CN108023172A - 一种5g宽带陷波圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种5G宽带陷波圆极化天线，包括介质基板、金属反射板、金属辐射贴片组、同轴线馈电结构；金属反射板位于介质基片的下方，金属辐射贴片组由2n片相同的带一倒角的矩形贴片组成，n为除零外的自然数，其中一半矩形贴片以半圆周阵列的方式分布在介质基板的上表面，另外一半矩形贴片以半圆周阵列的方式分布在介质基板的下表面，该两半矩形贴片组能组合构成一个整圆分布，每片贴片的倒角刚好在圆周边上重叠，每半矩形贴片组中相邻两贴片通过微带线相连，每片贴片上均蚀刻有细缝及开有槽口；同轴线馈电结构通过金属反射板对金属辐射贴片组进行馈电。本发明具有频带宽、结构简单、易加工、成本低等优点。

Description

一种5G宽带陷波圆极化天线
技术领域
本发明涉及无线通信的技术领域，尤其是指一种5G宽带陷波圆极化天线。
背景技术
随着无线通信技术的发展，5G通信正在逐渐步入运用中，5G通信在低频范围内有两个频段，分别为3.3GHz-3.6GHz和4.8GHz-5.0GHz，要完全覆盖这两个频段的通信范围，则要求天线具有宽带性能。同时，由于圆极化天线具有抗极化失配和法拉第旋转效应等优于线极化天线的优点，而被广泛研究。所以，5G宽带圆极化天线，成为一个研究课题。
而对于许多宽带圆极化天线而言，其覆盖的某些频段不需要，所以要求天线具有这些频段的陷波功能。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2017年8月的“IEEE Access”,Son Xuat Ta,Ikmo Park,和Richad W.Ziolkowski发表题为“Broadband Electrically Small Circularly Polarized Directive Antenna”的文章中提出了一种小型化圆极化天线。该文章通过采用近场寄生贴片产生另一个模式，来拓宽带宽，并通过弯曲辐射体和加载电容的方式实现了小型化。但是该天线的增益不高。
2016年，在“2016IEEE Internation Conference on Computational”会议上，ZhiHong Tu，Yan Yan Liu，和Qing Xin Chu发题为“Differential wide-slot UWB antennawith band-noched applications”的文章中提出了一种差分超宽带陷波天线，通过蚀刻细缝产生了陷波性能。但是该天线是线极化天线。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种5G宽带陷波圆极化天线，该天线具有圆极化和陷波特性，且频带宽、结构简单、易加工、成本低，可以运用于5G通信和3.01GHz-6.5GHz频段范围内的通信系统。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种5G宽带陷波圆极化天线，包括有介质基板、金属反射板、金属辐射贴片组、同轴线馈电结构；所述金属反射板位于介质基片的下方，所述金属辐射贴片组由2n片相同的带一倒角的矩形贴片组成，n为除零外的自然数，其中一半带一倒角的矩形贴片以半圆周阵列的方式分布在介质基板的上表面，另外一半带一倒角的矩形贴片以半圆周阵列的方式分布在介质基板的下表面，该两半带一倒角的矩形贴片组能组合构成一个整圆分布，且每片贴片的倒角刚好在圆周边上重叠，每半带一倒角的矩形贴片组中相邻两贴片通过微带线相连，且每片贴片上均蚀刻有细缝以及开有槽口；所述同轴线馈电结构通过金属反射板对金属辐射贴片组进行馈电，但该同轴线馈电结构与金属反射板不接触，所述同轴线馈电结构的内导体与介质基片上表面的贴片相连，其外导体与介质基片下表面的贴片相连。
所述细缝为Г形细缝。
所述槽口为矩形槽口，靠近于最接近矩形贴片倒角的一直角位置处。
所述金属反射板位于介质基片下方的四分之一中心频率波长处。
所述每半带一倒角的矩形贴片组中相邻两贴片是通过四分之一波长的微带线相连。
所述介质基板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布、共烧陶瓷中的任意一种材料构成。
所述金属反射板、金属辐射贴片组和同轴线馈电结构采用的金属为铝、铁、锡、铜、银、金、铂中的任意一种或其中一种的合金。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明的宽带陷波圆极化天线与现有技术的设计相比，具有陷波功能，而对其它频段的圆极化性能影响很小。
2、本发明的宽带陷波圆极化天线，通过对辐射贴片进行倒角和蚀刻矩形槽实现宽带性能。
3、本发明的宽带陷波圆极化天线，通过在扇形辐射贴片上蚀刻Г形细缝，产生了陷波性能，并且通过改变Г形细缝的长度，可以改变陷波的频率。
4、本发明的宽带陷波圆极化天线的阻抗匹配(|S11|≤-10dB)带宽为94.9％(2.53GHz～7.1GHz)，轴比(AR≤3dB)带宽为70.5％(3.28GHz～6.85GHz)，最大增益为8.3dB，在具有较宽的带宽，和较高的增益，能够满足5G通信系统的运用要求。
5、本发明的宽带陷波圆极化天线的结构简单、易加工，基于介质基板的加工工艺成熟，可以满足宽带圆极化天线低造价的要求。
附图说明
图1为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线的俯视图。
图2为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线的主视图。
图3为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线位于介质基板上表面的贴片局部图。
图4为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线位于介质基板下表面的贴片局部图。
图5为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线|S11|参数的仿真结果曲线。
图6为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线轴比(AR)参数的仿真结果曲线。
图7为本发明实施例的5G宽带陷波圆极化天线增益(Gain)参数的仿真结果曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本实施例所提供的5G宽带陷波圆极化天线，包括有介质基板1、金属反射板2、辐射贴片组、同轴线馈电结构6；所述金属反射板2位于介质基片1下方约四分之一中心频率波长处，所述辐射贴片组是由2n片(最优选择四片)相同的带一倒角的矩形贴片组成，n为除零外的自然数，而在本实施例则是列举四片的情况，共有四片相同的带一倒角的矩形贴片3a、3b、3c、3d组成，其中两片带一倒角的矩形贴片3c、3d以半圆周阵列的方式分布在介质基板1的上表面，另外两片带一倒角的矩形贴片3a、3b以半圆周阵列的方式分布在介质基板1的下表面，该四片带一倒角的矩形贴片3a、3b、3c、3d能组合构成一个整圆分布(类似于四扇叶)，且每片贴片的倒角刚好在圆周边上重叠，位于同一侧的两片带一倒角的矩形贴片由四分之一波长的微带线(图中未画出)相连，即带一倒角的矩形贴片3a、3b通过四分之一波长的微带线相连，带一倒角的矩形贴片3c、3d通过四分之一波长的微带线相连，每片贴片上均蚀刻有Г形细缝5以及开有矩形槽口4，且所述矩形槽口4靠近于最接近矩形贴片倒角的一直角位置处；所述同轴线馈电结构6通过金属反射板2对辐射贴片组进行馈电，但该同轴线馈电结构6与金属反射板2不接触，所述同轴线馈电结构6的内导体与介质基片1上表面的矩形贴片3c相连，其外导体与介质基片1下表面的矩形贴片3b相连。
所述介质基板1采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布、共烧陶瓷中的任意一种材料构成，介电常数为4.4，损耗角为0.02，其加工工艺成熟，成本低，制作过程简单，成品率高，可以满足高增益5G宽带圆极化天线低造价的要求。
所述金属反射板2、辐射贴片组和同轴线馈电结构6采用的金属为铝、铁、锡、铜、银、金、铂中的任意一种或其中一种的合金。
调整本实施例的5G宽带陷波圆极化天线的尺寸参数后，通过计算和电磁仿真，对本实施例的5G宽带陷波圆极化天线进行了仿真验证，实线为陷波后的结果，虚线为陷波前的结果。如图5所示，给出了该天线的|S11|参数(输入端口回波损耗)仿真结果的曲线，可以看到，在2.53GHz～7.1GHz频段范围内，|S11|的值都小于-10dB；如图6所示，给出了该天线的轴比(AR)参数仿真结果的曲线，可以看到，在3.28GHz～6.85GHz频段范围内，AR的值都小于3dB；如图7所示，给出了该天线的增益(Gain)参数仿真结果的曲线，可以看到，在上述频段范围内，最大增益为8.3dB；仿真的结果表明本实施例的5G宽带陷波圆极化天线具有较宽的带宽，较高的增益，陷波性能良好，能够满足5G通信系统的要求，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：包括有介质基板、金属反射板、金属辐射贴片组、同轴线馈电结构；所述金属反射板位于介质基片的下方，所述金属辐射贴片组由2n片相同的带一倒角的矩形贴片组成，n为除零外的自然数，其中一半带一倒角的矩形贴片以半圆周阵列的方式分布在介质基板的上表面，另外一半带一倒角的矩形贴片以半圆周阵列的方式分布在介质基板的下表面，该两半带一倒角的矩形贴片组能组合构成一个整圆分布，且每片贴片的倒角刚好在圆周边上重叠，每半带一倒角的矩形贴片组中相邻两贴片通过微带线相连，且每片贴片上均蚀刻有细缝以及开有槽口；所述同轴线馈电结构通过金属反射板对金属辐射贴片组进行馈电，但该同轴线馈电结构与金属反射板不接触，所述同轴线馈电结构的内导体与介质基片上表面的贴片相连，其外导体与介质基片下表面的贴片相连。
2.根据权利要求1所述的一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：所述细缝为Г形细缝。
3.根据权利要求1所述的一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：所述槽口为矩形槽口，靠近于最接近矩形贴片倒角的一直角位置处。
4.根据权利要求1所述的一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：所述金属反射板位于介质基片下方的四分之一中心频率波长处。
5.根据权利要求1所述的一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：所述每半带一倒角的矩形贴片组中相邻两贴片是通过四分之一波长的微带线相连。
6.根据权利要求1所述的一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：所述介质基板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布、共烧陶瓷中的任意一种材料构成。
7.根据权利要求1所述的一种5G宽带陷波圆极化天线，其特征在于：所述金属反射板、金属辐射贴片组和同轴线馈电结构采用的金属为铝、铁、锡、铜、银、金、铂中的任意一种或其中一种的合金。
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