CN113540782B - 一种基于结构复用的大频率比双频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于结构复用的大频率比双频天线，包括介质基板、偶极子、线性渐变缝隙、矩形槽线、矩形地板、紧凑型微带谐振单元、微带馈线、阻抗变换微带线、短路柱；偶极子印刷在介质基板上表面，与矩形地板相连构成一个整体；线性渐变缝隙窄边与矩形槽线相连，蚀刻在偶极子结构中心；紧凑型微带谐振单元和阻抗变换微带线集成于微带馈线之中，印刷在介质基板下表面；微带馈线印刷在介质基板下表面，经过三次弯折为不同频段的天线馈电；短路柱穿过介质基板将偶极子与微带馈线相连。本发明具有宽频带特性，实现了微波馈电结构在毫米波频段作为辐射结构的复用，可以满足3.5GHz和28GHz的双频段应用需求。

Description

一种基于结构复用的大频率比双频天线
技术领域
本发明涉及无线通信的技术领域，尤其是指一种基于结构复用的大频率比双频天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，6GHz以下的频谱资源已严重紧缺，无法满足未来无线通信高传输速率的发展要求，应用毫米波频段是发展的趋势。毫米波频段具有丰富的频谱资源，同时具有短波长的物理特性，毫米波天线具有更小的结构尺寸，易于与通信系统集成。目前，多种毫米波无线通信应用已被提出，包括新一代无线局域网应用(WiGig)以及在第五代移动通信(5G)系统中的应用等。
由于毫米波通信存在高传输损耗等天然劣势，所以在短期内无法完全取代微波通信。因此对能够同时工作于微波与毫米波频段的大频率比双频天线需求是不言而喻人。
与此同时，为了兼顾天线系统的紧凑性，实现小型化设计，结构复用技术被用于设计双频天线。所以基于结构复用的大频率比双频天线设计不仅能够满足多个工作频带的需求，还可以有效减小天线的整体尺寸。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出了一种具有宽频带的基于结构复用的大频率比双频天线，它具有结构紧凑、易加工，馈电结构简单，可同时应用于微波频段和毫米波频段的无线通讯系统中。
为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：至少包括介质基板(1)、偶极子(2)、线性渐变缝隙(3)、矩形槽线(4)、矩形地板(5)、微带谐振单元(6)、微带馈线(7)、阻抗变换微带线(8)、短路柱(9)；所述的偶极子(2)与矩形地板(5)相连构成一个整体,印刷在介质基板(1)表面上，整体为“工”字型结构；所述的线性渐变缝隙(3)呈“V”字型形结构，线性渐变缝隙(3)将偶极子(2)左右分开，线性渐变缝隙(3)“V”字型底部与矩形槽线(4)上端相通，线性渐变缝隙(3)和矩形槽线(4)蚀刻在偶极子(2)结构中心线上，短路柱(9)在线性渐变缝隙(3)“V”字型上部，偶极子(2)中心水平位置横跨至偶极子(2)的右侧与垂直放置的阻抗变换微带线(8)上端连接，阻抗变换微带线(8)下端通过短路柱(9)在与微带谐振单元(6)一端连接。
所述的微带谐振单元(6)另一端连接微带馈线(7)至介质基板(1)的底部作为天线输出端，微带谐振单元(6)和微带馈线(7)呈“十”字结构，微带馈线(7)在“十”字结构两端为长方形块状结构；微带谐振单元(6)在“十”字结构两端为非规则长方形块状结构，两端厚度宽，连接线处厚度小。
所述的线性渐变缝隙（3）在微波频段作为馈电结构的一部分，在毫米波频段作为了辐射结构。
所述的微带谐振单元（6）集成于微带馈线（7）之中，印刷在介质基板（1）下表面，作为低通滤波器使用。
所述的阻抗变换微带线（8）集成于微带馈线（7）之中，印刷在介质基板（1）下表面。
所述的微带馈线（7）印刷在介质基板（1）下表面，经过三次弯折为不同频段的天线馈电，第一次弯折后通过矩形槽线4，将高频能量耦合到矩形槽线（4）中，随后连接紧凑型微带谐振单元（6）形成高频开路，再经过一次弯折连接阻抗变换微带线（8），然后第三次弯折后通过线性渐变缝隙（3）的宽边；所述的短路柱（9）穿过介质基板（1）将偶极子（2）与微带馈线（7）相连。
所述介质基板（1）的介电常数为2.2，损耗角为0 .0009。
输入端口回波损耗参数|S11|在3.23–4.25 GHz和22.4–33.5 GHz频段范围内，S11的数值小于-10dB。
在3.23–4.25 GHz最大增益5.1dBi，在22.4–33.5 GHz频段范围内最大增益10.7dBi。
所述介质基板（1）采用Rogers RT5880，所述偶极子（2）、矩形地板（5）、紧凑型微带谐振单元（6）、微带馈线（7）、阻抗变换微带线（8）、短路柱（9）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。
仿真结果表明本发明的基于结构复用的大频率比双频天线具有较宽的带宽，较大的频率比，本发明加工工艺成熟，成本低，制作过程简单，成品率高，可以满足基于结构复用的大频率比双频天线的制造需求。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明天线具有宽频带、大频率比特性，微波频段的偶极子天线工作在3.5 GHz频段，频率范围为3.23–4.25 GHz，即-10dB 阻抗带宽为27.3％，毫米波频段的线性渐变缝隙天线工作在28 GHz,频率范围为22.4–33.5 GHz，即-10dB 阻抗带宽为39.7％，高低频天线的频率比8。
2、本发明天线结构紧凑，实现了结构复用。线性渐变缝隙在微波频段作为了偶极子馈电结构的一部分，在毫米波频段作为辐射结构形成端向辐射。
3、本发明天线不需要对两个频段的端口分别馈电，紧凑型微带谐振单元与微带线集成，可以确保相应频率的信号馈送不同频段的天线。
4、本发明天线两个工作频段的频率范围可以独立调节。
5、本发明天线结构紧凑，剖面低，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为本发明实施例的一种基于结构复用的大频率比双频天线的透视图。
图2为本发明实施例的一种基于结构复用的大频率比双频天线的紧凑型微带谐振单元和微带馈线的组合示意图。
图3 为本发明实施例的一种结构复用的大频率比双频天线|S11|参数的仿真结果曲线。
图4为本发明实施例的一种结构复用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-偶极子、3-线性渐变缝隙、4-矩形槽线、5-矩形地板、6-微带谐振单元、7-微带馈线、8-阻抗变换微带线、9-短路柱。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本如图1所示，一种基于结构复用的大频率比双频天线，至少包括介质基板1、偶极子2、线性渐变缝隙3、矩形槽线4、矩形地板5、微带谐振单元6、微带馈线7、阻抗变换微带线8、短路柱9；
所述的偶极子2与矩形地板5相连构成一个整体,印刷在介质基板1表面上，整体为“工”字型结构。
所述的线性渐变缝隙3呈“V”字型形结构，线性渐变缝隙3将偶极子2左右分开，线性渐变缝隙3“V”字型底部与矩形槽线4上端相通，线性渐变缝隙3和矩形槽线4蚀刻在偶极子2结构中心线上，
短路柱9在线性渐变缝隙3“V”字型上部，偶极子2中心水平位置横跨至偶极子2的右侧与垂直放置的阻抗变换微带线8上端连接，阻抗变换微带线8下端通过短路柱9在与微带谐振单元6一端连接。
如图2所示，微带谐振单元6另一端连接微带馈线7至介质基板1的底部作为天线输出端，微带谐振单元6和微带馈线7呈“十”字结构，微带馈线7在“十”字结构两端为长方形块状结构；微带谐振单元6在“十”字结构两端为非规则长方形块状结构，两端厚度宽，连接线处厚度小。
线性渐变缝隙3在微波频段作为馈电结构的一部分，在毫米波频段作为了辐射结构。
所述的微带谐振单元6集成于微带馈线7之中，印刷在介质基板1下表面，作为低通滤波器使用。
所述的阻抗变换微带线8集成于微带馈线7之中，印刷在介质基板1下表面。
所述的微带馈线7印刷在介质基板1下表面，经过三次弯折为不同频段的天线馈电，第一次弯折后通过矩形槽线4，将高频能量耦合到矩形槽线4中，随后连接紧凑型微带谐振单元6形成高频开路，再经过一次弯折连接阻抗变换微带线8，然后第三次弯折后通过线性渐变缝隙3的宽边；所述的短路柱9穿过介质基板1将偶极子2与微带馈线7相连。
所述介质基板1的介电常数为2.2，损耗角为0 .0009。
调整本实施例的基于结构复用的大频率比双频天线的尺寸参数后， 通过计算和电磁仿真，对本实施例的大频率比双频天线进行了仿真验证。
如图3所示，给出了本发明双频天线的输入端口回波损耗参数|S11|的仿真结果曲线，从图3中可以看出，在3.23–4.25 GHz和22.4–33.5 GHz频段范围内，S11的数值小于-10dB.
如图4所示，给出了本发明双频天线的增益在微波和毫米波频段仿真结果的曲线，可以看到，在上述频段范围内，最大增益分别为5.1dBi和10.7dBi。
上述实施例中，所述介质基板1采用Rogers RT5880；所述偶极子2、矩形地板5、紧凑型微带谐振单元6、微带馈线7、阻抗变换微带线8、短路柱9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。
仿真结果表明本发明的基于结构复用的大频率比双频天线具有较宽的带宽，较大的频率比，本发明加工工艺成熟，成本低，制作过程简单，成品率高，可以满足基于结构复用的大频率比双频天线的制造需求。
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 (6)

1.一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：至少包括介质基板(1)、偶极子(2)、线性渐变缝隙(3)、矩形槽线(4)、矩形地板(5)、微带谐振单元(6)、微带馈线(7)、阻抗变换微带线(8)、短路柱(9)；所述的偶极子(2)与矩形地板(5)相连构成一个整体,印刷在介质基板(1)表面上，整体为“工”字型结构；所述的线性渐变缝隙(3)呈“V”字型形结构，线性渐变缝隙(3)将偶极子(2)左右分开，线性渐变缝隙(3)“V”字型底部与矩形槽线(4)上端相通，线性渐变缝隙(3)和矩形槽线(4)蚀刻在偶极子(2)结构中心线上，所述的微带谐振单元（6）集成于微带馈线（7）之中，印刷在介质基板（1）下表面，作为低通滤波器使用；所述的阻抗变换微带线（8）集成于微带馈线（7）之中，印刷在介质基板（1）下表面；所述的微带馈线（7）印刷在介质基板（1）下表面，经过三次弯折为不同频段的天线馈电，第一次弯折后通过矩形槽线（4），将高频能量耦合到矩形槽线（4）中，随后连接紧凑型微带谐振单元（6）形成高频开路，再经过一次弯折连接阻抗变换微带线（8），然后第三次弯折后通过线性渐变缝隙（3）的宽边；所述的短路柱（9）穿过介质基板（1）将偶极子（2）与微带馈线（7）相连；所述的微带谐振单元(6)一端连接微带馈线(7)至介质基板(1)的底部作为天线输出端，微带谐振单元(6)和微带馈线(7)呈“十”字结构，微带馈线(7)在“十”字结构两端为长方形块状结构；微带谐振单元(6)在“十”字结构两端为非规则长方形块状结构，两端厚度宽，连接线处厚度小。
2.根据权利要求1所述的一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：所述的线性渐变缝隙（3）在微波频段作为馈电结构的一部分，在毫米波频段作为了辐射结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：所述介质基板（1）的介电常数为2.2，损耗角为0 .0009。
4.根据权利要求1所述的一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：输入端口回波损耗参数|S11|在3.23–4.25 GHz和22.4–33.5 GHz频段范围内，S11的数值小于-10dB。
5.根据权利要求4所述的一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：在3.23–4.25 GHz最大增益5.1dBi，在22.4–33.5 GHz频段范围内最大增益10.7dBi。
6.根据权利要求1所述的一种基于结构复用的大频率比双频天线，其特征是：所述介质基板（1）采用Rogers RT5880，所述偶极子（2）、矩形地板（5）、紧凑型微带谐振单元（6）、微带馈线（7）、阻抗变换微带线（8）、短路柱（9）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。
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