CN110233335B - 基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线 - Google Patents

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Abstract

基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线，涉及天线领域，为了解决现有双极化天线的剖面太高、尺寸较大和带宽窄的问题。空间耦合馈电线印刷在第一介质板的上表面，2个偶极子天线垂直，且印刷在第一介质板的下表面，寄生带条以2个偶极子天线的交点为中心对称式分布在第一介质板的四周，AMC反射背板位于第一介质板的下方；2根同轴线与2个偶极子天线一一对应，2根同轴线均垂直穿过AMC反射背板、并通过其外导体分别与各自对应的偶极子天线电连接，同轴线的内导体与空间耦合馈电线的馈线点电连接。本发明适用于移动通信系统。

Description

基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线
技术领域
本发明涉及天线领域，具体涉及基于人工磁导体(Artificial MagneticConductor，AMC)的宽带小型化低剖面天线。
背景技术
高交叉极化比并能够覆盖多个移动通信频段的宽带双极化天线在目前的移动通信系统中极其重要，但是却存在以下几个问题：1.剖面太高；2.尺寸较大，小型化困难；3.带宽窄，无法覆盖全部移动通信频段(2G、3G、4G)。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有双极化天线的剖面太高、尺寸较大和带宽窄的问题，从而提供基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线。
本发明所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线，包括空间耦合馈电线1、2个偶极子天线2、第一介质板3、4条寄生带条4、AMC反射背板5和2根同轴线6；
空间耦合馈电线1印刷在第一介质板3的上表面，2个偶极子天线2垂直，且印刷在第一介质板3的下表面，寄生带条4以2个偶极子天线2的交点为中心对称式分布在第一介质板3的四周，AMC反射背板5位于第一介质板3的下方；
2根同轴线6与2个偶极子天线2一一对应，2根同轴线6均垂直穿过AMC反射背板5、并通过其外导体分别与各自对应的偶极子天线2电连接，同轴线6的内导体与空间耦合馈电线1的馈线点电连接。
优选的是，AMC反射背板5包括m个周期性金属单元5-1、第二介质板5-2、空气腔5-3和金属反射板5-4；
m个周期性金属单元5-1呈等间距矩形阵列式排布，且印刷在第二介质板5-2的上表面，金属反射板5-4位于第二介质板5-2的下方，金属反射板5-4和第二介质板5-2之间存在空气腔5-3，m为大于等于9的正整数。
优选的是，m个周期性金属单元5-1为a个金属贴片单元5-1-1和b个蘑菇形单元5-1-2，a个金属贴片单元5-1-1呈等间距矩形阵列式排布，b个蘑菇形单元5-1-2位于阵列的外围；
每个蘑菇形单元5-1-2均包括金属贴片和金属柱，金属柱的顶端通过第二介质板5-2上的金属过孔与金属贴片电连接，金属柱的底端与金属反射板5-4连接。
优选的是，金属反射板5-4包括1块底板和4块侧板；
4块侧板分别垂直固定在底板的4条边上。
优选的是，每个偶极子天线2均包括2个振子；
2个振子对角设置，且关于对角线对称，2个振子相对的2个角进行切角；振子为正方形环状，每个振子远离对角振子的两条边均设有两个缺口，每个振子不在对角线上的两个角均设有内层切角和外层切角。
优选的是，空间耦合馈电线1采用2个馈线1-1实现；
2个馈线1-1垂直，2个馈线1-1与2个偶极子天线2一一对应，馈线1-1的一端为馈电点，馈线的另一端设有树枝线1-2。
本发明在保证双极化天线高交叉极化比和辐射特性的同时，降低了天线剖面，缩减了天线尺寸，实现小型化，并实现宽带特性，完全覆盖2G、3G、4G等主流移动通信频段(1.69-2.69GHz)。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线的主视图；
图2是具体实施方式一所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线的侧视图；
图3是具体实施方式五中的偶极子天线的结构示意图；
图4是具体实施方式六中的部分偶极子天线的结构示意图；
图5是具体实施方式六中的空间耦合馈电线的结构示意图；
图6是具体实施方式六中的天线的回波损耗和隔离度曲线图；
图7是具体实施方式六中的天线的驻波比和增益曲线图；
图8是具体实施方式六中的不同频率时天线的辐射方向图；
(a)为1.69GHz，(b)为2.2GHz，(c)为2.69GHz。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线，包括空间耦合馈电线1、2个偶极子天线2、第一介质板3、4条寄生带条4、AMC反射背板5和2根50Ω同轴线6；
空间耦合馈电线1印刷在第一介质板3的上表面，2个偶极子天线2垂直，且印刷在第一介质板3的下表面，寄生带条4以2个偶极子天线2的交点为中心对称式分布在第一介质板3的四周，AMC反射背板5位于第一介质板3的下方；
2根同轴线6与2个偶极子天线2一一对应，2根同轴线6顶端分别垂直穿过AMC反射背板5、并通过其外导体分别与各自对应的偶极子天线2电连接，同轴线6的内导体与空间耦合馈电线1的馈线点电连接。
寄生带条4的下表面与第一介质板3的下表面位于同一平面，可通过绝缘介质将寄生带条4放置在第一介质板3上。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线作进一步说明，本实施方式中，AMC反射背板5包括m个周期性金属单元5-1、第二介质板5-2、空气腔5-3和金属反射板5-4；
m个周期性金属单元5-1呈等间距矩形阵列式排布，且印刷在第二介质板5-2的上表面，金属反射板5-4位于第二介质板5-2的下方，金属反射板5-4和第二介质板5-2之间存在空气腔5-3，m为大于等于9的正整数。
第一介质板3和第二介质板5-2均采用FR4介质板(相对介电常数为4.4)。
采用本实施方式的AMC反射背板5使天线突破了四分之一波长剖面高度的极限，极大地降低了天线剖面。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线作进一步说明，本实施方式中，m个周期性金属单元5-1为a个金属贴片单元5-1-1和b个蘑菇形单元5-1-2，a个金属贴片单元5-1-1呈等间距矩形阵列式排布，b个蘑菇形单元5-1-2位于阵列的外围；
每个蘑菇形单元5-1-2均包括金属贴片和金属柱，金属柱的顶端通过第二介质板5-2上的金属过孔与金属贴片电连接，金属柱的底端与金属反射板5-4连接。
周期性金属单元5-1采用金属贴片单元5-1-1和蘑菇形单元5-1-2两种单元，有效地提高了天线的交叉极化比。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线作进一步说明，本实施方式中，金属反射板5-4包括1块水平的底板和4块侧板；
4块侧板分别垂直固定在底板的4条边上。
蘑菇形单元5-1-2的金属柱的底端与底板接触。
通过调整蘑菇形单元5-1-2的个数和寄生带条4的位置，可以调节天线的工作带宽，改变垂直的侧板的高度，可以改善天线的辐射特性。
具体实施方式五：结合图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线作进一步说明，本实施方式中，每个偶极子天线2均包括2个振子；
2个振子对角设置，且关于对角线对称，2个振子相对的2个角进行切角；振子为正方形环状，每个振子远离对角振子的两条边均设有两个缺口，每个振子不在对角线上的两个角均设有内层切角和外层切角。
对振子开缺口及切角处理极大地拓展了天线的工作带宽，尤其是低频段。
具体实施方式六：结合图4至图8具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线作进一步说明，本实施方式中，空间耦合馈电线1包括2个馈线；
2个馈线1-1垂直，2个馈线1-1与2个偶极子天线2一一对应，馈线1-1的一端为馈电点，馈线的另一端设有树枝线1-2。
同一空间耦合馈电线1的馈电点和树枝线1-2分别对应于同一偶极子天线2的2个振子。
表1天线的结构参数
Figure BDA0002054646470000041
本实施方式的天线的回波损耗和隔离度如图6所示，S12为反向传输系数，S21为正向传输系数，S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。从仿真结果可以看出，当回波损耗S11<-10dB时，天线的阻抗带宽达到了66.8％(1.57-3.04 GHz)；当回波损耗S11<-15dB时，天线的阻抗带宽达到了51.8％(1.69-2.84GHz)，覆盖了整个2G、3G、4G频段，且两个的垂直的偶极子天线之间的隔离度超过30dB。天线的驻波比和增益如图7所示，在工作频带内，天线的增益均大于7dB。工作频带内三个频点的辐射方向图如图8所示，其中co为主极化方向图，cross为交叉极化方向图，可见天线具有良好的主极化和交叉极化方向图，主极化水平面半功率波瓣宽度为100±1.1°，交叉极化在0°大于15dB，在±60°范围内大于8dB。

Claims (2)

1.基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线，包括空间耦合馈电线(1)、2个偶极子天线(2)、第一介质板(3)、4条寄生带条(4)、AMC反射背板(5)和2根同轴线(6)；
空间耦合馈电线(1)印刷在第一介质板(3)的上表面，2个偶极子天线(2)垂直，且印刷在第一介质板(3)的下表面，寄生带条(4)以2个偶极子天线(2)的交点为中心对称式分布在第一介质板(3)的四周，AMC反射背板(5)位于第一介质板(3)的下方；
2根同轴线(6)与2个偶极子天线(2)一一对应，2根同轴线(6)顶端分别垂直穿过AMC反射背板(5)、并通过其外导体分别与各自对应的偶极子天线(2)电连接，同轴线(6)的内导体与空间耦合馈电线(1)的馈线点电连接；
每个偶极子天线(2)均包括2个振子；
2个振子对角设置，且关于对角线对称，2个振子相对的2个角进行切角；振子为正方形环状，每个振子远离对角振子的两条边均设有两个缺口，每个振子不在对角线上的两个角均设有内层切角和外层切角；
空间耦合馈电线(1)采用2个馈线(1-1)实现；
2个馈线(1-1)垂直，2个馈线(1-1)与2个偶极子天线(2)一一对应，馈线(1-1)的一端为馈电点，馈线的另一端设有树枝线(1-2)；
所述AMC反射背板(5)包括m个周期性金属单元(5-1)、第二介质板(5-2)、空气腔(5-3)和金属反射板(5-4)；
m个周期性金属单元(5-1)呈等间距矩形阵列式排布，且印刷在第二介质板(5-2)的上表面，金属反射板(5-4)位于第二介质板(5-2)的下方，金属反射板(5-4)和第二介质板(5-2)之间存在空气腔(5-3)，m为大于等于9的正整数；其特征在于，所述m个周期性金属单元(5-1)为a个金属贴片单元(5-1-1)和b个蘑菇形单元(5-1-2)，a个金属贴片单元(5-1-1)呈等间距矩形阵列式排布，b个蘑菇形单元(5-1-2)位于阵列的外围；
每个蘑菇形单元(5-1-2)均包括金属贴片和金属柱，金属柱的顶端通过第二介质板(5-2)上的金属过孔与金属贴片电连接，金属柱的底端与金属反射板(5-4)连接。
2.根据权利要求1所述的基于人工磁导体的宽带小型化低剖面双极化天线，其特征在于，所述金属反射板(5-4)包括1块底板和4块侧板；
4块侧板分别垂直固定在底板的4条边上。
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