CN109560378A - 一种小型化y型贴片超宽带单极子天线 - Google Patents

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高超峰
朱丽雪
马天驰
李晓笛
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Abstract

本发明涉及一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，包括基板和天线，所述的天线包括Y型贴片，Y型贴片的左右分支的顶端分别带有圆形贴片，Y型贴片的下分支的左右两侧分别带有直角三角形贴片，所述的直角三角形贴片的一条直角边与Y型贴片的下分支平行。与现有技术相比，本发明具有小型化、带宽范围大、电磁次辐射小等优点。

Description

一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，尤其是涉及一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线。
背景技术
自非频变天线的概念提出以来，螺旋天线、阿基米德螺旋天线、等角螺旋天线以及圆锥螺旋天线等形式的天线被发表出来。这种非频变天线就是原始的超宽带天线。继非频变天线之后，又发展出了多种超宽带天线，这些天线都是基于单极子或偶极子天线演变过来，主要包括：盘锥天线、双锥天线、蝶形天线、套筒天线、笼状天线等超宽带天线。这些天线各有其优缺点，在特定场合下可以广泛应用于无线电视收发、宽带跳频通信等领域。
在科技飞速发展的今天，超宽带技术也已经比较成熟，并出现了很多成套的研究理论。超宽带纵然是传统的发展趋势，但是随着现代通信技术的发展，超宽带通信系统对超宽带天线又提出了越来越多的要求，使得超宽带天线出现了多种研究热点。现代通信系统日趋小型化与可携带化要求超宽带天线更小型化，因此小型化的超宽带天线一直被人们所重视。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，包括基板和天线，所述的天线包括Y型贴片，Y型贴片的左右分支的顶端分别带有圆形贴片，Y型贴片的下分支的左右两侧分别带有直角三角形贴片，所述的直角三角形贴片的一条直角边与Y型贴片的下分支平行。
所述的Y型贴片的左右分支组成直角U型结构。
所述的圆形贴片靠近左右分支顶端的内侧。
所述的天线还包括两个L形的馈电分支，所述的馈电分支与Y型贴片的下分支形成三叉戟结构。
还包括设置于天线同一面的共面波导。
还包括设置于天线同一面的接地板，所述的接地板设有矩形开槽。
所述的基板为FR-4材料制成的板材。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)小型化，增加电流的有效路径以拓宽天线在低频处的带宽。
(2)Y型贴片的左右分支的顶端分别带有圆形贴片，增加辐射贴片的电流路径，拓宽低频处带宽。
(3)Y型贴片的下分支的左右两侧分别带有直角三角形贴片，拓宽辐射贴片的低频处带宽。
(4)通过两个“L”形的馈电分支形成了三叉戟形状的馈电分支结构。
通过HFSS软件可以看出，单端馈电时，流向贴片的电流有限，并且垂直电流模式分布不明显，当采用多端馈电时，引入的多个馈电分支使得金属板表面的电流分布发生了变化，在贴片下部的每个馈点都能激发较强的垂直电流，有更多的电流垂直分量输送到矩形贴片上。
(5)共面波导因其信号线被大面积接地图案包围的特点，可以有效的减小传输时向外辐射的信号强度，产生的电磁辐射较小。
(6)接地放置于馈线两侧，拓宽带宽的同时具有更低损耗、更高辐射效率和更高的集成化。
附图说明
图1为本实施例的天线结构示意图；
图2为本实施例的S11仿真结果。
附图标记：
1为Y型贴片；2为圆形贴片；3为三角形贴片；4为馈线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例设计了一种以FR4为基板的小型化超宽带天线。该小型化超宽带天线是以Y型贴片1为结构参考体的单极子天线，通过三块矩形贴片的合并得到类似于“Y”型结构。同时，在Y型贴片1的两端添加圆形贴片2以增加辐射贴片的电流路径，拓宽低频处带宽，在Y型贴片1两侧添加三角形贴片3，拓宽辐射贴片的低频处带宽。
由于常规侧馈天线的接地板在介质基板的底面，不利于天线的高度集成化。本发明将接地板移动到了介质基板正面。
由于“三叉戟”结构能够改善天线在高频处的效果，拓宽天线的带宽。本发明在馈线4与辐射贴片的链接处添加了“三叉戟”结构。
最后为了能够将天线性能进行优化，本发明在接地板上进行开槽，增加了有效电流路径，拓宽了天线的低频处带宽。
以下是本实施例的创新部分：
(1)小型化
对于一个最基本的贴片天线，其谐振频率与尺寸之间通常满足以下关系式：
其中w为贴片辐射边的长度，f为天线的谐振频率。上述公式表明，贴片天线的谐振频率与其尺寸息息相关，而对天线进行小型化，其谐振频率必然增加。
本实施例在缩小尺寸的同时，通过在天线的顶部和两侧进行加载，增加了贴片的有效电流路径，成功拓宽了带宽。
(2)多端馈电—“三叉戟结构”
本实施例的多端馈电单极子运用矩形贴片结构，通过两个“L”形的馈电分支形成了三叉戟形状的馈电分支结构。
通过HFSS软件可以看出，单端馈电时，流向贴片的电流有限，并且垂直电流模式分布不明显，当采用多端馈电时，引入的多个馈电分支使得金属板表面的电流分布发生了变化，在贴片下部的每个馈点都能激发较强的垂直电流，有更多的电流垂直分量输送到矩形贴片上。
(3)共面波导
微带线是一种半开放式的传输线结构，信号传输时会出现空间辐射的现象，属于准TEM模传输线。与微带线相同，共面波导也是半开放式的传输线结构，同为TEM模传输线。而共面波导因其信号线被大面积接地图案包围的特点，可以有效的减小传输时向外辐射的信号强度，产生的电磁辐射较小。
如图2所示，为S11仿真结果，图中处于-10dB以下的带宽为2.5488GHz-13.7013GHz，满足超宽带3.1GHZ-10.6GHz的要求。

Claims (7)

1.一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，包括基板和天线，其特征在于，所述的天线包括Y型贴片，Y型贴片的左右分支的顶端分别带有圆形贴片，Y型贴片的下分支的左右两侧分别带有直角三角形贴片，所述的直角三角形贴片的一条直角边与Y型贴片的下分支平行。
2.根据权利要求1所述的一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，其特征在于，所述的Y型贴片的左右分支组成直角U型结构。
3.根据权利要求1所述的一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，其特征在于，所述的圆形贴片靠近左右分支顶端的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，其特征在于，所述的天线还包括两个L形的馈电分支，所述的馈电分支与Y型贴片的下分支形成三叉戟结构。
5.根据权利要求1所述的一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，其特征在于，还包括设置于天线同一面的共面波导。
6.根据权利要求1所述的一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，其特征在于，还包括设置于天线同一面的接地板，所述的接地板设有矩形开槽。
7.根据权利要求1所述的一种小型化Y型贴片超宽带单极子天线，其特征在于，所述的基板为FR-4材料制成的板材。
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