CN110247180B - 一种紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧凑型覆盖sub‑6G和60GHz的大频率比双频天线，包括介质基板、宽频单极子、紧凑型微带谐振单元、毫米波去耦贴片阵列、矩形金属地板及集总端口；宽频单极子印刷于介质基板上表面，由环状微带线和微带馈电线组成；紧凑型微带谐振单元连接毫米波去耦贴片阵列和微带馈电线；毫米波去耦贴片阵列包括毫米波贴片、矩形开槽和去耦微带线，矩形开槽位于毫米波贴片上，去耦微带线位于毫米波贴片之间；矩形金属地板印刷于介质基板下表面；集总端口连接毫米波去耦贴片阵列与矩形金属地板进行馈电。本发明具有宽频带和高增益效果，能满足5G低频段和60GHz毫米波频段的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信的技术领域，尤其是指一种紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线。
背景技术
双频天线由于满足多个工作频带的需求，可有效节省天线的整体尺寸，从而实现整个天线系统的小型化。随着移动通信技术的发展，5G通信正在逐渐步入运用中。3GPP已指定6GHz以下(简称sub-6G)的微波频段为5G低频段，24.25-52.6GHz毫米波频段为5G高频段。与此同时，为了兼顾未来毫米波通信的需求，大频率比双频天线成为研究的热点课题之一。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2018年，在“2018年全国微波毫米波会议”上，刘杨、李雨键和王均宏发表题为《一种新型大频率比双频天线》的文章。该文章采用倒F天线结构作为低频部分，以及基片集成波导缝隙阵列天线作为高频部分，可同时工作于2.4GHz微波频段以及38GHz毫米波频段。但是该天线两个频段的频率比数值不高，且覆盖的低频段带宽较窄。
2016年2月的“IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters”，Dian Wang和Chi Hou Chan发表题为《Multiband Antenna for WiFi and WiGig Communications》的文章中提出了一种平面大频率比天线。该文章通过紧凑型微带谐振单元实现低通滤波，并采用短路柱拓宽毫米波段贴片的带宽。但是该天线在毫米波频段的增益不高，而且低频部分、紧凑型微带谐振单元和高频部分采用垂直排列的方式组合，增大了天线的整体尺寸。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线，该天线具有宽频带和高增益特性，且结构紧凑、易加工、成本低，可以应用于覆盖5G低频段和60GHz毫米波频段的通信系统。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线，包括介质基板、宽频单极子、紧凑型微带谐振单元、毫米波去耦贴片阵列、矩形金属地板及集总端口；所述宽频单极子印刷于介质基板上表面，由环状微带线和微带馈电线组成，所述微带馈电线位于环状微带线里面，并与该环状微带线相连；所述紧凑型微带谐振单元和毫米波去耦贴片阵列置于环状微带线里面，且该紧凑型微带谐振单元连接毫米波去耦贴片阵列和微带馈电线；所述毫米波去耦贴片阵列由多个毫米波贴片和去耦微带线组成，该多个毫米波贴片形成有多排贴片队列，每排贴片队列中两两毫米波贴片相对的一侧均开设有矩形开槽，且每两个毫米波贴片之间的矩形开槽呈镜像对称，组成一个开槽组，所述去耦微带线布置在两两贴片队列之间，且每个开槽组处均设置有一条去耦微带线；所述矩形金属地板印刷于介质基板下表面，并位于由毫米波去耦贴片阵列、紧凑型微带谐振单元和微带馈电线构成的一个整体的正下方；所述集总端口连接毫米波去耦贴片阵列与矩形金属地板进行馈电。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明天线与现有技术的设计相比，具有宽频带和高增益效果，而且天线结构紧凑。
2、本发明天线通过采用宽频单极子实现在低频段的宽频带性能。
3、本发明天线通过采用毫米波去耦贴片阵列实现在毫米波频段的高增益性能。
4、本发明天线可以改变两个工作频段的频率。
5、本发明天线的阻抗匹配(S11≤-10dB)带宽为2.7GHz～7.9GHz和58.6GHz-61.3GHz，在两个频段的最大增益分别为5.2dBi和12.5dBi，具有较宽的带宽和较高的增益，可以应用于覆盖5G低频段和60GHz毫米波频段的通信系统。
6、本发明天线的结构紧凑，基于介质基板的加工工艺成熟，成本低，制作过程简单，成品率高，可以满足大频率比双频天线低造价的要求。
附图说明
图1为本发明实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线的正面图。
图2为本发明实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线的背面图。
图3为本发明实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线的毫米波去耦贴片阵列、紧凑型微带谐振单元和微带馈电线的组合示意图。
图4为本发明实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线S11参数的仿真结果曲线。
图5为本发明实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线增益参数的仿真结果曲线。
其中，1-介质基板，2-宽频单极子(包括2a-环状微带线和2b-微带馈电线)，3-毫米波去耦贴片阵列(包括3a-毫米波贴片，3b-去耦微带线和3c-矩形开槽)，4-矩形金属地板，5-紧凑型微带谐振单元，6-集总端口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本实施例所提供的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线，包括介质基板1、宽频单极子2、紧凑型微带谐振单元5、毫米波去耦贴片阵列3、矩形金属地板4及集总端口6；所述宽频单极子2印刷于介质基板1上表面，由环状微带线2a和微带馈电线2b组成，所述微带馈电线2b位于环状微带线2a里面，并与该环状微带线2a相连；所述紧凑型微带谐振单元5和毫米波去耦贴片阵列3置于环状微带线2a里面，且该紧凑型微带谐振单元5连接毫米波去耦贴片阵列3和微带馈电线2b；所述毫米波去耦贴片阵列3由多个毫米波贴片3a和去耦微带线3b组成，该多个毫米波贴片3a形成有三排贴片队列，每排贴片队列中两两毫米波贴片相对的一侧均开设有矩形开槽3c，且每两个毫米波贴片之间的矩形开槽3c呈镜像对称，组成一个开槽组，所述去耦微带线3b布置在两两贴片队列之间，且每个开槽组处均设置有一条去耦微带线3b；所述矩形金属地板4印刷于介质基板1下表面，并位于由毫米波去耦贴片阵列3、紧凑型微带谐振单元5和微带馈电线2b构成的一个整体的正下方；所述集总端口6连接毫米波去耦贴片阵列3与矩形金属地板4进行馈电。
所述介质基板1的介电常数为2.2，损耗角为0.0009，其加工工艺成熟，成本低，制作过程简单，成品率高，可以满足紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线低造价的要求。
调整本实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线的尺寸参数后，通过计算和电磁仿真，对本实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线进行了仿真验证。如图4所示，给出了该天线的S11参数(输入端口回波损耗)仿真结果的曲线，可以看到，在2.7GHz～7.9GHz和58.6GHz-61.3GHz频段范围内，S11的值都小于-10dB；如图5所示，给出了该天线的增益参数仿真结果的曲线，可以看到，在上述频段范围内，最大增益分别为5.2dBi和12.5dBi；仿真的结果表明本实施例的紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线具有较宽的带宽，较高的增益，能够满足5G低频段和60GHz频段的应用要求。
上述实施例中，所述介质基板1采用Rogers RT5880；所述宽频单极子2、毫米波去耦贴片阵列3、矩形金属地板4和紧凑型微带谐振单元5采用的金属为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (1)
1.一种紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线，其特征在于：包括介质基板、宽频单极子、紧凑型微带谐振单元、毫米波去耦贴片阵列、矩形金属地板及集总端口；所述宽频单极子印刷于介质基板上表面，由环状微带线和微带馈电线组成，所述微带馈电线位于环状微带线里面，并与该环状微带线相连；所述紧凑型微带谐振单元和毫米波去耦贴片阵列置于环状微带线里面，且该紧凑型微带谐振单元连接毫米波去耦贴片阵列和微带馈电线；所述毫米波去耦贴片阵列由多个毫米波贴片和去耦微带线组成，该多个毫米波贴片形成有多排贴片队列，每排贴片队列中两两毫米波贴片相对的一侧均开设有矩形开槽，且每两个毫米波贴片之间的矩形开槽呈镜像对称，组成一个开槽组，所述去耦微带线布置在两两贴片队列之间，且每个开槽组处均设置有一条去耦微带线；所述矩形金属地板印刷于介质基板下表面，并位于由毫米波去耦贴片阵列、紧凑型微带谐振单元和微带馈电线构成的一个整体的正下方；所述集总端口连接毫米波去耦贴片阵列与矩形金属地板进行馈电；在2.7GHz-7.9GHz和58.6GHz-61.3GHz频段范围内，天线的输入端口回波损耗S11的值都小于-10dB。
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