CN109687130B - 一种宽频带小型化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽频带小型化天线，包括介质基片，所述介质基片的上下两侧分别设有顶层辐射金属贴片和底层接地板金属层，所述顶层辐射金属贴片包括拟C型贴片、寄生贴片、1/4波长阻抗转换器和微带线，所述拟C型贴片在左下方打开，并与所述1/4波长阻抗转换器的一端相连，所述1/4波长阻抗转换器的另一端和微带线相连；所述拟C型贴片与所述1/4波长阻抗转换器相连的位置还与寄生贴片相连，所述寄生贴片位于拟C型贴片的中部空缺处，所述寄生贴片通过开缝开孔的方式提高天线带宽；所述底层接地板金属层呈矩形，且在上部中央有一缺口，上部中央缺口的两侧分别设置一个三角形贴片和一个细长矩形贴片。本发明能够提高天线的性能。

Description

一种宽频带小型化天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种宽频带小型化天线。
背景技术
随着信息科技的迅速发展，现代通信系统或探测系统向小型化、多频化、高性能、宽频带以及高集成化方向发展。而天线作为通信系统或探测系统的重要组成部分，其结构和性能很大程度上关系着整个系统的性能。如小型化天线可以降低系统的成本、多频宽带天线可以提高频带利用率，减少占用频带资源、极化分集天线可以增加信道容量，实现天线单元和频率的复用等。因此，天线的结构及性能成为天线研究领域的重要课题。而微带天线作为一种新型天线，因具有独特优点而广受国内外研究学者的热切关注，如体积小、低剖面、重量轻、易于加工集成、易共形等特点。目前，随着微带天线理论研究的加深及应用的扩展，微带天线技术已经成广泛渗透于空间技术、生物医学、移动通信、遥测、卫星等大量无线通信系统中。
近年来，随着研究的不断深入，各式各样的天线层次不穷。为了提高天线的各方面性能指标所采用的技术手段也是多样化的，如多频段技术常采用多贴片层叠法、多枝节法(L型枝节、F型枝节、G型枝节等)、开槽法；宽频带技术方法有：加载寄生贴片法、多缝隙法、短路探针法等，这些技术能够有效实现天线的小型化、宽频带、多拼化、高增益指标，从而提高系统的通信质量并满足实际应用的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽频带小型化天线，能够提高天线的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种宽频带小型化天线，包括介质基片，所述介质基片的上下两侧分别设有顶层辐射金属贴片和底层接地板金属层，所述顶层辐射金属贴片包括拟C型贴片、寄生贴片、1/4波长阻抗转换器和微带线，所述拟C型贴片在左下方打开，并与所述1/4波长阻抗转换器的一端相连，所述1/4波长阻抗转换器的另一端和微带线相连；所述拟C型贴片与所述1/4波长阻抗转换器相连的位置还与寄生贴片相连，所述寄生贴片位于拟C型贴片的中部空缺处，所述寄生贴片通过开缝开孔的方式提高天线带宽；所述底层接地板金属层呈矩形，且在上部中央有一缺口，上部中央缺口的两侧分别设置一个三角形贴片和一个细长矩形贴片。
所述寄生贴片包括从左至右依次连接的直角三角形贴片、方形贴片和半圆形贴片，所述方形贴片上部的中间位置开有矩形缝隙，所述直角三角形贴片和半圆形贴片上均开有方形孔，所述直角三角形贴片上的方形孔和半圆形贴片上的方形孔以方形贴片的中线为轴对称。
所述矩形缝隙的尺寸为2.8mm×0.3mm。
所述方形孔的尺寸为1mm×1mm。
所述底层接地板金属层上部中央的缺口的尺寸为4mm×6mm。
所述三角形贴片为等腰直角三角形贴片，直角边长为4.5mm。
所述细长矩形贴片的尺寸为0.7mm×3mm。
所述1/4波长阻抗转换器呈矩形，尺寸为3mm×4mm。
所述微带线呈矩形，尺寸为13.4mm×3mm，馈电方式采用微带线馈电。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的天线在拟C型贴片的基础上通过加载寄生贴片、开缝开槽和修改底层接地板等方式扩展了带宽，实现了小型化和宽频带要求。本发明的天线也实现了良好的性能指标，其回波损耗参数(S11)，为110％(8GHz，3GHz-11GHz)；天线在频带范围内，增益都基本在2.5dB以上，且最高可达到7.1dB。本发明充分发挥了微带贴片天线的小体积，低剖面和容易集成等特点，突破了频带较窄、增益较低等缺点，扩展了微带贴片天线应用在该频段内的范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中底层接地板金属层结构示意图；
图3是本发明的回波损耗示意图；
图4是本发明的增益参数示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种宽频带小型化天线，如图1和图2所示，包括介质基片1，所述介质基片1的上下两侧分别设有顶层辐射金属贴片和底层接地板金属层5，所述顶层辐射金属贴片包括拟C型贴片2、寄生贴片、1/4波长阻抗转换器3和微带线4，所述拟C型贴片2在左下方打开，并与所述1/4波长阻抗转换器3的一端相连，所述1/4波长阻抗转换器3的另一端和微带线4相连；所述拟C型贴片2与所述1/4波长阻抗转换器3相连的位置还与寄生贴片相连，所述寄生贴片位于拟C型贴片2的中部空缺处，所述寄生贴片通过开缝开孔的方式提高天线带宽；所述底层接地板金属层5呈矩形，且在上部中央有一缺口51，上部中央缺口51的两侧分别设置一个三角形贴片52和一个细长矩形贴片53。其中，所述寄生贴片包括从左至右依次连接的直角三角形贴片6、方形贴片7和半圆形贴片8，所述方形贴片7上部的中间位置开有矩形缝隙9，所述直角三角形贴片6和半圆形贴片8上均开有方形孔10，所述直角三角形贴片6上的方形孔10和半圆形贴片8上的方形孔10以方形贴片7的中线为轴对称。
本实施方式的介质基片1采用厚度为1.6mm的FR4，尺寸为34mm×18mm，其相对介电常数εr＝4.4，损耗正切tanδ＝0.002。介质基片上表面是50Ω微带线、1/4波长阻抗转换器、寄生贴片和拟C型贴片，介质基片下表面局部接地平面。天线的具体尺寸参数如表1所示。
天线尺寸参数 参数值(mm) 天线尺寸参数 参数值(mm)
L 34 a 1.4
W 18 b 1
h 1.6 Lg 13.4
L1 13.4 W1 3
L2 3 W2 4
L3 3.4 W3 1.4
L4 16 W4 16
L5 6 W5 5
L6 2.8 W6 0.3
Ls 4 Ws 6
Lt 4.5 Wt 4.5
Lf 0.7 Wf 3
W7 6.15 W8 1.5
W9 6
表1天线参数
由于天线是在自由空间中工作的，为了使设计天线工作参数更接近实际，在天线结构模型创建完成后，使用HFSS分析天线性能参数时，需要将天线的边界条件设置为理想导体边界，辐射边界表面(即空气腔面)距离辐射体需要不小于，天线模型介质基板的底面需要设置为理想边界，天线的输入端口设置为共面集总端口激励，且使微带馈线位于端口的中心，将天线设置为快速扫频类型，对其在2GHZ-12GHZ频段的性能进行分析计算。
本发明天线采用拟C型结构，通过加载寄生贴片(中间部分)和开缝开孔的方式来提高天线的带宽，如图1所示。同时，对接地平面进行修改，以提高反射系数特性，如图2所示。一般来说，天线的各个特性参数都是频率的函数，在中心频率上天线可能具有最好的特性。回波损耗S11和增益Gain是天线性能优劣的两个重要参数，其中理论要求S11<-10dB并且在相同带宽内Gain>2.5dB才能说明天线有实际的应用价值。天线的回波损耗参数(S11)，如图3所示，为110％(8GHz，3GHz-11GHz)。天线的增益，如图4所示，从图中可以看出天线在该频带范围内，增益都基本在2.5dB以上，且最高可达到7.1dB。
不难发现，此天线的频带范围为3GHz-11GHz，相对工作带宽为110％，增益极值为7.1dB，且覆盖了WiMAX工作的频段，从而保证了设计的天线结构可以应用于工作在这个频段的无线通信系统中。

Claims (8)

1.一种宽频带小型化天线，包括介质基片（1），所述介质基片（1）的上下两侧分别设有顶层辐射金属贴片和底层接地板金属层（5），其特征在于，所述顶层辐射金属贴片包括宽度为1.4mm的拟C型贴片（2）、寄生贴片、1/4波长阻抗转换器（3）和微带线（4），所述拟C型贴片（2）的开口位于左下方，并与所述1/4波长阻抗转换器（3）的一端相连，所述1/4波长阻抗转换器（3）的另一端和微带线（4）相连；所述拟C型贴片（2）与所述1/4波长阻抗转换器（3）相连的位置还与寄生贴片相连，所述寄生贴片位于拟C型贴片（2）的中部空缺处，所述寄生贴片通过开缝开孔的方式提高天线带宽；所述底层接地板金属层（5）呈矩形，且在上部中央有一缺口（51），上部中央缺口（51）的两侧分别设置一个三角形贴片（52）和一个细长矩形贴片（53）；所述寄生贴片包括从左至右依次连接的直角三角形贴片（6）、方形贴片（7）和半圆形贴片（8），所述方形贴片（7）上部的中间位置开有矩形缝隙（9），所述直角三角形贴片（6）和半圆形贴片（8）上均开有方形孔（10），所述直角三角形贴片（6）上的方形孔（10）和半圆形贴片（8）上的方形孔（10）以方形贴片（7）的中线为轴对称。
2.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述矩形缝隙（9）的尺寸为2.8mm×0.3mm。
3.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述方形孔（10）的尺寸为1mm×1mm。
4.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述底层接地板金属层（5）上部中央的缺口（51）的尺寸为4mm×6mm。
5.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述三角形贴片（52）为等腰直角三角形贴片，直角边长为4.5mm。
6.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述细长矩形贴片（53）的尺寸为0.7mm×3mm。
7.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述1/4波长阻抗转换器（3）呈矩形，尺寸为3mm×4mm。
8.根据权利要求1所述的宽频带小型化天线，其特征在于，所述微带线（4）呈矩形，尺寸为13.4mm×3mm，用于馈电。
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