CN115036686B - 一种高增益差分馈电的圆形贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信技术领域，具体为一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，包括自下而上依次设置的金属地板、介质基板和圆盘状微带贴片；所述圆盘状微带贴片上开有一条贯穿圆盘状微带贴片的直型槽，其下表面设有馈电结构；所述馈电结构为两个的同轴线组成的差分激励结构，同轴线的一端连接金属地板，另一端在穿过介质基板后与圆盘状微带贴片接触；两个同轴线关于直型槽成轴对称分布，且激励时外接的射频信号存在180°的相位差。通过圆盘状微带贴片上开有的直型槽与差分激励结构配合，降低了射频前端信号串扰，实现谐波抑制的同时，有效提高增益；且该圆形贴片天线适用于工作带宽宽或窄的两种情况，适用于选择性与灵敏度要求高的应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种高增益差分馈电的圆形贴片天线。
背景技术
射频前端模块作为无线通信设备的关键组成部分之一，在万物互联的新一代移动通信系统中占据着重要的地位。然而随着系统工作频率的不断提升，伴随着各模块之间的集成，以及组件功能的整合，传统的基于单端(非平衡)网络的电路体系遭受到更为严重的电磁串扰与耦合干扰。鉴于此，基于差分(平衡)信号的无线系统因其具备的谐波抑制，抗噪声干扰，高线性度等优点，成为微波射频领域的研究热点。
天线，作为一种导行电磁波与自由空间辐射波的转换装置，是射频前端系统中重要的一类元器件。其中，微带贴片天线因其具备的低剖面，易集成，结构紧凑，加工成本低等特点，广泛应用于无线通信系统之中。传统的贴片天线多以单端口馈电激励为主，为实现差分端口激励，常采用独立的巴伦(平衡-不平衡转换器)设计，导致天线馈电系统集成度的下降以及额外信号插损的增加。探索发展一种具有内禀差分馈电属性的微带贴片天线成为重要的研究课题。值得注意的是，目前在已有的差分微带贴片天线设计中，为了保证贴片差分模式的激励，往往牺牲了天线其他的辐射与电路特性，如增益的下降，带宽的缩减，以及交叉极化电平的恶化等等。所以，开发一种性能优越，工作特性完善的差分贴片天线意义重大。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，以克服当前贴片天线高增益与低交叉极化性能不能共存的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，包括自下而上依次设置的金属地板、介质基板和圆盘状微带贴片；
所述圆盘状微带贴片上开有一条贯穿圆盘状微带贴片的直型槽，直型槽的中心点与圆盘状微带贴片的中心点重合；圆盘状微带贴片的下表面设有馈电结构；所述馈电结构为两个的同轴线组成的差分激励结构，同轴线的一端连接金属地板，另一端在穿过介质基板后与圆盘状微带贴片接触；两个同轴线分布在直型槽的两侧，且激励时外接的射频信号存在180°的相位差。
进一步的，所述介质基板与圆盘状微带贴片之间还设有泡沫层，两个同轴线的另一端依次穿过介质基板和泡沫层后均向中心点方向弯折延伸，形成两个相对且不相连的倒“L”结构，以进行耦合馈电。
进一步的，上述高增益差分馈电的圆形贴片天线还设有两个结构、尺寸完全相同的短路销钉，分别位于差分激励结构的外侧，且沿中轴线对称；短路销钉的一端连接金属地板，另一端穿过介质基板后与金属贴片相接；通过短路销钉的设置实现圆盘状微带贴片工作的中心频率谐振点调节，以此保证圆盘状微带贴片工作中心频率的稳定。
进一步的，所述直型槽的长度与圆盘状微带贴片直径比为0.7。
采用上述技术方案后，本发明具有了以下有益效果：
(1)本发明通过圆盘状微带贴片上开有的直型槽对天线电容分布进行优化，增加了天线的等效辐射长度。在此基础上，配合差分激励结构对圆盘状微带贴片进行馈电，以降低射频前端信号串扰，实现谐波抑制的同时，有效提高增益。
(2)通过介质基板与圆盘状微带贴片之间设有的泡沫层，配合两个相对且不相连的倒“L”结构同轴线，提升了本发明天线结构的工作带宽，拓宽了应用范围。
附图说明
图1为实施例2差分馈电的圆形贴片天线在窄带工作时结构示意图；
图2为实施例3差分馈电的圆形贴片天线在宽带工作时结构示意图；
图3为实施例1的圆形贴片天线工作的模式图；其中图的左侧为电场矢量的纵向分布情况，右侧为电流分布情况；
图4为实施例2的圆形贴片天线在窄带工作时，馈电端口的差分输入反射系数Sd11的频域响应曲线；
图5为实施例2的圆形贴片天线在窄带工作时的辐射方向图；其中(a)为E面辐射方向图，(b)为H面辐射方向图；
图6为实施例2的圆形贴片天线在窄带工作时可实现增益的频域响应曲线；
图7为实施例3的圆形贴片天线在宽带工作时频域响应曲线，其中(a)为馈电端口的差分输入反射系数Sd11的频域响应曲线；(b)可实现增益的频域响应曲线；
附图标记：图中，1-介质基板，2-圆形贴片天线，3-金属接地板，4-金属槽缝隙，5-差分激励结构，6-短路销钉；7-泡沫板。
具体实施方式
下面结合实施方式和附图，对本发明作更地详细描述。需要说明的是，此处所描述的实施例仅仅用于更清晰地解释本发明，并不旨在为本申请做相关限定。
本发明一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，包括自下而上依次设置的金属地板3、介质基板1和圆盘状微带贴片2。所述圆盘状微带贴片2位于介质基板1的中心位置，其上开有一条贯穿圆盘状微带贴片的直型槽4。直型槽4的中心点与圆盘状微带贴片2的中心点重合。圆盘状微带贴片的下表面设有馈电结构；所述馈电结构为两个的同轴线组成的差分激励结构5，同轴线的一端连接金属地板3，另一端在穿过介质基板1后与圆盘状微带贴片2接触；两个同轴线对称分布在直型槽4的两侧，且激励时外接的射频信号存在180°的相位差。
使用时，通过圆盘状微带贴片2上开有的直型槽4对天线电容分布进行优化，改善电流分布，不仅增加了天线的等效辐射长度，同时调节了天线输入端口的阻抗匹配情况。在此基础上，配合差分激励结构5对圆盘状微带贴片2进行馈电，以降低射频前端信号串扰，实现谐波抑制的同时，有效提高增益；且该圆形贴片天线适用于工作带宽宽或窄的两种情况，适用于选择性与灵敏度要求高的应用场景。
实施1
根据上述结构，按照如下尺寸制作后进行实施，测试其效果
圆盘状微带贴片2的半径为0.58λg，其中λg为整个天线中心频率所对应的波导波长；直型槽4长33mm，宽0.2mm；差分激励结构馈中各馈电点圆盘状微带贴片2中心距均为6.8mm，其同轴线特性阻抗为50欧姆；介质基板介电常数为2.2，厚度为1.016mm。
图3为实施例1的圆形贴片天线工作的模式图；其中图的左侧为电场矢量的纵向分布情况，右侧为电流分布情况。由图3可知，相较于传统的圆形贴片天线多工作于主模TM11以及高次模TM01，本实施例的圆盘状微带贴片天线的工作模式为独特的准-TM01模，兼具TM11模与TM01模的电场分布特性，且可实现波束的侧射方向图指向。
为得到该结构在窄带宽或宽带宽中最佳的效果，分别对其进行了改进。下面以实施例2对工作在窄带工作场景进行说明，实施例3对工作在宽带宽工作场景进行说明。
实施例2
参阅1，在窄带宽工作场景下，为获得高增益差分馈电的圆形贴片天线最优的工作中心频率的稳定性，在实施例1提供的圆形贴片天线中还设有两个短路销钉6。两个短路销钉6结构和尺寸均相同，分别位于差分激励结构5的外侧，且关于圆盘状微带贴片2的中心对称。短路销钉6的一端连接金属地板3，另一端穿过介质基板1后与圆盘状微带贴片2相接。通过短路销钉6的设置实现圆盘状微带贴片2工作的中心频率谐振点调节，以此获得更加稳定的工作中心频率。本实施例中心频率f0＝4.99GHz，短路销钉与圆盘状微带贴片2接触点距圆盘状微带贴片2中心点16mm，其余结构尺寸参数与实施例1相同。
图4为本实施例的圆形贴片天线在窄带工作时，馈电端口的差分输入反射系数Sd11的频域响应曲线；参阅图4，其10-dB绝对带宽为4.92-5.05GHz，相对带宽为2.61％，实现了高灵敏度的频域工作特性。
图5为本实施例的圆形贴片天线在窄带工作时的方向图；其中(a)为E面辐射方向图，(b)为H面辐射方向图。。参阅图5可知，本实施例结构具有线极化侧射特性。同时，交叉极化隔离度在全空域内均大于50dB，在主辐射方向上大于60dB，实现了高交叉极化隔离度的工作特性。
图6为实施例2的圆形贴片天线在窄带工作时可实现增益的频域响应曲线。参阅图7，所述圆形贴片天线在窄带工作时，能够实现增益的频域响应，可见其通带内可实现增益保持在10dBi以上，具有更高增益的工作特性。
实施例3
参阅2，在宽带宽工作场景下，为获得高增益差分馈电的圆形贴片天线最优扩展带宽，所述在实施例1提供的圆形贴片天线介质基板1与圆盘状微带贴片2之间还设有泡沫层7，两个同轴线端口的另一端依次穿过介质基板1和泡沫层7后均向中心点弯折延伸，形成两个相对且不相连的倒“L”结构。利用耦合对圆盘状微带贴片2进行馈电，可以进一步提升带宽，得到高速大容量通信系统中最优使用效果。本实施例圆形贴片天线中心频率f0＝5.08GHz；同轴线内导体弯折长度2.8mm；泡沫板介电常数为1.03，厚度为7mm；其余结构尺寸参数与实施例1相同。
图7(a)为实施例3的圆形贴片天线在宽带工作时馈电端口的差分输入反射系数Sd11的频域响应曲线。参阅图图7(a)，本实施例圆形贴片天线的差分反射系数频域响应，且其10-dB绝对带宽为4.78-5.28GHz，相对带宽为9.94％，实现了扩展带宽的频域工作特性。
图7(b)为实施例3的圆形贴片天线在宽带工作时可实现增益的频域响应曲线；参阅图7(b)，本实施例圆形贴片天线的实现了增益的频域响应，且其通带内可实现增益保持在10dBi以上，实现更高增益的工作特性。
综上可见，本发明提供的高增益差分馈电的圆形贴片天线，克服高增益与低交叉极化性能不能共存的问题。
Claims (4)
1.一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，包括自下而上依次设置的金属地板、介质基板和圆盘状微带贴片，其特征在于：
所述高增益差分馈电的圆形贴片天线工作模式为独特的准-TM01模，兼具TM11模与TM01模的电场分布特性，并能实现波束的侧射方向图指向；所述圆盘状微带贴片上开有一条贯穿圆盘状微带贴片的直型槽，直型槽的中心点与圆盘状微带贴片的中心点重合；圆盘状微带贴片的下表面设有馈电结构；所述馈电结构为两个的同轴线组成的倒“L”差分激励结构，同轴线的一端连接金属地板，另一端穿过介质基板后与圆盘状微带贴片接触；两个同轴线对称分布在直型槽的两侧，且激励时外接的射频信号存在180°的相位差。
2.根据权利要求1所述的一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，其特征在于：所述介质基板与圆盘状微带贴片之间还设有泡沫层，两个同轴线的另一端依次穿过介质基板和泡沫层后均向中心点方向弯折延伸，形成两个相对且不相连的倒“L”结构，以进行耦合馈电。
3.根据权利要求1所述的一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，其特征在于：上述高增益差分馈电的圆形贴片天线还设有两个结构、尺寸完全相同的短路销钉，分别位于差分激励结构的外侧，且沿中轴线对称；短路销钉的一端连接金属地板，另一端穿过介质基板后与金属贴片相接；通过短路销钉的设置实现圆盘状微带贴片工作的中心频率谐振点调节。
4.根据权利要求1或2所述的一种高增益差分馈电的圆形贴片天线，其特征在于：所述直型槽的长度与圆盘状微带贴片直径比为0.7。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393416A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-04 | 北京邮电大学 | 一种用于双频毫米波系统的平面天线 |
| CN104882674A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-02 | 华南理工大学 | 高隔离度双极化差分双频mimo天线 |
| CN109301473A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-01 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 5g毫米波宽带差分天线 |
| CN110707426A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-17 | 天津大学 | 一种加载过孔的宽带高增益压缩高次模式双极化差分天线 |
| CN111541041A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-14 | 深圳大学 | 一种具有稳定高增益的宽带贴片天线 |
| CN111786131A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-10-16 | 南通大学 | 一种宽带准端射微带八木天线 |
| CN112864613A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-28 | 复旦大学 | 一种宽带双圆极化u缝贴片天线 |
| CN112886196A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-06-01 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 基站天线及基站设备 |
| CN114284738A (zh) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 联发科技股份有限公司 | 天线结构和天线封装 |
-
2022
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393416A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-04 | 北京邮电大学 | 一种用于双频毫米波系统的平面天线 |
| CN104882674A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-02 | 华南理工大学 | 高隔离度双极化差分双频mimo天线 |
| CN109301473A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-01 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 5g毫米波宽带差分天线 |
| CN110707426A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-17 | 天津大学 | 一种加载过孔的宽带高增益压缩高次模式双极化差分天线 |
| CN111541041A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-14 | 深圳大学 | 一种具有稳定高增益的宽带贴片天线 |
| CN111786131A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-10-16 | 南通大学 | 一种宽带准端射微带八木天线 |
| CN114284738A (zh) * | 2020-09-28 | 2022-04-05 | 联发科技股份有限公司 | 天线结构和天线封装 |
| CN112886196A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-06-01 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 基站天线及基站设备 |
| CN112864613A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-28 | 复旦大学 | 一种宽带双圆极化u缝贴片天线 |
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|---|---|
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