CN109860976B

CN109860976B - 一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线

Info

Publication number: CN109860976B
Application number: CN201910143487.1A
Authority: CN
Inventors: 袁涛; 洪凯东; 张晓�; 朱玉建; 黄冠龙; 韩崇志
Original assignee: Shenzhen Zhuorui Communication Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Zhuorui Communication Technology Co ltd
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: CN109860976A

Abstract

本发明公开了一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其包括金属底板、位于金属底板上方的L形折叠片、设置在L形折叠片顶部且与金属底板平行设置的辐射贴片、相贴设置在金属底板下表面的介质基板、在介质基板上形成的谐振单元以及与谐振单元连接的馈电线，L形折叠片的其中一水平翻折面分别通过金属探针垂直穿过金属底板、介质基板与谐振单元相连接。本发明利用差分馈电降低了天线的交叉极化，且工作在四个谐振模式上，带宽达到了63.7％，而天线剖面高度仅为0.158个真空波长；且在通带内天线正上方都保持着平坦的增益以及稳定的辐射方向图。

Description

一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线

【技术领域】

本发明属于通讯技术领域，特别是涉及一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线。

【背景技术】

近年来，随着无线通信的迅速发展，日渐复杂的应用场景，对无线通信系统中的天线的带宽和其他性能的要求越来越高。由于微带贴片天线具有剖面低、重量轻、易于加工以及成本低等优点，被广泛地应用在各种无线通信中。

然而，由于微带贴片天线的一个缺点是它们具有相对窄的带宽，导致其很难应用于宽带通信中。多年来有很多种宽带技术被研究以尝试提高微带天线的带宽。现有技术方案中，有在辐射贴片的水平或者垂直方向上增加寄生贴片，然后通过电磁耦合把能量从辐射贴片耦合到寄生贴片上的；有的在贴片天线上刻蚀U-形狭槽或多个矩形狭槽。

不过，上述所提及的增加带宽的技术都不太理想。共面寄生贴片的使用增加了天线的面积，堆叠寄生单元的使用增加了天线剖面的厚度，特别是两者在工作频带内都面临着方向图畸变的问题；除此之外，电容性间隙的制造对工艺的精度要求很高，加工误差无法保证。而在贴片天线上刻蚀U-形槽虽然提高了天线的交叉极化，但是降低了天线的辐射性能。

现有技术中提出了一种在圆形贴片天线上加载一圈金属通孔使另一个谐振模式被激励起来，通过多辐射模并用的思想来增加天线的带宽；但是该技术所能实现的带宽还是相对较较窄，仍然无法满足宽带通信的需求。

除此之外，偶极子基站天线被广泛应用在宽带通信中，但是这类基站天线具有很高的剖面，约为四分之一真空波长，这很难应用在较低剖面的场景中。最后，由于宽带通信技术以其数据传输速率高、发射功率低、抗干扰性能强、保密性好等一系列优点备受重视，在无线通信、射频标识等诸多领域具有广阔的应用前景；针对宽带无线通信，不仅要求宽带天线在其工作频带内，具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性、相对平坦的增益特性，而且希望天线成本低廉、便于加工和安装。

近年来，随着移动通信的快速发展，为了满足各种通信服务，移动通信系统的频段将会变得越来越多，比如目前我国3G/4G/5G移动通信系统涵括了1.7-2.7GHz、3.4-3.6GHz和4.8-5.0GHz等多个频段。传统的基站天线最大带宽一般为40％左右，已经覆盖不了如此宽的工作频段了。如果分别对这些频段开发相应地天线单元和阵列，通信系统的收发天线将会变得非常复杂，成本也会显著地提高。因此，研制出一种能够同时覆盖上述频段的新型宽带天线显得尤为重要。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种同时具有剖面低、交叉极化低、工作带宽宽、馈电结构简单、加工工艺简单、成本低等一系列特点的基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其包括金属底板、位于所述金属底板上方的L形折叠片、设置在所述L形折叠片顶部且与所述金属底板平行设置的辐射贴片、相贴设置在所述金属底板下表面的介质基板、在所述介质基板上形成的谐振单元以及与所述谐振单元连接的馈电线，所述L形折叠片的其中一水平翻折面分别通过金属探针垂直穿过所述金属底板、所述介质基板与所述谐振单元相连接，所述谐振单元经所述馈电线馈电后产生谐振，并通过所述金属探针和所述L形折叠片把一对差分信号传输给所述辐射贴片，完成天线的差分馈电。

进一步的，所述L形折叠片和所述金属探针数量对应设置，且均设置有两个。

进一步的，所述金属底板位于所述介质基板的上表面，所述金属底板上开有供所述金属探针穿过的小孔。

进一步的，所述谐振单元设置在所述介质基板的下表面，两个所述L形折叠片位于所述辐射贴片与所述金属探针之间，并与所述辐射贴片和所述金属探针相连接。

进一步的，所述第一L形折叠片和所述第二L形折叠片的竖直平面与所述辐射贴片相交形成第一交接线和第二交接线，所述辐射贴片上且位于所述第一交接线与所述第二交接线之间开有通口。

进一步的，所述第一交接线、所述第二交接线、与所述通口的一边平行设置。

进一步的，所述馈电线与所述谐振单元位于同一表面，且所述馈电线的一端与所述谐振单元相连接，所述馈电线的另一端接外部馈电系统，完成天线的馈电。

与现有技术相比，本发明一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线的有益效果在于：利用差分馈电降低了天线的交叉极化，且工作在四个谐振模式上，带宽达到了63.7％，而天线剖面高度仅为0.158个真空波长；且在通带内天线正上方都保持着平坦的增益以及稳定的辐射方向图；本方案能基于简单的结构，在较宽的工作频带内获得平坦的增益、稳定的方向图以及低交叉极化，能很好地应用在目前的宽带通信中；同时，具有剖面低、加工简单和价格低廉等特点。

【附图说明】

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例的反射系数曲线仿真结果图；

图5为本发明实施例的真实增益随频率变化的曲线图；

图6为本发明实施例在工作带宽上2GHz频点的EH辐射方向图的主极化和交叉极化图；

图7为本发明实施例在工作带宽上2.5GHz频点的EH辐射方向图的主极化和交叉极化图；

图8为本发明实施例在工作带宽上3GHz频点的EH辐射方向图的主极化和交叉极化图；

图中数字表示：

100一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线；1金属底板；2a第一金属探针，2b第二金属探针；3a第一L形折叠片，3b第二L形折叠片；4辐射贴片；5通口；6介质基板；7谐振单元；8馈电线；9a、9b小孔；10a第一交接线，10b第二交接线。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图1-图3，本实施例为一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线100，其包括金属底板1、位于金属底板1上方的第一L形折叠片3a和第二L形折叠片3b、设置在第一L形折叠片3a和第二L形折叠片3b的顶部且与金属底板1平行设置的辐射贴片4、相贴设置在金属底板1下表面的介质基板6、在介质基板6上形成的谐振单元7以及与谐振单元7连接的馈电线8，第一L形折叠片3a和第二L形折叠片3b的其中一水平翻折面分别通过第一金属探针2a和第二金属探针2b垂直穿过金属底板1、介质基板6与谐振单元7相连接。

金属底板1位于介质基板6的上表面，金属底板1上开有两个小孔9a、9b，两个小孔9a、9b的直径应大于两根金属探针2a、2b的直径。

谐振单元7设置在介质基板6的下表面，两个L形折叠片3a、3b位于辐射贴片4与金属探针2a、2b之间，并与辐射贴片4和金属探针2a、2b相连接。

第一L形折叠片3a和第二L形折叠片3b的竖直平面与辐射贴片4相交形成第一交接线10a和第二交接线10b，辐射贴片4上且位于第一交接线10a与第二交接线10b之间开有通口5。第一交接线10a、第二交接线10b、与通口5的一边平行设置。

馈电线8与谐振单元7位于同一表面，且馈电线8的一端与谐振单元7相连接，馈电线8的另一端接外部馈电系统，完成天线的馈电。谐振单元7经馈电线8馈电后产生谐振，并通过金属探针2a、2b和L形折叠片3a、3b把一对差分信号传输给辐射贴片4，完成天线的差分馈电。

谐振单元7包括相互平行的第一谐振分支与第二谐振分支、以及垂直连接所述第一谐振分支与所述第二谐振分支的第三谐振分支，馈电线8与所述第一谐振分支、所述第二谐振分支其中之一接触连接。

本实施例中，金属底板1，作为天线系统的地板；金属探针2a、2b，作为馈电结构；L形折叠片3a、3b，可以将一对差分信号传输到天线上，L形可以引进电容加载，使天线达到良好的阻抗匹配，并且支撑着天线；辐射贴片4，主要用于将传输线输出的射频导波能量变成无线电波能量向空间辐射；通口5可以降低辐射方向图的副瓣，通口5可以是矩形槽或者其他形状的槽；介质基板6，支撑着地板和谐振单元；谐振单元7可以引入一个谐振模式，增加天线的带宽，同时还能产生一对差分信号；馈电线8将能量传输到谐振单元7。

请参照图4，图4为本设计天线的反射系数曲线仿真数据，从图中可以看出，天线有四个谐振模式，实现的相对带宽约为63.7％，完全满足宽带通信的需求，证明我们所设计的天线极大地提高了天线的带宽。该天线的工作带宽并不限制于图4上所覆盖的频率，可以通过改变天线系统的尺寸使其能够覆盖在其他所需要的频段。

请参照图5，图5为本设计天线的真实增益随频率变化的曲线，从图5中可以看出，天线在工作频带内具有平坦的增益，满足宽带通信的需求。

图6-图8分别为本设计天线在工作带宽上其中2GHz、2.5GHz、3GHz三频点的EH辐射方向图的主极化和交叉极化，说明了本设计天线在通带在具有稳定的辐射方向图和低交叉极化的性能。

本实施例利用差分馈电降低了天线的交叉极化，且工作在四个谐振模式上，带宽达到了63.7％，而天线剖面高度仅为0.158个真空波长；且在通带内天线正上方都保持着平坦的增益以及稳定的辐射方向图。

本发明提出的基于差分馈电谐振器的宽带贴片天线，能基于简单的结构，在较宽的工作频带内获得平坦的增益、稳定的方向图以及低交叉极化，能很好地应用在目前的宽带通信中；同时，本发明具有剖面低、加工简单和价格低廉等特点；而且与普通的振子天线需工作在0.25倍真空波长高的剖面相比，本设计的宽度天线的剖面仅为0.158个真空波长的高度。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其特征在于：其包括金属底板、位于所述金属底板上方的L形折叠片、设置在所述L形折叠片顶部且与所述金属底板平行设置的辐射贴片、相贴设置在所述金属底板下表面的介质基板、在所述介质基板上形成的谐振单元以及与所述谐振单元连接的馈电线，所述L形折叠片的其中一水平翻折面分别通过金属探针垂直穿过所述金属底板、所述介质基板与所述谐振单元相连接，所述谐振单元经所述馈电线馈电后产生谐振，并通过所述金属探针和所述L形折叠片把一对差分信号传输给所述辐射贴片，完成天线的差分馈电；

其中，所述L 形折叠片包括第一L 形折叠片和第二L 形折叠片，所述金属探针的数量为两个，且两个所述金属探针分别与所述第一L 形折叠片和所述第二L 形折叠片相连；所述第一L形折叠片和所述第二L形折叠片的竖直平面与所述辐射贴片相交形成第一交接线和第二交接线，所述辐射贴片上且位于所述第一交接线与所述第二交接线之间开有通口。

2.如权利要求1所述的一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其特征在于：所述金属底板位于所述介质基板的上表面，所述金属底板上开有供所述金属探针穿过的小孔。

3.如权利要求1所述的一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其特征在于：所述谐振单元设置在所述介质基板的下表面，所述第一L 形折叠片和所述第二L 形折叠片位于所述辐射贴片与所述金属探针之间，并与所述辐射贴片和所述金属探针相连接。

4.如权利要求1所述的一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其特征在于：所述第一交接线、所述第二交接线、与所述通口的一边平行设置。

5.如权利要求1所述的一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线，其特征在于：所述馈电线与所述谐振单元位于同一表面，且所述馈电线的一端与所述谐振单元相连接，所述馈电线的另一端接外部馈电系统，完成天线的馈电。