CN110994166B - 一种用于超宽带谐波抑制的微带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于超宽带谐波抑制的微带天线，包括：介质板、辐射贴片、微带馈线、缺陷地结构以及接地金属板，辐射贴片和微带馈线蚀刻在介质板的正面，微带馈线馈入辐射贴片内部，接地金属板蚀刻在介质板背面，还包括开路枝节，所述开路枝节连接在微带馈线上；所述缺陷地结构以微带馈线在介质板背面的投影为轴对称地蚀刻在接地金属板上。本发明提供的微带天线可实现超宽带谐波抑制，具有非常紧凑的缺陷地结构，使其更易与电路集成，利于系统的小型化设计，同时还具有良好的可扩展性。

Description

一种用于超宽带谐波抑制的微带天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种用于超宽带谐波抑制的微带天线。
背景技术
微带天线，由于其优异的极化特性和易于与射频电路集成的特点，在现代无线通信系统中得到了广泛的应用。射频电路通常由有源（如：放大器）和无源器件（如：滤波器、天线等）组成，在工作过程中很多器件会产生谐波，产生的谐波会通过微带天线辐射进而干扰或损伤其他器件，因此急需提升天线的谐波抑制能力。在实际应用中，在微带天线后端加滤波器常被用来解决高次谐波带来的干扰问题；然而，简单增加滤波器的方式经常会影响天线特性，如：工作频率、阻抗匹配性等，进而降低整系统性能；此外，有时滤波器结构尺寸较大，不利于射频电路的集成化设计。因此，近年来，具有谐波抑制功能的微带天线越来越引起了业内的高度关注。
目前，已有一些关于谐波抑制微带天线研究的报道，主要集中于采用何种结构，如：光子带隙（PBG）、调谐枝节、缺陷地（DGS），来实现高次谐波抑制。然而，设计的微带天线谐波抑制频带宽度普遍较窄，据公开资料显示，已知的具有谐波抑制功能的微带天线最高可实现三次谐波抑制，并且这些微带天线的尺寸都比较大。射频电路的高集成度发展，使得器件间的距离越来越小，谐波干扰问题越发严重；同时，大量非线性器件的使用，产生的谐波次数越来越高；因此，亟需发展结构紧凑具有更宽频带抑制能力的微带天线，以满足射频电路高集成度发展。
发明内容
针对上述存在的问题，提供了一种具有超宽频带谐波抑制能力的新型微带天线，该天线不仅可实现五次谐波抑制，且具有很小的缺陷地结构，易于促进射频电路高集成度发展。
本发明采用的技术方案如下：一种用于超宽带谐波抑制的微带天线，包括:介质板、辐射贴片、微带馈线、缺陷地结构以及接地金属板，辐射贴片和微带馈线蚀刻在介质板的正面，微带馈线馈入辐射贴片内部，接地金属板蚀刻在介质板背面，其特征在于，还包括开路枝节，所述开路枝节连接在微带馈线上；所述缺陷地结构以微带馈线在介质板背面的投影为轴对称地蚀刻在接地金属板上。
进一步的，所述缺陷地结构由两个宽度相同、半径不同的同心圆弧组成的凹槽，所述两个同心圆弧包括外圆弧和内圆弧；所述外圆弧与内圆弧之间具有一定间隔，外圆弧与内圆弧形状不同。
进一步的，所述外圆弧由外圆弧所对应的圆环被截断边界部分后得到。
进一步的，所述内圆弧由内圆弧所对应的圆环被具有一定宽度的矩形从圆环的圆心处截开后，采用过圆心的连接臂连接被截开的两部分得到。
进一步的，所述辐射贴片为具有一定几何形状的金属片。
进一步的，所述辐射贴片的形状为矩形或圆形。
进一步的，所述辐射贴片为铜片。
进一步的，所述介质板为单层或多层结构。
进一步的，所述外圆弧由外半径为2.9mm、内半径为2.4m的圆环被宽度为1.4mm的矩形从其边界处截断得到的。
进一步的，所述内圆弧由外半径为2.2mm、内半径为1.7mm的圆环被宽度为0.5mm的矩形从其圆心位置截开后，通过宽度为0.1mm的连接臂连接在一起得到的。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
1、本发明提供的微带天线可实现超宽带谐波抑制，这对进一步拓宽微带天线的应用领域具有十分重要的意义。
2、本发明提供的微带天线具有非常紧凑的缺陷地结构，使其更易与电路集成，利于系统的小型化设计。
3、本发明提供的微带天线具有良好的可扩展性，适用于各种不同形式的微带馈电的微带天线。
附图说明
图1是本发明中微带天线的整体结构示意图。
图2是微带天线中圆头开路枝节和缺陷地结构的放大示意图。
图3为缺陷地结构的放大示意图。
图4为本发明具体实施例中超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线的回波损耗（S11）对比图。
图5为本发明具体实施例中超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线在工作模式（基模）下的E面增益对比图。
图6为本发明具体实施例中超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线在工作模式（基模）下的H面增益对比图。
图7为本发明具体实施例中超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线的高次谐波增益对比图。
附图标记：1-介质板，2-辐射贴片，3-微带馈线，4-开路枝节，5-缺陷地结构，6-接地金属板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本实施例提供的一种用于超宽带谐波抑制的新型微带天线，如图1所示，包括：介质板1、辐射贴片2、微带馈线3、开路枝节4、缺陷地结构5以及接地金属板6，辐射贴片2、微带馈线3、开路枝节4均蚀刻在介质板1的正面，微带馈线3馈入辐射贴片2内部，接地金属板6蚀刻在介质板1背面，所述开路枝节4连接在微带馈线3上；所述缺陷地结构5以微带馈线在介质板背面的投影为轴对称地蚀刻在接地金属板6上。
其中，所述介质板1为单层或多层结构，可根据设计需求进行设计。辐射贴片2为具有一定几何形状的金属片，微波信号主要在辐射贴片2处起振，从而辐射至空间。微带馈线3可以馈入辐射贴片2不同位置，其作用是传输微波信号至辐射贴片2；开路枝节4连接在馈线上，在微带天线的馈电网络上形成相应的阻带；通过蚀刻缺陷地结构5极大的扩展开路枝节4形成的阻带宽带，从而实现具有超宽带谐波抑制能力的微带天线。其中，开路枝节4可以根据谐波抑制需求调整形状，配合缺陷地结构5进行使用。
作为优选，所述辐射贴片2的形状为矩形或圆形。
作为优选，所述辐射贴片2为铜片。
作为优选，所述开路枝节4为圆头开路枝节，使得微带天线过滤性更好，谐波抑制效果更好。
所述缺陷地结构5由两个宽度相同、半径不同的同心圆弧组成的凹槽，所述同心圆弧的宽度为0.5mm。所述两个同心圆弧包括外圆弧和内圆弧，所述外圆弧与内圆弧之间具有一定间隔，其中间隔为0.2mm。
在一个实施例中，所述介质板1的相对介电常数为ε r= 2.2，厚度为h= 0.508mm。辐射贴片2的长、宽为L=W = 32mm；馈线宽度为W l= 1.6mm,馈入辐射贴片2的深度为W x =11.6mm。
如图2所示，所述圆头开路枝节4的半径r c= 2mm，高度h c= 1.2mm，开路枝节4与缺陷地结构5圆心的水平距离L c= 1.2mm。
如图3所示，所述缺陷地结构5由两个同心圆弧组成，其中：
外圆弧，是由外半径为r o= 2.9mm、内半径为r o-s = 2.4mm的圆环被宽度为w r =1.4mm的矩形从其边界处截断得到的。
内圆弧，是由外半径为r i= 2.2mm、内半径为r i-s= 1.7mm的圆环被宽度为w s=0.5mm的矩形从其圆心位置截开后，通过宽度为d= 0.1mm的连接臂连接在一起得到的。
如图5所示，为超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线的回波损耗（S11）对比，从图中可以看出，传统微带天线在其带上具有很多不需要的高频谐振频率，而新型微带天线却具有高达五次谐波的抑制能力，并且谐波之间的混合高次模式也被成功抑制。
超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线在工作模式（基模）下的E面增益、H面增益对比分别如图6、图7所示；可以看出传统微带天线在工作频点（f = 3.13GHz）的增益为6.77dBi，新型微带天线在相同的工作频点的增益为6.53dBi，且新型微带天线和传统微带天线的方向图在主瓣上的差异很小，交叉极化电平也没有明显变差。
超宽带谐波抑制的新型微带天线和传统微带天线的高次谐波增益对比如图7所示，新型微带天线成功地抑制了高达五次的谐波，且相比于传统微带天线，增益抑制达10-15dB。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (6)

1.一种用于超宽带谐波抑制的微带天线，包括：介质板、辐射贴片、微带馈线、缺陷地结构以及接地金属板，辐射贴片和微带馈线蚀刻在介质板正面，微带馈线馈入辐射贴片内部，接地金属板蚀刻在介质板背面，其特征在于，还包括开路枝节，所述开路枝节蚀刻在介质板正面并与微带馈线连接；所述缺陷地结构以微带馈线在介质板背面的投影为轴对称地蚀刻在接地金属板上；
所述缺陷地结构由两个宽度相同、半径不同的同心圆弧组成的凹槽，所述两个同心圆弧包括外圆弧和内圆弧；所述外圆弧与内圆弧之间具有一定间隔，外圆弧与内圆弧形状不同
所述内圆弧由内圆弧所对应的圆环被具有一定宽度的矩形从圆环的圆心处截开后，采用过圆心的连接臂连接被截开的两部分得到。
2.根据权利要求1 所述的微带天线，其特征在于，所述外圆弧由外圆弧所对应的圆环被截断边界部分后得到。
3.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述辐射贴片为具有一定几何形状的金属片。
4.根据权利要求1或3所述的微带天线，其特征在于，所述辐射贴片的形状为矩形或圆形。
5.根据权利要求1或3所述的微带天线，其特征在于，所述辐射贴片的材料为铜片。
6.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述开路枝节为圆头开路枝节。
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