CN108767455B - 一种平面共结构的两端口超宽带复合天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面共结构的两端口超宽带复合天线，由印刷在介质基板(1)正面的地板(2)、背靠背渐变槽天线馈电网络(4)和印刷在介质基板(1)复合天线(3)构成。本发明可用于微波毫米波通信系统中，特别是具有高隔离度要求的平面化的移动通信设备中的多天线系统上。其优点是多天线结构复合、隔离度高、平面化、重量轻、低成本、加工周期快。

Description

一种平面共结构的两端口超宽带复合天线
技术领域
本发明属于微波毫米波无源器件技术领域，尤其涉及微波毫米波无源器件中的平面共结构两端口超宽带复合天线。
背景技术
为了减小多径衰减，提高信道容量和通信质量，超宽带和多天线技术被广泛应用在现在移动无线通信系统中。除了能够满足超宽带的工作带宽要求之外，多天线系统中的多端口之间需要保证高的隔离度。
原理上为了降低天线之间的互耦，天线单元之间的距离最好要大于二分之一波长，但是对于小体积的移动终端设备来讲，留给天线可用的空间很小，天线之间的间距不可能太大，只能利用其他技术手段来提高天线之间的隔离度。现有提高超宽带天线端口之间隔离度的技术主要包括使用交叉极化的天线、设计突出地板、地板开槽及引入反射器等，但是已有多端口UWB天线设计中大多采用共地板的方式，由于地板上的电流不能完全被阻断，端口之间的隔离度无法被进一步提高。最近几年，特征模理论被用来设计高隔离度的超宽带天线，但是，由于天线形式仍然是共用一个地板的两个或多个天线，仍然无法获得很高的隔离度。因此，超宽带多天线系统中的天线的集成度和端口之间的隔离度还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提出一种平面共结构的两端口超宽带复合天线，克服现有多天线系统中天线数量多、占用空间大、隔离度低的缺点。
本发明的技术方案是：一种平面共结构的两端口超宽带复合天线，由介质基板、带长方形匹配槽的地板、复合天线和背靠背渐变槽天线馈电网络组成；地板和背靠背渐变槽天线馈电网络印刷在介质基板的正面，复合天线印刷在介质基板的背面；所述的复合天线由单极子天线和背靠背渐变槽天线组成，背靠背渐变槽天线内嵌在单极子天线的中间部位；所述的背靠背渐变槽天线馈电网络的对称中心与背靠背渐变槽天线的对称中心在介质基板所在平面上的投影重合。
进一步的，单极子天线由单极子天线辐射圆和单极子馈电微带线组成；单极子天线辐射圆上对称刻蚀了两个短路圆孔以及两个渐变缝隙槽进而组成了背靠背渐变槽天线；两个短路圆孔、两个对称渐变缝隙槽关于单极子天线的对称轴对称，其尺寸根据背靠背渐变槽天线的工作频率进行调节；单极子馈电微带线位于单极子天线辐射圆的中下部。
进一步的，背靠背渐变槽天线馈电网络由两个开路扇形枝节、两段U型微带传输线、焊盘环、及同轴馈电孔组成；两段U型微带传输线通过焊盘环实现头尾相连，最终连接到两个开路扇形枝节的两个圆心上；背靠背渐变槽天线馈电网络关于焊盘环的圆心成中心对称；所述的同轴馈电孔位于单极子天线辐射圆的中心位置。
本发明的优点和有益效果：
(1)相比与传统独立多根天线，本发明具有结构紧凑的优点。与传统多根独立的天线相比，该天线可以利用同一个辐射结构实现多个超宽带天线的功能。通过将一种工作模式的天线刻蚀在另一种工作模式的天线上，并且可以保证对原有天线的工作模式不会产生大的影响，集成程度更高；
(2)本发明的平面共结构复合天线具有超高隔离度的特性。通过特征模分析，两个端口分别激励起两组不同正交的模式，从而可以在不增加额外去耦合结构的情况下，实现端口之间的超高隔离度。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图
图2是本发明的背靠背渐变槽天线馈电网络的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种平面共结构的两端口超宽带复合天线由介质基板1、带长方形匹配槽的地板2、复合天线3和背靠背渐变槽天线馈电网络4组成；地板2和背靠背渐变槽天线馈电网络4印刷在介质基板1的正面，复合天线3印刷在介质基板1的背面；所述的复合天线3由单极子天线5和背靠背渐变槽天线6组成，背靠背渐变槽天线6内嵌在单极子天线5的中间部位；所述的背靠背渐变槽天线馈电网络4的对称中心与背靠背渐变槽天线6的对称中心在介质基板1所在平面上的投影重合。
进一步的，单极子天线5由单极子天线辐射圆51和单极子馈电微带线52组成；单极子天线辐射圆51上对称刻蚀了两个短路圆孔61以及两个渐变缝隙槽62进而组成了背靠背渐变槽天线6；两个短路圆孔61、两个对称渐变缝隙槽62关于单极子天线5的对称轴对称，其尺寸根据背靠背渐变槽天线6的工作频率进行调节；单极子馈电微带线52位于单极子天线辐射圆51的中下部。
进一步的，背靠背渐变槽天线馈电网络4由两个开路扇形枝节41、两段U型微带传输线42、焊盘环43、及同轴馈电孔44组成；两段U型微带传输线42通过焊盘环43实现头尾相连，最终连接到两个开路扇形枝节41的两个圆心上；背靠背渐变槽天线馈电网络4关于焊盘环43的圆心成中心对称；所述的同轴馈电孔44位于单极子天线辐射圆51的中心位置。
本发明的技术方案的原理是：在单极子天线5的辐射区刻蚀两个背靠背渐变槽天线6，由于单极子天线5上面的电流是垂直方向的，且位于结构对称轴两边的电流大小相等相位相同3，刻蚀的两个背靠背渐变槽天线6并不会破坏单极子天线5的工作模式，只会使其上面的电流路径变长，影响其阻抗匹配。单极子天线5的阻抗匹配可以通过地板2上的长方形槽来调整。通过背靠背渐变槽天线馈电网络4对两个背靠背渐变槽天线6进行等幅反相耦合馈电，可以激励起另外一组模式，且该组模式与单极子天线5的工作模式完全正交，因此可以获得两个端口之间的超高隔离度。背靠背渐变槽天线6的阻抗匹配可以通过背靠背渐变槽天线馈电网络4中的两个开路扇形枝节41的长度和张角、两段U型微带传输线42线宽、两个短路圆孔61的半径以及两个渐变缝隙槽62的渐变曲线来调节。由于背靠背渐变槽天线6和单极子天线5的工作模式都包含几个带宽较宽的模式，所以背靠背渐变槽天线6和单极子天线5都可以实现超宽带的特性。
为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一种平面共结构的两端口超宽带复合天线，设计的复合天线的两个端口都可以工作在3GHz～10GHz，介质基板1使用厚度为0.8mm，介电常数为4.5的FR4基片。介质基板1的尺寸为：100mm×120mm×0.8mm，地板2的高度为50mm，单极子天线辐射圆51的半径为32.5mm，单极子馈电微带线52为宽度为1.7mm的50欧姆微带线，两个短路圆孔61的半径为3mm，两个渐变缝隙槽62最宽处为21.6mm，两个开路扇形枝节41的扇形角为90度，半径为5mm，两段U型微带传输线42线宽为0.3mm，每一根总长度为27.35mm，焊盘环43的内外半径分别为0.5mm和0.9mm。测试结果表明，单极子天线5在1.91GHz到10GHz频带内驻波小于2，背靠背渐变槽天线6在2.95GHz到10GHz频带内驻波小于2,除了2GHz左右隔离度大于35dB以外，两个端口之间的隔离度在整个工作频带内可以达到45dB以上，当一个端口激励，另外一个端口接匹配负载时，两个端口测得的实际峰值增益均大于2dB。两个天线之间的相关系数小于1.8×10-4。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种平面共结构的两端口超宽带复合天线，包括介质基板(1)、带长方形匹配槽的地板(2)、复合天线(3)和背靠背渐变槽天线馈电网络(4)；其特征在于：地板(2)和背靠背渐变槽天线馈电网络(4)印刷在介质基板(1)的正面，复合天线(3)印刷在介质基板(1)的背面；所述的复合天线(3)由单极子天线(5)和背靠背渐变槽天线(6)组成，背靠背渐变槽天线(6)内嵌在单极子天线(5)的中间部位；所述的背靠背渐变槽天线馈电网络(4)的对称中心与背靠背渐变槽天线(6)的对称中心在介质基板(1)所在平面上的投影重合；
所述的单极子天线(5)由单极子天线辐射圆(51)和单极子馈电微带线(52)组成；单极子天线辐射圆(51)上对称刻蚀了两个短路圆孔(61)以及两个渐变缝隙槽(62)进而组成了背靠背渐变槽天线(6)；两个短路圆孔(61)、两个对称渐变缝隙槽(62)关于单极子天线(5)的对称轴对称，其尺寸根据背靠背渐变槽天线(6)的工作频率进行调节；单极子馈电微带线(52)位于单极子天线辐射圆(51)的中下部；
所述的背靠背渐变槽天线馈电网络(4)由两个开路扇形枝节(41)、两段U型微带传输线(42)、焊盘环(43)、及同轴馈电孔(44)组成；两段U型微带传输线(42)通过焊盘环(43)实现头尾相连，最终连接到两个开路扇形枝节(41)的两个圆心上；背靠背渐变槽天线馈电网络(4)关于焊盘环(43)的圆心成中心对称；所述的同轴馈电孔(44)位于单极子天线辐射圆(51)的中心位置。
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