CN110120584A - 一种应用于wlan的具有陷波功能的双频双极化天线 - Google Patents

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Abstract

一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，包括第一介质基板、上层金属层、下层金属层、金属反射板、同轴线和支撑柱；第一介质基板由至少四个支撑柱支撑在金属反射板上，第一介质基板由同轴线直接馈电；上层金属层和下层金属层分别印刷在第一介质基板的上表面和下表面；在上层金属层和下层金属层上分别印制两个呈交叉分布的偶极子天线；位于上层金属层的两对偶极子天线与位于下层金属层的两对偶极子天线位置对应。交叉分布的偶极子天线外环结构为开口环结构结构，引入谐振，从而实现陷波特性；交叉分布的偶极子天线内环为扇形结构，能够调整陷波的位置；交叉偶极子之间的间距采用指数曲线渐变结构，极大地改善了天线的匹配；交叉偶极子采用双层金属，介质板的上下金属层各印制两对交叉偶极子，起到了耦合馈电的效果，极大的改善了匹配。

Description

一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线
技术领域
本发明涉及天线工程领域，具体涉及一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线。
背景技术
随着基站和WLAN等无线通信系统的快速发展，双频段或多频段的双极化天线被用来缓解信号的多径衰落，提高信道容量。两个工作频段之间的阻带是抑制其他窄带系统干扰的有效方法，如抑制WiMAX和5G通信系统(3.4-3.6GHz)。在MIMO WLAN应用中，具有高隔离、高增益的双频段(2.4-2.484GHz和5.15-5.85GHz)双极化天线单元对于实现理想的无线通信性能至关重要，特别是对于高密度的工作环境。
C.-X.Mao等人在IEEE Trans.Antennas Propag.(vol.65,no.4,pp.1836-1844,Apr.2017)上发表了题为“A Shared-Aperture Dual-Band Dual-Polarized FilteringAntenna Array With Improved Frequency Response”的文章，以及在IEEE Access(vol.6,pp.8403-8411,Feb.2018)上发表了题为“Integrated Dual-Band Filtering/Duplexing Antennas”的文章，利用微带双频天线跟双频滤波电路串联，来实现具有滤波特性的双频天线。然而，双频天线和双频滤波器不利于调整阻带的位置，而且微带天线的带宽较窄，不能够做到覆盖WLAN的两个频段(2.4-2.484GHz和5.15-5.85GHz)。
H.Feng等人在2018International Conference on Microwave and MillimeterWave Technology(ICMMT,Chengdu,China,pp.1-3,May.2018)上发表的题为“A DualPolarized Vivaldi Antenna with the Notched Band by Feed Line Filter onConductive Plane”中将超宽带Vivaldi天线与一个带阻滤波器串联，来实现具有陷波特性的双频天线。Y.Liu等人在IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.(vol.17,no.10,pp.1764-1768,Oct.2018)上发表的题为“A Compact Dual-Band Dual-Polarized AntennaWith Filtering Structures for Sub-6GHz Base Station Applications”中将宽带天线与一个带阻滤波器串联，来实现具有陷波特性的双频天线。然而，此类滤波器都需要额外的带阻滤波电路来实现滤波功能，不但使天线结构变得复杂，而且额外的电路会增大天线的插入损耗。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，具体技术方案如下：一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，其特征在于：包括第一介质基板(1)、上层金属层(2)、下层金属层(3)、金属反射板(4)、同轴线(5)和支撑柱(6)；
所述第一介质基板(1)由至少四个支撑柱(6)支撑在所述金属反射板(4)上，所述第一介质基板(1)由同轴线(5)直接馈电；
所述上层金属层(2)和所述下层金属层(3)分别印刷在所述第一介质基板(1)的上表面和下表面；
在所述上层金属层(2)和所述下层金属层(3)上分别印制两个呈交叉分布的偶极子天线；
位于所述上层金属层(2)的两对偶极子天线与位于所述下层金属层(3)的两对偶极子天线位置对应；
所述偶极子天线呈镜像对称，偶极子外环为开口环结构，内环为扇形结构；
在所述开口环结构内部套设有扇形结构，所述扇形结构插入所述开口环结构中；
所述扇形结构的两边，紧邻位于所述开口环结构的两边。
为更好的实现本发明，可进一步为：两个偶极子之间的间距采用指数曲线渐变结构。
进一步地：所述偶极子天线包括两个呈镜像对称，偶极子外环为开口环结构，内环为扇形结构。
进一步地：所述支撑柱(6)为尼龙塑料柱。
本发明的有益效果为：第一，交叉分布的偶极子天线外环结构为开口环结构，引入谐振，从而实现陷波特性；
第二，交叉分布的偶极子天线内环为扇形结构，能够调整陷波的位置；
第三，交叉偶极子之间的间距采用指数曲线渐变结构，极大地改善了天线的匹配；
第四，交叉偶极子采用双层金属，介质板的上下金属层各印制两对交叉偶极子，起到了耦合馈电的效果，极大的改善了匹配。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是本发明实施例1中天线的侧视图；
图2是图1中的各部分分解之后整体示意图；
图3是图1的俯视图示意图；
图4为实施例1中的驻波VSWR和隔离度的仿真与测试结果示意图；
图5为实施例1中的增益的仿真与测试结果示意图；
图6为实施例1中的2.4GHz、5.2GHz、5.8GHz三个频点的主辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图3所示，为本实施例中的具体结构：
一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，包括Rogers-4350介质基板1、上层金属层2、下层金属层3、金属反射板4、同轴线5和尼龙塑料柱6；
Rogers-4350介质基板1由至少四个尼龙塑料柱6支撑在金属反射板4上，Rogers-4350介质基板1由同轴线5直接馈电；
上层金属层2和下层金属层3分别印刷在Rogers-4350介质基板1的上下层，上层金属层2和下层金属层3通过8个短路针7相连，同轴线的正极与上层金属层相连，通过上层金属层2的过渡金属带8馈电到天线的正极，同轴线的负极与下层金属层3相连。
在上层金属层2和下层金属层3上均印制有两个呈交叉分布的偶极子天线。
实施例中采用的参数为，上层金属层2和下层金属层3的交叉偶极子大小相同，边长总长度均为36.8mm，上下金属层均印制交叉的两对偶极子，交叉的偶极子之间的间距从中心到边缘是逐渐变大的，曲线呈指数形。Rogers-4350介质基板1的厚度为0.787mm，介电常数为3.66。天线到金属反射板4的距离为16mm。金属反射板4的大小为80mm×80mm。同轴线5为标准同轴线，内径0.52mm。
图4是所发明的具有陷波功能的双频双极化天线的驻波VSWR和隔离度的仿真与测试结果示意图。在2.4-2.7GHz和5-6.3GHz的频率范围内，天线的驻波VSWR小于2，同时在3.4-3.6GHz的频段内，天线具有明显的陷波特性。整个工作频带内，隔离度都大于28dB，仿真与测试的结果吻合的很好。
图5为所发明的具有陷波功能的双频双极化天线的天线增益的仿真与测试结果示意图。在2.4-2.7GHz的频率范围内，天线的增益约为7.85dBi，在5-6.3GHz的频率范围内，天线的增益约为9.7dBi。而在3.4-3.6GHz的阻带内，最低增益仅为-9dBi，仿真与测试的结果吻合的很好。
图6为所发明的具有陷波功能的双频双极化天线在2.4GHz、5.2GHz、5.8GHz三个频点的主辐射方向图，三个频点的主极化和交叉极化比大于25dB，辐射方向图稳定，仿真与测试的结果吻合的很好。

Claims (4)

1.一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，其特征在于：包括第一介质基板(1)、上层金属层(2)、下层金属层(3)、金属反射板(4)、同轴线(5)和支撑柱(6)；所述第一介质基板(1)由至少四个支撑柱(6)支撑在所述金属反射板(4)上，所述第一介质基板(1)由同轴线(5)直接馈电；所述上层金属层(2)和所述下层金属层(3)分别印刷在所述第一介质基板(1)的上表面和下表面；在所述上层金属层(2)和所述下层金属层(3)上分别印制两个呈交叉分布的偶极子天线；位于所述上层金属层(2)的两对偶极子天线与位于所述下层金属层(3)的两对偶极子天线位置对应；所述偶极子天线呈镜像对称，偶极子外环为开口环结构，内环为扇形结构；在所述开口环结构内部套设有扇形结构，所述扇形结构插入所述开口环结构中；所述扇形结构的两边，紧邻位于所述开口环结构的两边。
2.根据权利要求1所述一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，其特征在于：两个偶极子之间的间距采用指数曲线渐变结构。
3.根据权利要求1所述一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，其特征在于：所述偶极子天线包括两个呈镜像对称的开口环结构，在所述开口环结构内部套设有扇形结构。
4.根据权利要求1所述一种应用于WLAN的具有陷波功能的双频双极化天线，其特征在于：所述支撑柱(6)为尼龙塑料柱。
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