CN111029742A - 一种宽带高增益微带磁偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带高增益微带磁偶极子天线，包括金属平面以及设置在金属平面上的若干个金属腔体，金属腔体分为两层堆叠设置，位于下层的金属腔体上设有馈电结构。该宽带高增益微带磁偶极子天线由上层天线和下层天线组合而成，每层天线可看作一个基本的微带磁偶极子天线，两层天线堆叠在一起并且谐振在临近频率，从而扩展带宽，上下两层天线方向图相近，使其方向图同相叠加从而进一步天线的增大带宽和增益。另外上层天线由两个金属腔体构成，避免因为由单个金属腔体构成使得等效磁流过长，导致高阶模的产生使得天线带宽下降的问题。三个金属腔体采用一致的尺寸大小使得天线方便加工制作，满足实际应用。

Description

一种宽带高增益微带磁偶极子天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种宽带高增益微带磁偶极子天线。
背景技术
随着无线通信技术的发展，现代无线通信要求随时随地的无线接入以及大容量高速率的数据传输，产生如蓝牙、WLAN等通信技术。天线作为无线通信系统中的一个重要部件，在技术发展的过程中对带宽的要求越来越高，工作在宽带甚至是超宽带天线是发展的热点和重要方向。
微带天线因有着制作工艺简单、容易和载体共型等优点而被广泛应用。微带天线可看作是一个谐振腔，在其谐振频率附近即工作频段内有较高的值，并且微带天线能够通过不同设计的微带元，调整最大辐射方向在边射和端射范围内。但是和其他天线相比，微带天线也有如下一些缺点：一是相对带宽较窄，特别是谐振式微带天线；二是损耗较大，因此效率较低；再者介质基片对性能影响大。
微带磁偶极子天线首次被提出用于设计低剖面垂直极化八木天线阵，它们提供了一种类似于电偶极子的全向辐射模式，可用于设计全向圆极化天线。但大部分的磁电偶极子在扩展成阵列天线时，其带宽往往都会明显变窄，而具有较宽带宽的改进结构往往使其结构复杂化。
发明内容
本发明为解决由于现有的微带天线相对带宽较窄小、结构复杂的问题，提供了一种宽带高增益微带磁偶极子天线。
为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：
一种宽带高增益微带磁偶极子天线，包括金属平面以及设置在所述金属平面上的若干个金属腔体，所述金属腔体分为两层堆叠设置，位于下层的金属腔体上设有馈电结构。
优选的，所述金属腔体包括第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体，其中第二金属腔体、第三金属腔体位于上层设置，第一金属腔体位于下层设置。在本优选方案中，宽带高增益微带磁偶极子天线由上层天线和下层天线组合而成，上层天线由第二金属腔体、第三金属腔体构成，避免因为由单个金属腔体构成使得等效磁流过长，导致高阶模的产生而使得带宽下降；上下两层天线的堆叠设置使天线的带宽得到扩展。
优选的，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体均为长方形金属腔体。
优选的，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体的尺寸一致。在本优选方案中，各金属腔体的尺寸一致，使得天线方便加工制作，满足实际应用。
优选的，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体的尺寸均为长50mm，宽8.5mm，高2mm。
优选的，所述第二金属腔体的一半部分堆叠于第一金属腔体的一半部分上，所述第三金属腔体的一半部分堆叠于第一金属腔体的另一半部分上，所述第二金属腔体的一端面与所述第三金属腔体的一端面紧密连接。在本优选方案中，通过第二金属腔体、第三金属腔体以及第一金属腔体堆叠形成上下两层天线并且谐振在临近频率，从而扩展带宽；同时由于此组合形式下天线结构的对称性，其方向图也呈现出很好的对称性，上下两层天线方向图相近，使其方向图同相叠加从而进一步天线的增大带宽和增益。
优选的，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体均分别包括一非金属表面。
优选的，所述第一金属腔体、第二金属腔体及第三金属腔体的非金属表面均位于同一侧设置。
优选的，所述馈电结构设于第一金属腔体的非金属表面的中间。
优选的，所述馈电结构为同轴馈针馈电结构，其中的同轴馈针连接所述第一金属腔体的顶面，同轴的外导体连接所述第一金属腔体的底面。在本优选方案中，采用同轴馈电使天线整体简单，易于制造。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的宽带高增益未带磁偶极子天线通过堆叠的方式扩展天线的带宽，提高增益，确保信号之间的高效传递；同时其结构简单，易于制作。
附图说明
图1为实施例宽带高增益微带磁偶极子天线的爆炸图。
图2为实施例中第二金属腔体和第三金属腔体的三维图。
图3为实施例中第一金属腔体的三维图。
图4为实施例宽带高增益微带磁偶极子天线的三维图。
图5为实施例宽带高增益微带磁偶极子天线的正视图。
图6为实施例宽带高增益微带磁偶极子天线的侧视图。
图7为实施例宽带高增益微带磁偶极子天线的俯视图。
图8为实施例中宽带高增益微带磁偶极子天线作为WLAN天线时与传统的微带磁偶极子天线的回波损耗即S11曲线对比图。
图9为实施例中宽带高增益微带磁偶极子天线与传统的微带磁偶极子天线的增益对比图。
图10实施例中宽带高增益微带磁偶极子天线在5.30GHz上的垂直面辐射方向图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种宽带高增益微带磁偶极子天线，如图1～7所示，包括金属平面1以及设置在金属平面1上的第一金属腔体2、第二金属腔体3和第三金属腔体4，其中第二金属腔体3、第三金属腔体4位于上层设置，第一金属腔体2位于下层设置。在本实施例中第一金属腔体2、第二金属腔体3和第三金属腔体4均为长方形金属腔体，其长50mm，宽8.5mm，高2mm。第一金属腔体2、第二金属腔体3和第三金属腔体4均分别包括一非金属表面，它们的非金属表面均位于同一侧方向上。所述第二金属腔体3的一半部分(在图4中为右半部分)堆叠于第一金属腔体2的一半部分(在图4中为左半部分)上，所述第三金属腔体4的一半部分(在图4中为左半部分)堆叠于第一金属腔体2的另一半部分(在图中为右半部分)上，所述第二金属腔体3的一端面(在图4中为右端面)与所述第三金属腔体4的一端面(在图4中为左端面)紧密连接。
其中本实施例中馈电结构采用同轴馈针馈电结构，并设于第一金属腔体2的非金属表面的中间，其中的同轴馈针5连接所述第一金属腔体2的顶面，同轴的外导体6连接所述第一金属腔体2的底面。
本实施例提供的宽带高增益微带磁偶极子天线中，第二金属腔体3、第三金属腔体4位于上层设置，第一金属腔体2位于下层设置，即该宽带高增益微带磁偶极子天线可以看作由上层天线和下层天线组合而成，每层天线是一个基本的微带磁偶极子天线，两层天线堆叠在一起并且谐振在临近频率，从而扩展带宽。另外上层天线由第二金属腔体3和第三金属腔体4构成，避免因为由单个金属腔体构成使得等效磁流过长，导致高阶模的产生使得天线带宽下降的问题。三个金属腔体采用一致的尺寸大小使得天线方便加工制作，满足实际应用；同时由于此组合形式下天线结构的对称性，其方向图也呈现出很好的对称性，上下两层天线方向图相近，使其方向图同相叠加从而进一步天线的增大带宽和增益。
为验证本发明提供的宽带高增益微带磁偶极子天线的性能，将其作为WLAN天线与传统的微带磁偶极子天线的回波损耗进行对比，对比结果图如图8所示，可以发现本发明所提出的天线带宽明显高于传统的微带磁偶极子天线的带宽；本发明所提出的天线在WLAN的工作频段内(5150.0MHz-5825.0MHz)S11约在-10dB以下，实现较好的阻抗匹配，将能量较好的辐射出去。
另外将本发明提供的宽带高增益微带磁偶极子天线与传统的微带磁偶极子天线的增益进行对比，对比结果图如图9所示，可以发现本发明所提出的天线的增益在带宽范围内均高于传统的微带磁偶极子天线。另外图10是本发明提供的宽带高增益微带磁偶极子天线在5.30GHz上的垂直面辐射方向图。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，包括金属平面以及设置在所述金属平面上的若干个金属腔体，所述金属腔体分为两层堆叠设置，位于下层的金属腔体上设有馈电结构。
2.根据权利要求1所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述金属腔体包括第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体，其中第二金属腔体、第三金属腔体位于上层设置，第一金属腔体位于下层设置。
3.根据权利要求2所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体均为长方形金属腔体。
4.根据权利要求3所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体的尺寸一致。
5.根据权利要求2所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体的尺寸均为长50mm，宽8.5mm，高2mm。
6.根据权利要求4所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述第二金属腔体的一半部分堆叠于第一金属腔体的一半部分上，所述第三金属腔体的一半部分堆叠于第一金属腔体的另一半部分上，所述第二金属腔体的一端面与所述第三金属腔体的一端面紧密连接。
7.根据权利要求3所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述第一金属腔体、第二金属腔体和第三金属腔体均分别包括一非金属表面。
8.根据权利要求7所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述第一金属腔体、第二金属腔体及第三金属腔体的非金属表面均位于同一侧设置。
9.根据权利要求7所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述馈电结构设于第一金属腔体的非金属表面的中间。
10.根据权利要求2所述的宽带高增益微带磁偶极子天线，其特征在于，所述馈电结构为同轴馈针馈电结构，其中的同轴馈针连接所述第一金属腔体的顶面，同轴的外导体连接所述第一金属腔体的底面。
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