CN112350061A - 一种基于交指化容性环的宽带电小天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于交指化容性环的宽带电小天线，包括有天线辐射单元,以及接地板、50Ω同轴线馈电，天线辐射单元包括交指化容性环、单极子辐射金属条带、半圆形介质板；交指化容性环包括若干个交指化模块且等间距的蚀刻在半圆形介质板一侧的外边缘上，半圆形介质板的另一侧还蚀刻有单极子辐射金属条带，单极子辐射金属条带的底端与50Ω同轴线馈电内导体连接，50Ω同轴线馈电外导体与接地板连接；本发明在不改变天线物理尺寸、不影响天线辐射效率的情况下实现了电小天线带宽的成倍拓展，在频带范围内具有定向增益、高辐射效率、宽带宽的优势。

Description

一种基于交指化容性环的宽带电小天线
技术领域
本发明涉及电小天线技术领域，涉及一种基于交指化容性环的宽带电小天线。
背景技术
随着无线系统的更新换代和升级，天线及射频前端的尺寸问题十分突出，电小天线因其带宽受限问题而应用受限，因此拓展电小天线的带宽成为了当前天线领域的研究热点。一般地，拓展天线带宽的方法往往考虑增加谐振结构、加载有源电路等方法，这些方法在天线深度小型化的时候效果不明显，设计复杂度增加，并且会导致天线的辐射效率降低。近年来，近场耦合谐振技术被广泛应用到电小天线设计中可以实现天线辐射效率的提高，但是电小天线的带宽始终没有办法得到显著提高。有研究者利用变容二极管、有源电路提升天线的瞬时带宽，但是这会增加天线设计复杂度及设计成本，显著拓展电小天线带宽且结构简单的设计鲜有报道。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于交指化容性环的宽带电小天线，它可以使电小天线带宽的成倍拓展的同时保持高辐射效率。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有天线辐射单元,以及接地板、50Ω同轴线馈电；
所述天线辐射单元垂直设置在所述接地板上，所述天线辐射单元与50Ω同轴线馈电内导体相连，50Ω同轴线馈电外导体与接地板连接；
所述天线辐射单元包括用于多模叠加辐射的交指化容性环，用于激励交指化容性环的单极子辐射金属条带，以及半圆形介质板；所述交指化容性环蚀刻在半圆形介质板一侧的外边缘上，所述半圆形介质板的另一侧还蚀刻有单极子辐射金属条带，所述半圆形介质板垂直设置在所述接地板上，所述单极子辐射金属条带的底端与50Ω同轴线馈电内导体连接；
所述交指化容性环包括若干个交指化模块，每个交指化模块尺寸相同，均包含若干个交指，若干个交指化模块等间距的蚀刻在所述半圆形介质板一侧的外边缘上。
进一步，所述半圆形介质基板半径均为40mm—45mm，材料为Rogers RT/duroid6006，厚度为0.2mm—2mm；
所述交指化容性环的宽度为g1＝8—12mm,包含有2—10个交指化模块，每个交指化模块的交指数量为8—10个，交指指宽w1＝0.5mm，交指指缝g2＝0.5mm，交指指长l1＝10mm—15mm；
所述单极子辐射金属条带距离半圆形基板中心为g3＝5—15mm，宽度为w2＝0.2—0.6mm,长度为l2＝30—35mm；
所述接地板的半径为60—150mm，厚度为0.5mm。
进一步，所述半圆形介质基板半径均为40mm，厚度为0.5mm，材料为Rogers RT/duroid6006，其相对介电常数为6.15，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0003；
所述交指化容性环的宽度为g1＝10mm，包含有8个交指化模块，每个交指化模块的交指数量为10个，交指指宽w1＝0.5mm，指缝g2＝0.5mm；指长l1＝15mm；
所述单极子辐射金属条带距离半圆形基板中心为g3＝13mm，宽度为w2＝0.2mm,长度为l2＝33.5mm；
所述接地板的半径为150mm，厚度为0.5mm。
进一步，包含两个天线辐射单元，两个天线辐射单元正交叠放且均垂直设置在所述接地板上，两个交指化容性环的单极子辐射金属条带的底端分别与条形馈线的一端连接，条形馈线的中部还与50Ω同轴线馈电内导体连接；50Ω同轴线馈电外导体与接地板(4)连接。
进一步，所述条形馈线宽度为w3＝0.5—1mm，长度为l3＝15—20mm。
进一步，所述条形馈线宽度为w3＝0.5mm，长度为l3＝15mm。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1、本发明在不改变天线物理尺寸、不影响天线辐射效率的情况下实现了电小天线带宽的成倍拓展；2、在频带范围内具有定向增益、高辐射效率、宽带宽的优势；3、本发明结构简单、成本低，且具有广泛的应用价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1是本发明的线极化天线的整体示意图；
图2是本发明的圆极化天线的整体示意图；
图3是交指化容性环的结构图；
图4是单极子辐射金属条带结构图；
图5是圆极化天线的金属条带结构图；
图6为本发明的线极化天线的阻抗曲线和增益曲线；
图7为本发明的圆极化极化天线的阻抗曲线和增益曲线；
图8为本发明的圆极化极化天线的轴比曲线；
图中：1—交指化容性环、2—半圆形介质基板、3—单极子辐射金属条带、4—接地板、5—50欧姆同轴电缆，6—条形馈线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种基于交指化容性环的宽带线极化电小天线，包括有一个天线辐射单元,以及接地板4、50Ω同轴线馈电5；
所述天线辐射单元垂直设置在所述接地板4上，所述天线辐射单元与50Ω同轴线馈电5内导体相连，50Ω同轴线馈电5外导体与接地板4连接；
所述天线辐射单元包括用于多模叠加辐射的交指化容性环1，用于激励交指化容性环1的单极子辐射金属条带3，以及半圆形介质板2；所述交指化容性环1蚀刻在半圆形介质板2一侧的外边缘上，所述半圆形介质板2的另一侧还蚀刻有单极子辐射金属条带3，所述半圆形介质板2垂直设置在所述接地板4上，所述单极子辐射金属条带3的底端与50Ω同轴线馈电5内导体连接；
所述交指化容性环1包括若干个交指化模块，每个交指化模块尺寸相同，均包含若干个交指，若干个交指化模块等间距的蚀刻在所述半圆形介质板2一侧的外边缘上。
如图3、4所示，设置所述半圆形介质基板2的半径为40mm，厚度为0.5mm，材料为Rogers RT/duroid6006，其相对介电常数为6.15，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0003；
所述交指化容性环1的宽度为g1＝10mm，包含有8个交指化模块，每个交指化模块的交指数量为10个，交指指宽w1＝0.5mm，指缝g2＝0.5mm；指长l1＝15mm；
所述单极子辐射金属条带(3)距离半圆形基板中心为g3＝13mm，宽度为w2＝0.2mm,长度为l2＝33.5mm；
所述接地板(4)的半径为150mm，厚度为0.5mm。
依照上述参数，使用HFSS18.0对所设计的线极化电小天线的S参数、辐射方向等特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：
如图6所示，为本发明的线极化天线的反射系数(|S11|)及增益随频率变化的曲线图，仿真结果显示,当天线|S11|<-10dB时，本天线的阻抗带宽为范围1.12—1.30GHz，增益为6.5dBi。频带内增益浮动小于0.5dB。
实施例2：
如图2所示，一种基于交指化容性环的宽带圆极化电小天线，包括两个天线辐射单元,以及接地板(4)、50欧姆同轴电缆(5)；
两个天线辐射单元正交叠放且均垂直设置在所述接地板(4)上，所述天线辐射单元包括用于多模叠加辐射的交指化容性环1，用于激励交指化容性环1的单极子辐射金属条带3，以及半圆形介质板2；所述交指化容性环1蚀刻在半圆形介质板2一侧的外边缘上，所述半圆形介质板2的另一侧还蚀刻有单极子辐射金属条带3，两个交指化容性环1的单极子辐射金属条带3的底端分别与条形馈线6的一端连接，条形馈线6还与50欧姆同轴电缆5内导体连接；50欧姆同轴电缆5外导体与接地板4连接；
所述交指化容性环1包括若干个交指化模块，每个交指化模块尺寸相同，均包含若干个交指，若干个交指化模块等间距的蚀刻在所述半圆形介质板2一侧的外边缘上。
如图3、4、5所示，设置所述半圆形介质基板(2)的半径为40mm，厚度为0.5mm，材料为Rogers RT/duroid6006，其相对介电常数为6.15，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0003；
所述交指化容性环(1)的宽度为g1＝10mm，包含有8个交指化模块，每个交指化模块的交指数量为10个，交指指宽w1＝0.5mm，指缝g2＝0.5mm；指长l1＝15mm；
所述单极子辐射金属条带(3)距离半圆形基板中心为g3＝13mm，宽度为w2＝0.2mm,长度为l2＝33.5mm；
所述接地板(4)的半径为150mm，厚度为0.5mm；
所述条形馈线(6)宽度为w3＝0.5mm，长度为l3＝15mm。
依照上述参数，使用HFSS18.0对所设计的圆极化电小天线的S参数、辐射方向等特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：
如图7所示，圆极化天线的反射系数(|S11|)及增益随频率变化的曲线图，仿真结果显示,当天线|S11|<-10dB时，本天线的阻抗带宽为范围1.08—1.24GHz，增益为5.5dBi。频带内增益浮动小于0.5dB。
如图8所示，本发明的圆极化天线的轴比随频率变化的曲线图，仿真结果显示,本天线的3dB轴比带宽为范围1.12—1.21GHz。
综上所述，该天线利用交指化容性环结合单极子馈线的方法，在不改变天线物理尺寸、不影响天线辐射效率的情况下实现了电小天线带宽的成倍拓展，在频带范围内具有定向增益、高辐射效率、宽带宽的优势；同时，本发明还具有结构简单、成本低等特点，且具有广泛的应用价值。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于交指化容性环的宽带电小天线，其特征在于，包括有天线辐射单元,以及接地板(4)、50Ω同轴线馈电(5)；
所述天线辐射单元垂直设置在所述接地板(4)上，所述天线辐射单元与50Ω同轴线馈电(5)内导体相连，50Ω同轴线馈电(5)外导体与接地板(4)连接；
所述天线辐射单元包括用于多模叠加辐射的交指化容性环(1)，用于激励交指化容性环(1)的单极子辐射金属条带(3)，以及半圆形介质板(2)；所述交指化容性环(1)蚀刻在半圆形介质板(2)一侧的外边缘上，所述半圆形介质板(2)的另一侧还蚀刻有单极子辐射金属条带(3)，所述半圆形介质板(2)垂直设置在所述接地板(4)上，所述单极子辐射金属条带(3)的底端与50Ω同轴线馈电(5)内导体连接；
所述交指化容性环(1)包括若干个交指化模块，每个交指化模块尺寸相同，均包含若干个交指，若干个交指化模块等间距的蚀刻在所述半圆形介质板(2)一侧的外边缘上。
2.如权利要求1所述的一种基于交指化容性环的宽带电小天线，其特征在于，所述半圆形介质基板(2)半径均为40mm—45mm，材料为Rogers RT/duroid6006，厚度为0.2mm—2mm；
所述交指化容性环(1)的宽度为g1＝8—12mm,包含有2—10个交指化模块，每个交指化模块的交指数量为8—10个，交指指宽w1＝0.5mm，交指指缝g2＝0.5mm，交指指长l1＝10mm—15mm；
所述单极子辐射金属条带(3)距离半圆形基板中心为g3＝5—15mm，宽度为w2＝0.2—0.6mm,长度为l2＝30—35mm；
所述接地板(4)的半径为60—150mm，厚度为0.5mm。
3.如权利要求2所述的一种基于交指化容性环的宽带电小天线，其特征在于，所述半圆形介质基板(2)半径均为40mm，厚度为0.5mm，材料为Rogers RT/duroid6006，其相对介电常数为6.15，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0003；
所述交指化容性环(1)的宽度为g1＝10mm，包含有8个交指化模块，每个交指化模块的交指数量为10个，交指指宽w1＝0.5mm，指缝g2＝0.5mm；指长l1＝15mm；
所述单极子辐射金属条带(3)距离半圆形基板中心为g3＝13mm，宽度为w2＝0.2mm,长度为l2＝33.5mm；
所述接地板(4)的半径为150mm，厚度为0.5mm。
4.如权利要求3所述的一种基于交指化容性环的宽带电小天线，其特征在于，包含两个天线辐射单元，两个天线辐射单元正交叠放且均垂直设置在所述接地板(4)上，两个交指化容性环(1)的单极子辐射金属条带(3)的底端分别与条形馈线(6)的一端连接，条形馈线(6)的中部还与50Ω同轴线馈电(5)内导体连接；50Ω同轴线馈电(5)外导体与接地板(4)连接。
5.如权利要求4所述的一种基于交指化容性环的宽带电小天线，其特征在于，所述条形馈线(6)宽度为w3＝0.5—1mm，长度为l3＝15—20mm。
6.如权利要求5所述的一种基于交指化容性环的宽带电小天线，其特征在于，所述条形馈线(6)宽度为w3＝0.5mm，长度为l3＝15mm。
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