CN108493598A - 一种新型非对称共面波导四波段混合天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的四频段混合天线，包括介质基板，第一地板。第二地板，微带馈线以及左右手复合传输线(CRLH‑TL)。采用非对称共面波导馈电结构，并对微带馈线进行结构上的改变来实现功能上的扩展。同时采用结构简单新颖的传输线结构实现了CRLH‑TL实现了零阶谐振器。工作频段分布于1.6GHz，2.5GHz，3.5GHz和5.5GHz。可用于GPS，WLAN和WIMAX等多种通信系统。

Description

一种新型非对称共面波导四波段混合天线

技术领域

本发明涉及一种无线通信领域的天线，尤其是指一种可以应用于GPS、WALN、WiMAX中的非对称共面波导馈电的运用超材料技术的混合天线。

背景技术

最近的十几年，无线通信技术处在一个飞速发展的阶段。于此同时，像手机、笔记本电脑。平板电脑等便携式终端设备在我们的日常工作生活中也扮演着相当重要的角色。由于通信网络的不断多元化，对于主要元件之一的天线也在性能上提出了更高的要求。为了能够适应多种不同通信协议的带宽例如全球定位系统(GPS),无线局域网(WLAN)以及全球微波互联接入技术(WiMAX)等等，我们就需要一款能够在简结构小体积高性能的前提下，同时支持多频段的小型化天线。微带天线在各方面能够较好的满足这些条件，所以是当今天线研究的一个重要方向。在微带天线的结构基础上，我们还可以通过引入各种不同的结构模型对天线进行性能上的改造和优化，将多种工作频段集成到一个天线上。这是一个十分具有挑战性和实际意义的研究方向。

发明内容

本发明提供了一种可以覆盖GPS、WALN、WiMAX的非对称共面波导馈电的混合天线。主要技术问题包括多频率以及小型化高性能的技术指标。

为了解决上述的技术问题，提出了技术方案如下：

一种非对称共面波导馈电混合天线，所述天线包括介质板，接地面以及微带馈线。

所有贴片部分均位于介质板的同一面。所述介质板为FR4基板，所述介质板长度为30mm，所述介质版宽度为30mm，所述介质版厚度为1.6mm。

所述的接地面分为左接地面与右接地面两部分组成，并都与中间的微带馈线有相同的耦合间隙。

进一步的，左接地面一个T型缝隙结构；右接地面连接左右手复合传输线结构(CRLH-TL)。

进一步的，微带馈线的上端采用余弦结构模型，并与右接地面连接过来的微带线中间保留了一个缝隙结构作为缝隙电容。

与现有技术比较，本发明具有以下显著的优点和有益的效果：

(1)本发明的四频段混合天线是基于零阶谐振器(ZOR)和单极子天线组合而成的非对称共面馈电微带天线，左右接地板以及微带馈线都位于介质板的同一面，显著减小天线尺寸，结构新颖，体积紧凑，有着较高的空间利用率。

(2)本发明的四频段混合天线可以应用于全球定位系统(GPS)，1.57-1.59GHz)，无线局域网络 (WLAN，2.4-2.485、2.69，和5.725-5.825GHz)，和全球微波接入互操作性(WiMAX，2.5-2.69，3.3-3.7，和5.25-5.85GHz)

(3)本发明采用了超材料技术，使天线的设计一定程度上不受天线尺寸的影响。

附图说明

图1是本发明天线的结构示意图。

图2是本发明天线的具体结构尺寸图（模型参数图）。

图3是本发明天线的回波损耗图。

图4是本发明天线在1.6GHz频段E面的辐射方向图。

图5是本发明天线在1.6GHz频段H面的辐射方向图。

图6是本发明天线在2.5GHz频段E面的辐射方向图。

图7是本发明天线在2.5GHz频段H面的辐射方向图。

图8是本发明天线在3.5GHz频段E面的辐射方向图。

图9是本发明天线在3.5GHz频段H面的辐射方向图。

图10是本发明天线在5.5GHz频段E面的辐射方向图。

图11是本发明天线在5.5GHz频段H面的辐射方向图。

具体实施方式

为了更清晰的说明本发明的技术方案和目的，以及展示本发明的优点。以下将结合附图与实施例对本发明进行更详细的解释。

如图1所示,本实施例中的四频段混合天线包括介质基板1,以及位于介质基板上的接地面2,接地面 3，CRHL-TL模块4,微带馈线5和SAM波导端口6。所有的贴片均位于介质基板的同一面。微带馈线位于介质基板中线位置，在两块接地板之间并与两块接地板存在着等间距的缝隙7与缝隙8，左右两块接地面结构完全相同，形成非对称共面波导馈电(ACPW)结构。左接地面中有一个T型缝隙9，并与缝隙7相通。微带馈线5的上端连接着,以余弦函数S1为基准的贴片10，与正弦函数S2为基准的贴片11。贴片10的上端与模块4的CRHL-TL之间存在一个缝隙电容12。然后模块4再与接地面 3相连。最后在微带馈线的下端，用同轴线与SAM端口6连接。

在本实施例中，整个介质基板1的厚度为1.6mm。各个贴片尺寸如图2所示，介质基板1长度为 30mm，宽度为30mm。微带馈线4长度为15mm，宽度为3mm，接地面2与接地面3宽度优选为13.2mm，而接地面2的长度为9mm，接地面3长度为12mm。左接地面距离底线4mm处的T型缝隙9的宽度为0.5mm，上下间距为4mm，左右间距优选为4.7mm加0.5mm。接地板3上部距离右侧1mm出连接着宽度为1mm的CRLH-TL模块4。CRLH-TL模块4靠近贴片10部分长度为2.2mm，宽度为2mm。，贴片10宽度为2.5mm，其余弦曲线函数S1为X(t)＝4.5×cos(0.5t)+11.25，Y(t)＝t+15。 Min(t)＝0，Max(t)＝12。(坐标轴原点为模型最左下角)。贴片11宽度为2mm，其正弦曲线S2为 X(t)＝18.5-2.5sin(0.7t)，Y(t)＝t+12，Min(t)＝3，Max(t)＝10.7。缝隙电容12的宽度为0.8mm。

图3是上述四频段混合天线的回波损耗图，第一通带的频率是1.6GHz，其-10dB带宽为70MHz 满足GPS的频段要求。第二通带的频率是2.5GHz，其-10dB带宽为140MHz满足WLAN系统的要求，第三通带的频率是3.5GHz，其-10dB带宽为340MHz，满足WIMAX系统的要求，第四通带的频率是 5.5GH，其-10dB带宽为1GHz。满足WLAN和WIMAX系统的要求。

图4到图11是本实施例分布在各个不同工作频段的E面和H面的方向图，从中我们可以看出天线在各个频段都较好的辐射特性。

Claims (5)

1.一种新型的四频段混合天线，其特征是：所有贴片均位于基板的同一表面。贴片部分包括第一接地面，第二接地面，微带馈线，微带扩展贴片10与扩展贴片11，以及左右手复合传输线(CRLH-TL)结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型四频段混合天线，其特征是：接地面2与接地面3结构不对称，接地面2长度为9mm，宽度为13.2mm且存在一个T型缝隙结构，接地面3长度为12毫米宽度为13.2毫米，并与CRLH-TH结构连接，采用非对称共面波导馈电。同时两接地板与中间微带馈线均存在一个宽度为0.3mm的缝隙。

3.根据权利要求2所述的一种新型四频段混合天线，其特征是：介质板中心底部存在一个宽度为3mm长度为15mm的微带馈线，并在顶端与两个以三角函数曲线作为模型的贴片10与贴片11。

4.根据权利要求3所述的一种新型四频段混合天线，其特征是：贴片10宽度为2.5mm，其余弦曲线函数S1为X(t)＝4.5×cos(0.5t)+11.25，Y(t)＝t+15。Min(t)＝0，Max(t)＝12。(坐标轴原点为模型最左下角)。贴片11宽度为2mm，其正弦曲线S2为X(t)＝18.5-2.5sin(0.7t)，Y(t)＝t+12，Min(t)＝3，Max(t)＝10.7。贴片10与微带馈线顶部左端距离为0.1mm，贴片11与微带馈线顶部右端距离为0.2mm。

5.根据权利要求4所述的一种新型四频段混合天线，其特征是：其左右手复合传输线(CRLH-TL)结构宽度为1mm，下端与接地面3相连，与介质基板右侧距离为1mm；CRLH-TL上端紧贴介质基板上端X轴上间距为15mm，并且以宽度为2mm长度为2.2mm的一个端口，通过一个0.8mm宽度的缝隙电容与贴片10耦合。