CN108336484A - 一种缝隙耦合的宽带贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缝隙耦合的宽带贴片天线，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凹形寄生贴片、具有半波长的矩形贴片、凸形寄生贴片，且所述凹形寄生贴片和凸形寄生贴片分别耦合于矩形贴片的相对两侧，以获得宽带特性；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具有半波长的矩形贴片。本发明能够实现很好的宽带特性和辐射特性，具有设计灵活、低剖面、成本低、高选择性等优点。

Description

一种缝隙耦合的宽带贴片天线
技术领域
本发明涉及天线的技术领域，尤其是指一种缝隙耦合的宽带贴片天线。
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收到广泛应用。然而，微带贴片天线常常受限于其过窄的带宽。对于贴片天线的带宽扩展，学者们在几十年来通过不断研究改进，提出了多种贴片天线带宽拓宽技术。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
2016年，Haotao Hu等人在"IEEE Antennas Wireless Propagation Letter"上发表题为"Novel Broadband Filtering Slotline Antennas Excited by MultimodeResonators"，文中通过使用不同阶数的多模谐振器来激励缝隙，在缝隙足够宽的情况下，能够获得相比于单缝隙结构要宽的多的带宽，并且由于多模谐振器引入的传输零点使天线的增益选择性大大提高。
2016年，Pan YongMei等人在"IEEE TREANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION"上发表题为"Alow-profile highgain and wideband filtering antennawith metasurface"，文中天线由上层的非均匀金属贴片单元和中间地板的两个分离的耦合缝隙还有最底层的馈电结构构成。文中所使用的耦合结构引入了额外的辐射零点，使原本的宽带增益曲线的选择性大大提高。但是这种复杂的馈电结构将会造成额外的背面辐射，降低天线的前后比并且引入额外的损耗。
总的来说，现有的工作中，通常是以增加天线体积或者恶化方向图为代价来提高天线的带宽。其中，大部分天线均不能够应用于阵列之中，或者剖面太大破坏了原本贴片天线低面的优点。所以，设计一款低剖面，具有稳定的边射方向图的宽带贴片天线具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种缝隙耦合的宽带贴片天线，能够实现很好的宽带特性和辐射特性，具有设计灵活、低剖面、成本低、高选择性等优点。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种缝隙耦合的宽带贴片天线，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凹形寄生贴片、具有半波长的矩形贴片、凸形寄生贴片，所述凹形寄生贴片和凸形寄生贴片分别耦合于矩形贴片的相对两侧，以获得宽带特性，且所述凸形寄生贴片的凸起朝向凹形寄生贴片的凹槽位；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具有半波长的矩形贴片。
所述凹形寄生贴片的谐振频率低于矩形贴片，所述凸形寄生贴片的谐振频率高于矩形贴片。
所述矩形贴片的谐振频率为3.5GHz。
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、通过将寄生贴片制作成凹、凸形，来控制寄生贴片和中间的具有半波长的矩形贴片之间的耦合特性，实现了更宽的带宽。
2、通过寄生贴片和中间的具有半波长的矩形贴片之间的电磁耦合，在通带外引入了两个辐射零点，提高了天线的选择性。
3、本发明天线具有设计简单，带外选择性良好，增益高，易加工的特点。
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为本发明的缝隙耦合的宽带贴片天线的俯视图。
图2为本发明的缝隙耦合的宽带贴片天线的侧视图。
图3为本发明的缝隙耦合的宽带贴片天线的S参数的仿真结果。
图4为本发明的缝隙耦合的宽带贴片天线的增益的仿真曲线。
图5为本发明的缝隙耦合的宽带贴片天线在3.5GHz处的辐射方向图(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和图2所示，本实施例所提供的缝隙耦合的宽带贴片天线，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3；所述第一介质基板2的顶面设置有凹形寄生贴片5、具有半波长的矩形贴片6、凸形寄生贴片7，所述凹形寄生贴片5和凸形寄生贴片7分别耦合于矩形贴片6的相对两侧，以获得宽带特性，且所述凸形寄生贴片7的凸起朝向凹形寄生贴片5的凹槽位；所述第二介质基板1的顶面设置有带缝隙9的地板4，且所述输入端口的微带馈线8是设置在该第二介质基板1的底面，通过所述地板4上的缝隙9来激励具有半波长的矩形贴片6。其中，所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配，所述第一介质基板2、第二介质基板1的介电常数均为2.55，厚度均为0.8毫米，所述空气层3的厚度为4毫米，所述凹形寄生贴片5的谐振频率略低于具有半波长的矩形贴片6，所述凸形寄生贴片7的谐振频率略高于具有半波长的矩形贴片6，具有半波长的矩形贴片6的谐振频率为3.5GHz。
参见图3所示，显示了本实施例上述缝隙耦合的宽带贴片天线的S参数的测试仿真结果。从图中可以看到，天线在通带内达到了很好的阻抗匹配，同时通带内出现了三个反射零点，带宽相比于传统的单个贴片的结构得到了大大提高。仿真的天线中心频率为3.5GHz，带宽为3.37GHz-3.66GHz。
参见图4所示，显示了本实施例上述缝隙耦合的宽带贴片天线的增益测试仿真曲线。天线的最大增益为7.4dBi，从图中可以看到，由于贴片之间的电磁耦合，在通带上下边缘各自出现了一个辐射零点，提高了天线的选择性。
参见图5所示，显示了本实施例上述缝隙耦合的宽带贴片天线在3.5GHz处的辐射方向图仿真测试结果。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。这样该宽带贴片天线在阵列中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)

1.一种缝隙耦合的宽带贴片天线，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凹形寄生贴片、具有半波长的矩形贴片、凸形寄生贴片，所述凹形寄生贴片和凸形寄生贴片分别耦合于矩形贴片的相对两侧，以获得宽带特性，且所述凸形寄生贴片的凸起朝向凹形寄生贴片的凹槽位；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具有半波长的矩形贴片。
2.根据权利要求1所述的一种缝隙耦合的宽带贴片天线，其特征在于：所述凹形寄生贴片的谐振频率低于矩形贴片，所述凸形寄生贴片的谐振频率高于矩形贴片。
3.根据权利要求1或2所述的一种缝隙耦合的宽带贴片天线，其特征在于：所述矩形贴片的谐振频率为3.5GHz。
4.根据权利要求1所述的一种缝隙耦合的宽带贴片天线，其特征在于：所述输入端口为50欧姆的阻抗匹配。
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