。可以看到，天线的工作频带在1.6GHz到2.85GHz范围内，差分反射系数都小于-10dB，相对带宽大于56％。该结果表明本发明天线在低剖面(0.06λ)下获得了显著的宽带特性。
图5、图6是对实施例天线仿真得到的增益和效率随工作频率变化的曲线。如图5所示，在工作频带内(1.60～2.85GHz)，天线增益从4.1dBi逐渐增大到11.2dBi。图6的辐射效率表明，在工作频带内辐射效率均大于87％，这样的高效率可确保天线最高效的发射和接收，在相同输入功率下可获得高的信号强度，满足通信行业节能减排和绿色低碳的发展需求。
图7～图9是对实施例天线仿真得到的宽频带内E面方向图和H面方向图，分别在1.7GHz、2.2GHz和2.7GHz获得。可以看到，天线在宽频带内满足定向辐射特性，并且获得低的交叉极化。
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，凡在本发明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)

1.一种剖面宽带贴片天线，其特征在于，包含介质基板(1)，金属地板(2)，和短路部件(3)；所述介质基板(1)位于低剖面宽带贴片天线的最上层；所述金属地板(2)位于低剖面宽带贴片天线的最下层；所述若干个短路部件(3)位于所述介质基板(1)和金属地板(2)之间；
所述介质基板(1)的一个表面由矩形辐射元(6)组成；所述介质基板(1)的另一个表面由一对圆形金属片(8)组成；
所述矩形辐射元(6)的中心含一个六边形槽(7)，槽内区域无金属。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述矩形辐射元(6)的中心与所述六边形槽(7)的中心重合。
3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述若干个短路部件(3)穿透所述介质基板(1)，将所述矩形辐射元(6)及金属地板(2)连接起来。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述若干个短路部件(3)上端与所述矩形辐射元(6)的短接，并对称地分布于所述矩形辐射元的内部，且关于所述矩形辐射元的中心对称。
5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述若干个短路部件(3)下端与金属地板(2)短接。
6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，金属地板(2)位于所述介质基板(1)的下方，且通过若干所述介质柱(4)与所述介质基板(1)保持一定距离。
7.如权利要求1所述的天线，其特征在于，采用一对同轴接头(5)进行差分馈电，其中，所述同轴线接头的内导体(9)与所述圆形金属片(8)连接，所述同轴线接头的外导体(5)与所述金属地板(2)连接。
8.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述同轴线接头的内导体(9)不穿透所述介质基板(1)。
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