CN113972478A - 一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线 - Google Patents

一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通信系统综合设计中的天线技术领域，具体涉及一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线。为解决目前无线通信中谐波抑制天线工作频带单一、谐波抑制带宽窄以及谐波抑制结构复杂的问题，本发明包括大方形环辐射贴片、小方形环辐射贴片、介质基板和微带馈线；大方形环辐射贴片与小方形环辐射贴片为同心方形环，位于介质基板的上表面，微带馈线位于介质基板的下表面，大方环形辐射贴片蚀刻有长矩形缝隙和短矩形缝隙。双环共同谐振实现了天线的双频带特性，大方形环辐射贴片上蚀刻两条矩形缝隙分别对天线在13GHz和在17GHz产生的谐波进行了抑制。

Description

一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线
技术领域
本发明涉及通信系统综合设计中的天线技术领域，具体涉及一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线。
背景技术
现代无线通信系统要求射频前端具有紧凑、高度集成、多频段和多功能的特点。贴片天线由于低轮廓、轻质量、低成本和易于与微波电路集成等优点，被认为是使用最广泛的天线之一，但是贴片天线存在一个固有的缺点是高水平的谐波辐射，天线产生的高次谐波会产生杂散辐射，从而影响天线性能并降低天线效率。因此，在结构紧凑的前提下，使贴片天线同时实现多频段操作与谐波抑制是一个新的挑战。
目前关于谐波抑制的工作已经做了很多，最常见的方法是采用光子带隙结构、缺陷地结构或紧凑型微带谐振单元等构成的周期结构加载到馈线上或蚀刻在接地层上，然而，这些复杂的结构也增加了设计和制造的难度。另一种方法是采用短截线或短路引脚等形成具有谐波抑制特性的LC谐振器、摆动线、耦合线或电磁带隙谐振器，但是，这种技术的谐波抑制带宽有限，通常只能有效抑制二次或三次谐波。此外，目前大多数谐波抑制天线都是单一频带谐振，应用范围有限。
本发明通过在大方形环上蚀刻两条矩形缝隙实现了高达七次谐波的抑制，通过双环耦合实现了双频带共同谐振。与现有谐波抑制天线相比，结构简单，成本低廉，工艺易实现，可应用于WLAN 2.4GHz频段(2.4-2.48GHz)和5G n79频段(4.4-5GHz)，应用范围更广，谐波抑制带宽更宽。
发明内容
本发明的目的主要解决目前无线通信中谐波抑制天线工作频带单一、谐波抑制带宽窄以及谐波抑制结构复杂的问题，提供一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线。通过在大方形环辐射贴片上蚀刻两条矩形缝隙实现了超宽带谐波抑制，通过双环耦合实现了双频带共同谐振。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，包括大方形环辐射贴片、小方形环辐射贴片、介质基板和微带馈线；所述大方形环辐射贴片与小方形环辐射贴片为同心方形环，位于介质基板的上表面，所述微带馈线位于介质基板的下表面，所述大方环形辐射贴片蚀刻有长矩形缝隙和短矩形缝隙。所述大方形环辐射贴片的谐振频率为2.45GHz，所述小方形环辐射贴片的谐振频率为4.5GHz，双环共同谐振实现了天线的双频带特性；所述大方形环辐射贴片上蚀刻两条矩形缝隙分别对天线在13GHz和在17GHz产生的谐波进行了抑制。
进一步，所述微带馈线位于介质基板下表面的中心线上。
进一步，所述长矩形缝隙和短矩形缝隙关于介质基板上表面的中心线对称，且位于微带馈线的正上方。
进一步，所述介质基板为方形介质基板，尺寸为63mm×63mm，采用介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm的FR4环氧树脂材料。
进一步，所述大方形环的边长为63mm，宽度为5mm；所述小方形环的边长为32mm，宽度为5mm。
进一步，所述微带馈线为长16.5mm、宽1.5mm的矩形微带线。
进一步，所述长矩形缝隙距离大方形环辐射贴片内边缘3mm，所述短矩形缝隙距离大方形环辐射贴片内边缘1mm。
进一步，所述长矩形缝隙长度为8mm，宽度为0.5mm；所述短矩形缝隙长度为5.37mm，宽度为0.5mm。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
通过在大方形环上蚀刻两条矩形缝隙实现了高达七次谐波的抑制，通过双环耦合实现了双频带共同谐振。
采用在贴片上开缝隙的双频带谐波抑制天线，结构简单，成本低廉，工艺易实现，可应用于WLAN 2.4GHz频段(2.4-2.48GHz)和5G n79频段(4.4-5GHz)，应用范围更广，谐波抑制带宽更宽。
附图说明
图1是本发明的双频带环形贴片天线整体结构的示意图；
图2是本发明双频带环形贴片天线的反射系数；
图3是本发明双频带环形贴片天线频率在2.45GHz频率处E面和H面的归一化辐射方向图；
图4是本发明双频带环形贴片天线频率在4.5GHz频率处E面和H面的归一化辐射方向图；
其中，大方形环辐射贴片-1、小方形环辐射贴片-2、介质基板-3和微带馈线-4、长矩形缝隙-5、短矩形缝隙-6。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，包括大方形环辐射贴片1、小方形环辐射贴片2、介质基板3和微带馈线4；所述大方形环辐射贴片1与小方形环辐射贴片2为同心方形环，采用电路板蚀刻技术，蚀刻于介质基板3的上表面，所述微带馈线4位于介质基板3的下表面，所述大方环形辐射贴片1蚀刻有长矩形缝隙5和短矩形缝隙6。
所述微带馈线4位于介质基板3下表面的中心线上(图1中为横向中心线)。
所述长矩形缝隙5和短矩形缝隙6关于介质基板3上表面的中心线对称(图1中为横向中心线)，且位于微带馈线4的正上方。
所述介质基板3为方形介质基板，尺寸为63mm×63mm，采用介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm的FR4环氧树脂材料。
所述大方形环辐射贴片1的边长为63mm，宽度为5mm；所述小方形环辐射贴片2的边长为32mm，宽度为5mm。
所述微带馈线4为长16.5mm、宽1.5mm的矩形微带线。
所述长矩形缝隙5距离大方形环辐射贴片1内边缘3mm，长度为8mm，宽度为0.5mm，约为天线在13GHz处谐波的1/2波长；所述短矩形缝隙6距离大方形环辐射贴片1内边缘1mm，长度为5.37mm，宽度为0.5mm，约为天线在17GHz处谐波的1/2波长。
图2列出了本实施例的具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线反射系数，其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表幅度变量，单位为dB。天线的工作频带分别为2.35-2.54GHz和3.58-5.56GHz，相对带宽分别为5.8％和43.3％。该天线的谐波抑制频带为6.2-20GHz，反射系数均大于-2dB，具有超宽带谐波抑制特性。
图3和图4分别给出了具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线在2.45GHz和4.5GHz两个频点处E面和H面的归一化辐射方向图。天线在2.45GHz频率处E面的归一化辐射方向图近似于准全向辐射，在4.5GHz频率处的辐射方向图发生轻微分瓣。天线在2.45GHz和4.5GHz频率处H面的归一化辐射方向图近似为圆形，呈现较好的全向辐射特性。
本发明的上述实施例是为清楚地说明本发明所作的举例，对领域的技术人员来说，可以对其形式和细节做出改变。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，包括大方形环辐射贴片(1)、小方形环辐射贴片(2)、介质基板(3)和微带馈线(4)；所述大方形环辐射贴片(1)与小方形环辐射贴片(2)为同心方形环，蚀刻于介质基板(3)的上表面，所述微带馈线(4)位于介质基板(3)的下表面，所述大方环形辐射贴片(1)蚀刻有长矩形缝隙(5)和短矩形缝隙(6)。
2.根据权利要求1所述的一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，所述微带馈线(4)位于介质基板(3)下表面的中心线上。
3.根据权利要求1所述的一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，所述长矩形缝隙(5)和短矩形缝隙(6)关于介质基板(3)上表面的中心线对称，且位于微带馈线(4)的正上方。
4.根据权利要求1所述的一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，所述介质基板(3)为方形介质基板，尺寸为63mm×63mm×1mm，采用介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1mm的FR4环氧树脂材料。
5.根据权利要求1所述的一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，所述大方形环辐射贴片(1)的边长为63mm，宽度为5mm；所述小方形环辐射贴片(2)的边长为32mm，宽度为5mm。
6.根据权利要求1所述的一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，所述微带馈线(4)为长16.5mm、宽1.5mm的矩形微带线。
7.根据权利要求1所述的一种具有超宽带谐波抑制的双频带环形贴片天线，其特征在于，所述长矩形缝隙(5)距离大方形环辐射贴片(1)内边缘3mm，长度为8mm，宽度为0.5mm；所述短矩形缝隙(6)距离大方形环辐射贴片(1)内边缘1mm，长度为5.37mm，宽度为0.5mm。
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