CN108574138A - 结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线 - Google Patents

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张金栋
吴翠翠
冯敏
陈峤羽
汤普祥
姚祺
周雅莉
梁琴琴
施雁佳
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    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas

Abstract

本发明公开了一种结构紧凑型微带线馈电的谐波抑制宽带贴片天线。该装置包括单层微波介质基板、1个工作频率为f1的矩形辐射贴片、2个工作频率为f2的四分之一波长谐振器、2个工作频率为f3的四分之一波长谐振器、2个半径为r的短路针、以及1个馈电微带线；其中，所述工作频率为f1的矩形辐射贴片位于整个结构中心；2个工作频率为f2的四分之一波长谐振器共用一个半径为r的短路针，与矩形辐射贴片的一条辐射边临近耦合，并与微带线相连实现馈电结构；2个工作频率为f3的四分之一波长谐振器共用一个半径为r的短路针，与矩形辐射贴片的另一条辐射边临近耦合。本发明有效增加了贴片天线的带宽，能够有效抑制高次谐波，结构紧凑简单、剖面低、易实现。

Description

结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别是一种结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线。
背景技术
在现代通信和雷达系统中，天线和前端被紧密地放置在一起，甚至集成在一起。在这些系统中，微带贴片天线是非常受欢迎的，因为它可以很容易地与许多其他有源和无源电路集成，如滤波器，放大器，振荡器，和混频器等。尽管有这些优点，微带贴片天线有一个固有的缺点：带宽窄。微带天线作为一个谐振式天线，当工作频率偏离天线的谐振频率时，天线的阻抗匹配会急剧恶化而使微带天线的带宽窄成为非常重要的问题。
增加微带天线的带宽有常用的几种方式：一是降低等效谐振电路的Q值，微带天线的谐振特性犹如一个高Q并联谐振电路，因此增大基片厚度或是降低基片相对介电常数可以降低Q值，从而展宽微带天线的带宽。二是修改等效谐振电路，例如将简单RLC谐振电路修改为多谐振点的耦合谐振电路；有效措施有附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电等。三是附加阻抗匹配网络，由于线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽限制，因此采用馈线匹配技术就能使天线工作于较宽频域上，比如采用简单的双枝节(开路微带线)匹配技术。
目前，考虑到谐波辐射，最简单直接的方法是在贴片天线上连接一个滤波器，但这会增加天线系统的整体尺寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，能够增加微带天线的带宽，并抑制高次谐波。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，包括单层微波介质基板、1个工作频率为f1的矩形辐射贴片、2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器、2个工作频率为f3的第二四分之一波长谐振器、2个半径为r的短路针、以及1个馈电微带线；
所述矩形辐射贴片位于整个结构中心，2个第一四分之一波长谐振器共用一个短路针，该2个第一四分之一波长谐振器一方面与矩形辐射贴片的一条辐射边耦合，另一方面与微带线相连实现馈电结构；2个第二四分之一波长谐振器共用另一个短路针，该2个第二四分之一波长谐振器与矩形辐射贴片的另一条辐射边耦合。
进一步地，所述2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器进行容性馈电，并且引入的一个短路针，使第一四分之一波长谐振器中所有偶模谐振模式不会被激励，进而抑制谐波。
进一步地，所述2个第一四分之一波长谐振器组成一个共面分布式谐振器，该谐振器与矩形辐射贴片耦合，通过调整耦合缝隙的宽度以改变天线的带宽。
进一步地，所述2个第二四分之一波长谐振器组成一个共面分布式谐振器，该谐振器与矩形辐射贴片耦合，通过调整耦合缝隙的宽度以改变天线的带宽。
进一步地，所述矩形辐射贴片、第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器同时谐振，得到一个具有三个谐振点的宽带。
进一步地，所述整个天线结构是以纵轴为对称轴的轴对称图形，纵轴指2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器的中垂线。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)有效增加了微带天线的带宽；(2)有效抑制了高次谐波；(3)结构紧凑简单，尺寸小，可以在单层介质基板上实现较宽的带宽。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线的结构示意图。
图2为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线的S11参数图。
图3为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线在宽频范围的S11参数图。
图4为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线在中心频率处的增益图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
结合图1，本发明结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：包括单层微波介质基板1、1个工作频率为f1的矩形辐射贴片2、2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器3、2个工作频率为f3的第二四分之一波长谐振器6、2个半径为r的短路针4、以及1个馈电微带线5；
所述矩形辐射贴片2位于整个结构中心，2个第一四分之一波长谐振器3共用一个短路针4，该2个第一四分之一波长谐振器3一方面与矩形辐射贴片2的一条辐射边耦合，另一方面与微带线5相连实现馈电结构；2个第二四分之一波长谐振器6共用另一个短路针4，该2个第二四分之一波长谐振器6与矩形辐射贴片2的另一条辐射边耦合。
示例性的，所述2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器3进行容性馈电，并且引入的一个短路针4，使第一四分之一波长谐振器3中所有偶模谐振模式不会被激励，进而抑制谐波。
示例性的，所述2个第一四分之一波长谐振器3组成一个共面分布式谐振器，该谐振器与矩形辐射贴片2耦合，通过调整耦合缝隙的宽度以改变天线的带宽。
示例性的，所述2个第二四分之一波长谐振器6组成一个共面分布式谐振器，该谐振器与矩形辐射贴片2耦合，通过调整耦合缝隙的宽度以改变天线的带宽。
示例性的，所述矩形辐射贴片2、第一四分之一波长谐振器3、第二四分之一波长谐振器6同时谐振，得到一个具有三个谐振点的宽带。
示例性的，所述整个天线结构是以纵轴为对称轴的轴对称图形，纵轴指2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器3的中垂线。
本发明中工作频率为f3的四分之一波长谐振器也可以是半波长谐振器，本发明实施例不进行限制。
实施例
在制作的实施例设计中，选定微带天线的尺寸为60mm×60mm，所述微带天线的工作频率为4.9GHz，矩形辐射贴片的尺寸为30mm×17.5mm，工作频率为f2的四分之一波长谐振器的尺寸为10.7mm×0.5mm，距离矩形辐射贴片1.55mm，工作频率为f3的四分之一波长谐振器的尺寸为9.05mm×1.1mm，距离矩形辐射贴片4.75mm，短路针半径均为0.5mm。天线介质板采用介电常数为2.33，损耗角正切为0.0012，厚度为1.57mm的Rogers Duroid 5870商用板材。
参见图2，为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线的S11参数，天线带宽覆盖了4.77-5.3GHz(10.8％)。
参见图3，为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线在宽频范围的S11参数，可以看出该天线有效抑制了高次谐波。
参见图4，为本发明实施例结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线在中心频率处的增益图，增益达7.5dB。
本发明公开的微带天线不仅在单层介质板上实现了宽频带，而且有效抑制了高次谐波。该天线结构紧凑简单、剖面低、易实现。

Claims (6)

1.一种结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：包括单层微波介质基板(1)、1个工作频率为f1的矩形辐射贴片(2)、2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器(3)、2个工作频率为f3的第二四分之一波长谐振器(6)、2个半径为r的短路针(4)、以及1个馈电微带线(5)；
所述矩形辐射贴片(2)位于整个结构中心，2个第一四分之一波长谐振器(3)共用一个短路针(4)，该2个第一四分之一波长谐振器(3)一方面与矩形辐射贴片(2)的一条辐射边耦合，另一方面与微带线(5)相连实现馈电结构；2个第二四分之一波长谐振器(6)共用另一个短路针(4)，该2个第二四分之一波长谐振器(6)与矩形辐射贴片(2)的另一条辐射边耦合。
2.根据权利要求1所述的结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：所述2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器(3)进行容性馈电，并且引入的一个短路针(4)，使第一四分之一波长谐振器(3)中所有偶模谐振模式不会被激励，进而抑制谐波。
3.根据权利要求1所述的结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：所述2个第一四分之一波长谐振器(3)组成一个共面分布式谐振器，该谐振器与矩形辐射贴片(2)耦合，通过调整耦合缝隙的宽度以改变天线的带宽。
4.根据权利要求1所述的结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：所述2个第二四分之一波长谐振器(6)组成一个共面分布式谐振器，该谐振器与矩形辐射贴片(2)耦合，通过调整耦合缝隙的宽度以改变天线的带宽。
5.根据权利要求1所述的结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：所述矩形辐射贴片(2)、第一四分之一波长谐振器(3)、第二四分之一波长谐振器(6)同时谐振，得到一个具有三个谐振点的宽带。
6.根据权利要求1所述的结构紧凑型微带馈电的谐波抑制宽带贴片天线，其特征在于：所述整个天线结构是以纵轴为对称轴的轴对称图形，纵轴指2个工作频率为f2的第一四分之一波长谐振器(3)的中垂线。
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