CN110416703A - 一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线 - Google Patents

一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110416703A
CN110416703A CN201910566563.XA CN201910566563A CN110416703A CN 110416703 A CN110416703 A CN 110416703A CN 201910566563 A CN201910566563 A CN 201910566563A CN 110416703 A CN110416703 A CN 110416703A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
patch
gsm
radiation
system compact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910566563.XA
Other languages
English (en)
Inventor
任梦溪
单志勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
National Dong Hwa University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN201910566563.XA priority Critical patent/CN110416703A/zh
Publication of CN110416703A publication Critical patent/CN110416703A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种GSM‑R系统小型化单极子印刷天线，天线的输入端口设置为共面波端口激励，其特征在于，所述天线包括位于中间的介质基片，在介质基片两侧分别设有位于顶层的辐射金属贴片和位于底层的接地板金属层，其中：辐射金属贴片包括拟圆形辐射贴片、1/4波长阻抗转换器和微带线，信号经由拟圆形辐射贴片后经过1/4波长阻抗转换器，并利用微带线对辐射金属贴片进行馈电，微带线位于共面波端口的中心；接地板金属层采用挖孔结构的矩形贴片。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，容易实现宽频段等特点，突破了频段窄的缺点，拓宽了微带天线在这个频段内的应用范围。

Description

一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线
技术领域
本发明属于高铁GSM-R系统无线通信领域，具体涉及一款小型化、宽频带的单极子印刷天线。
背景技术
在高铁GSM-R系统无线通信系统中，天线起着至关重要的作用，由于现在集成电路技术和规模在不断发展，各种无线通信设备的体积也越来越小，这就要求在保证天线的频带宽度和频带范围满足要求的同时，尽可将天线做到小型化。
单极子圆形天线具有：(1)可以接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线接收到；(2)具有旋向正交性；(3)极化波入射到对称目标时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大的极化隔离等优点而在卫星通信、雷达、电子对抗和电子侦察以及广播电视等方面有着重要应用。
随着通信在社会生活中的重要性与日俱增，天线的理论、设计和应用都得到了快速发展，并且进入了一个比较成熟的阶段，各种各样的天线形式不断出现，天线的性能也有了很大提高。现代无线通信传输和交互的数据量在不断增大，促使系统需要更宽的工作频带来保证通信链路的畅通，利用窄带天线结构己经不能满足实际应用的需求。另外，在很多通信系统中为了接收或者发射多路信号，需要多副天线同时工作完成通信任务，这会使各个天线之间产生比较严重的互祸效应，从而影响系统的通信质量。利用宽带天线作为通信系统中收发无线信号的装置，是解决上述问题的有效办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、制造工艺简单、容易实现共形的单极子印刷贴片天线。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，天线的输入端口设置为共面波端口激励，其特征在于，所述天线包括位于中间的介质基片，在介质基片两侧分别设有位于顶层的辐射金属贴片和位于底层的接地板金属层，其中：辐射金属贴片包括拟圆形辐射贴片、1/4波长阻抗转换器和微带线，信号经由拟圆形辐射贴片后经过1/4波长阻抗转换器，并利用微带线对辐射金属贴片进行馈电，微带线位于共面波端口的中心；接地板金属层采用挖孔结构的矩形贴片。
优选地，将所述拟圆形辐射贴片的中央移除一个特定大小的矩形后，加载作为所述1/4波长阻抗转换器的矩形条，矩形条的尺寸为10mm×40mm。
优选地，所述接地板金属层的挖孔结构为左右轴对称的对称形状，该对称形状的下边缘为与辐射金属贴片相适应的弧形，上边缘为直线，左、右两侧边缘为左右轴对称的多个台阶。
优选地，所述对称形状由接地平面蚀刻形成。
优选地，所述拟圆形辐射贴片的半径为60mm。
优选地，所述介质基片采用厚度为1.00mm的FR4板，尺寸为170mm×150mm。
本发明的有益效果为：1、该款天线实现了小型化和宽频带要求；2、同时，又满足高铁GSM-R系统的上行(885MHz-889MHz)和下行(930MHz-934MHz)工作频段的天线设计需求；3、天线在四分之一波长圆形谐振贴片结构的基础上通过加载寄生贴片与修改底层接地板扩展了带宽；4、整个天线结构非常简单，易于集成到各种通信应用系统中。
附图说明
图1为本款天线设计平面示意图；
图2为本款天线设计开槽结构示意图；
图3为本款天线设计四分之一波长谐振模块示意图；
图4为本款天线回波损耗仿真图；
图5为本款天线三维辐射方向仿真图；
图6为本款天线E面仿真图；
图7为本款天线H面仿真图。
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。
本发明提出一款开槽结构的单极子天线，如图1所示。天线结构分为五个部分，即介质层、拟圆形单极子天线、微带馈线、1/4波长阻抗转换器和参考地。介质基片采用厚度为1.00mm的FR4板，尺寸为170mm×150mm，其相对介电常数εr＝4，损耗正切tanδ＝0.0009。介质基片上表面是50Ω微带馈线、1/4波长阻抗转换器和拟圆形单极子天线，介质基片下表面局部接地平面。天线的具体参数如表1所示。
表1
天线参数 参考值(mm)
L1 40
L2 40
L3 40
L4 170
W1 150
W2 112
W3 12
W4 4
W5 10
R1(半径) 60
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λ/4，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波端口激励，且使微带馈线位于波端口的中心，对其在0.1GHZ-1.2GHZ频段的性能进行分析计算。本发明为了进一步提高天线的带宽，如图3所示，修改接地平面，以提高反射系数特性。在接地平面蚀刻特定大小的矩形槽，左右对称，具体参数详见表1，实现了良好的阻抗匹配。
由于天线的结构对各参数影响情况不一样，本发明将天线置于符合理论要求的空气腔中，采用基于有限元算法的全波仿真软件HFSS对天线的各性能参数进行了仿真，并确定了最终尺寸。结果表明，GSM-R天线的S11参数实现0.2GHz-1.2GHz，在这个频段范围内，天线增益极值为5dB，同时，S11参数的频段完全覆盖了GSM-R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。
本发明天线实现了良好的性能，通过对天线的参数来讨论天线的工作性能。天线的回波损耗参数S11，如图4所示。如图5所示，是天线的三维辐射方向图，从图中可以看出，天线为全向天线。图6和图7分别显示了天线的E面和H面方向仿真图，可以天线在886MHz获得最大增益约为5dB。
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，容易实现宽频段等特点，突破了频段窄的缺点，拓宽了微带天线在这个频段内的应用范围。

Claims (6)

1.一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，天线的输入端口设置为共面波端口激励，其特征在于，所述天线包括位于中间的介质基片，在介质基片两侧分别设有位于顶层的辐射金属贴片和位于底层的接地板金属层，其中：辐射金属贴片包括拟圆形辐射贴片、1/4波长阻抗转换器和微带线，信号经由拟圆形辐射贴片后经过1/4波长阻抗转换器，并利用微带线对辐射金属贴片进行馈电，微带线位于共面波端口的中心；接地板金属层采用挖孔结构的矩形贴片。
2.如权利要求1所述的一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，其特征在于，将所述拟圆形辐射贴片的中央移除一个特定大小的矩形后，加载作为所述1/4波长阻抗转换器的矩形条，矩形条的尺寸为10mm×40mm。
3.如权利要求1所述的一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，其特征在于，所述接地板金属层的挖孔结构为左右轴对称的对称形状，该对称形状的下边缘为与辐射金属贴片相适应的弧形，上边缘为直线，左、右两侧边缘为左右轴对称的多个台阶。
4.如权利要求3所述的一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，其特征在于，所述对称形状由接地平面蚀刻形成。
5.如权利要求1所述的一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，其特征在于，所述拟圆形辐射贴片的半径为60mm。
6.如权利要求1所述的一种GSM-R系统小型化单极子印刷天线，其特征在于，所述介质基片采用厚度为1.00mm的FR4板，尺寸为170mm×150mm。
CN201910566563.XA 2019-06-27 2019-06-27 一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线 Pending CN110416703A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910566563.XA CN110416703A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910566563.XA CN110416703A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110416703A true CN110416703A (zh) 2019-11-05

Family

ID=68358371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910566563.XA Pending CN110416703A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110416703A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111969307A (zh) * 2020-06-28 2020-11-20 南京林业大学 一种对称型多槽太赫兹6g通信应用频段天线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040090366A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Accton Technology Corporation Dual-band planar monopole antenna with a U-shaped slot
CN101976763A (zh) * 2010-11-04 2011-02-16 西北工业大学 一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线
CN207572523U (zh) * 2017-12-22 2018-07-03 吉林医药学院 一种具有阶梯开路结构地板的杯形超宽带平面单极子天线
CN108400434A (zh) * 2018-01-19 2018-08-14 东华大学 一种小型化宽频带圆极化天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040090366A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Accton Technology Corporation Dual-band planar monopole antenna with a U-shaped slot
CN101976763A (zh) * 2010-11-04 2011-02-16 西北工业大学 一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线
CN207572523U (zh) * 2017-12-22 2018-07-03 吉林医药学院 一种具有阶梯开路结构地板的杯形超宽带平面单极子天线
CN108400434A (zh) * 2018-01-19 2018-08-14 东华大学 一种小型化宽频带圆极化天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUAN.ZHU等: "A compact dual-band monopole antenna for 4G LTE and WIFI utilizations", 《2016 IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE WORKSHOP SERIES ON ADVANCED MATERIALS AND PROCESSES FOR RF AND THZ APPLICATIONS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111969307A (zh) * 2020-06-28 2020-11-20 南京林业大学 一种对称型多槽太赫兹6g通信应用频段天线
CN111969307B (zh) * 2020-06-28 2023-08-15 南京林业大学 一种对称型多槽太赫兹6g通信应用频段天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ali et al. Planar dual-band 27/39 GHz millimeter-wave MIMO antenna for 5G applications
US10862205B2 (en) Patch antenna
US10854994B2 (en) Broadband phased array antenna system with hybrid radiating elements
CN106961016B (zh) 一种极化和方向图各异的四单元mimo天线
EP3096402B1 (en) Antenna device, wireless communication apparatus, and radar apparatus
CN106856261B (zh) 天线阵列
JP6297337B2 (ja) アンテナアセンブリ及び該アンテナアセンブリを備える通信装置
CN109301472B (zh) 双频带毫米波天线
US6995713B2 (en) Dielectric resonator wideband antenna
TWI484772B (zh) 多輸入多輸出天線裝置
US8665158B2 (en) Printed filtering antenna
CN111883910B (zh) 一种双极化低剖面磁电偶极子天线及无线通信设备
CN104393416A (zh) 一种用于双频毫米波系统的平面天线
CN109346834A (zh) Sigw圆极化缝隙天线
CN109004344B (zh) 应用于5g移动端的宽带天线
CN102780086B (zh) 基于谐振环微结构阵列的新型双频贴片天线
CN104953295A (zh) 一种小型化定向缝隙天线
CN114256614A (zh) 一种应用于毫米波通信系统的超宽带平面天线阵列
KR100973102B1 (ko) 슬롯을 이용한 이중 대역 안테나
US20110291902A1 (en) Wideband l-shaped circular polarized monopole slot antenna
CN110416703A (zh) 一种gsm-r系统小型化单极子印刷天线
TWI464960B (zh) 行動通訊裝置及其單極槽孔天線
Khabba et al. Beam-steering millimeter-wave antenna array for fifth generation smartphone applications
CN108400434A (zh) 一种小型化宽频带圆极化天线
Gnanamurugan et al. Gain and directivity Enhancement of Rectangular Microstrip patch Antenna using HFSS

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191105