CN108321544A - 一种具有边射特性的三频贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有边射特性的三频贴片天线，包括第一介质基板、第二介质基板及输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且它们之间预留有空气层；所述第一介质基板的顶面设置有矩形辐射贴片，且所述矩形辐射贴片的一边加载有开路短截线，同时该矩形辐射贴片的内部开有一靠近并平行于相对另一边的缝隙，所述开路短截线和矩形辐射贴片上的缝隙在谐振时会分别引入一个辐射零点；所述第二介质基板的顶面设置有带缝隙的地板，且所述输入端口的微带馈线是设置在该第二介质基板的底面，通过所述地板上的缝隙来激励矩形辐射贴片。本发明能够实现很好的多频特性和边射辐射特性，具有设计灵活、低剖面、交叉极化低、成本低等优点。

Description

一种具有边射特性的三频贴片天线
技术领域
本发明涉及天线的技术领域，尤其是指一种具有边射特性的三频贴片天线。
背景技术
随着第五代通信系统的到来，对于系统的通信容量和传输速率也有了更高的要求。微带平面天线由于其低剖面，重量轻，易加工，低成本等优点而在现在通信系统中受到广泛应用。为了使同一个系统同时满足多个通信标准，多频天线的作用尤为重要。虽然这个目的也能通过使用超宽带天线来覆盖整个频率范围来获得相同的效果，但是超宽带天线通常为全向辐射或者结构复杂，并且会引入额外的信号噪声。对于多频天线，通常情况下要求每个通带具有类似的辐射特性。至今为止国际上学者们提出了多种贴片天线的多频技术。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
2017年，Lei Zhu教授等人在"IEEE TREANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION"上发表题为"Dual-band and dual-circularly polarized single-layermicrostrip array based on multiresonant modes"，文中通过在矩形贴片的边上加载开路枝节，来扰动原本TM30模的场分布来使TM30模获得与基模TM10模类似的边射特性。并且使用对角馈电结构获得了双频双圆极化的工作特性。
2013年，W.C.Mok等人在"IEEE TREANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION"上发表题为"Single-layer single-patch dual-band and triple-band patchantennas"，文中通过在矩形贴片上挖U形缝隙，来获得多频特性。通过控制U形缝隙的数量来控制频带数。但是这种方法由于缝隙处的电流参与辐射，天线的交叉极化比较差。并且为了抵消U形缝隙带来的阻抗的容性部分，通常需要使用同轴探针馈电，这大大加大了加工难度和馈电位置的自由性。
总的来说，现有的工作中，有不少关于多频天线的研究，但是大部分都是关于双频或者有高交叉极化，加工复杂的不足。所以设计一款具有低剖面特性，结构简单，具有边射特性的三频天线具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种具有边射特性的三频贴片天线，能够实现很好的多频特性和边射辐射特性，具有设计灵活、低剖面、交叉极化低、成本低等优点。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种具有边射特性的三频贴片天线，包括有第一介质基板、第二介质基板及输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且它们之间预留有空气层；所述第一介质基板的顶面设置有矩形辐射贴片，且所述矩形辐射贴片的一边加载有开路短截线，同时该矩形辐射贴片的内部开有一靠近并平行于相对另一边的缝隙，所述开路短截线和矩形辐射贴片上的缝隙在谐振时会分别引入一个辐射零点；所述第二介质基板的顶面设置有带缝隙的地板，且所述输入端口的微带馈线是设置在该第二介质基板的底面，通过所述地板上的缝隙来激励矩形辐射贴片。
所述矩形辐射贴片所用的模式为贴片的前三个模式：TM10、TM20、TM30。
所述第一介质基板的一边挖有一凹槽，用于安装输入端口。
所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、通过使用开路短截线和挖槽技术来扰动高次模的场分布实现多频工作，无需额外的辐射体，降低了加工难度和成本。
2、通过扰动场分布，使矩形辐射贴片的前三个模式在单馈的情况下同时具有了边射特性，有效的简化了多频天线的馈电结构。
3、本发明天线由于对矩形辐射贴片的结构改变较小，所以天线的交叉极化较小。
4、由于本发明天线为微带结构，重量轻、成本低，适合工业批量生产。
附图说明
图1为本发明的具有边射特性的三频贴片天线的仰视图。
图2为本发明的具有边射特性的三频贴片天线的俯视图。
图3为本发明的具有边射特性的三频贴片天线的侧视图。
图4为本发明的具有边射特性的三频贴片天线的S参数和边射方向增益的仿真结果。
图5a为本发明的具有边射特性的三频贴片天线在2.50GHz频率处的归一化辐射方向图(H面和E面)仿真结果。
图5b为本发明的具有边射特性的三频贴片天线在3.50GHz频率处的归一化辐射方向图(H面和E面)仿真结果。
图5c为本发明的具有边射特性的三频贴片天线在5.2GHz频率处的归一化辐射方向图(H面和E面)仿真结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1至图3所示，本实施例所提供的具有边射特性的三频贴片天线，包括有第一介质基板2、第二介质基板1及输入端口；所述第一介质基板2位于第二介质基板1上方，且它们之间预留有空气层7；所述第一介质基板2的顶面设置有矩形辐射贴片9，且所述矩形辐射贴片9的一边加载有开路短截线6，同时该矩形辐射贴片9的内部开有一靠近并平行于相对另一边的缝隙8，所述开路短截线6和矩形辐射贴片9上的缝隙8在谐振时会分别引入一个辐射零点；所述第二介质基板1的顶面设置有带缝隙4的地板3，且所述输入端口的微带馈线5是设置在该第二介质基板1的底面，通过所述地板3上的缝隙4来激励矩形辐射贴片9。其中，所述开路短截线6的宽度大大小于贴片宽度，所述第一介质基板2挖掉一处小凹槽为了安装输入端口，所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配，所述第一介质基板2和第二介质基板1的介电常数均为2.55，损耗角正切为0.0029，厚度均为0.8毫米，所述空气层7的厚度为4毫米，所述矩形辐射贴片所用的模式为贴片的前三个模式：TM10、TM20、TM30。
参见图4所示，显示了本实施例上述具有边射特性的三频贴片天线的S参数和边射增益的仿真结果。从图中可以看到，天线的阻抗带宽为2.46-5.53GHz，3.47-3.55GHz和5.15-5.29GHz。带内最大增益分别为7.38dBi，7.80dBi，7.03dBi。天线在通带内达到了很好的阻抗匹配，同时通带外出现了两个辐射零点,提高了天线的带外选择性。
参见图5a、5b、5c所示，显示了本实施例上述具有边射特性的三频贴片天线在三个通带中心频率处的归一化辐射方向图仿真结果。从图中可以看到，该天线在E面和H面均实现了良好的定向辐射特性，并且边射方向的交叉极化均低于-30dBi。该三频天线具有很好的应用前景。
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 (4)

1.一种具有边射特性的三频贴片天线，其特征在于：包括有第一介质基板、第二介质基板及输入端口；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，且它们之间预留有空气层；所述第一介质基板的顶面设置有矩形辐射贴片，且所述矩形辐射贴片的一边加载有开路短截线，同时该矩形辐射贴片的内部开有一靠近并平行于相对另一边的缝隙，所述开路短截线和矩形辐射贴片上的缝隙在谐振时会分别引入一个辐射零点；所述第二介质基板的顶面设置有带缝隙的地板，且所述输入端口的微带馈线是设置在该第二介质基板的底面，通过所述地板上的缝隙来激励矩形辐射贴片。
2.根据权利要求1所述的一种具有边射特性的三频贴片天线，其特征在于：所述矩形辐射贴片所用的模式为贴片的前三个模式：TM10、TM20、TM30。
3.根据权利要求1所述的一种具有边射特性的三频贴片天线，其特征在于：所述第一介质基板的一边挖有一凹槽，用于安装输入端口。
4.根据权利要求1所述的一种具有边射特性的三频贴片天线，其特征在于：所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。
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