CN116111328A - 一种超低剖面电磁偶极子天线 - Google Patents

一种超低剖面电磁偶极子天线 Download PDF

Info

Publication number
CN116111328A
CN116111328A CN202211579022.9A CN202211579022A CN116111328A CN 116111328 A CN116111328 A CN 116111328A CN 202211579022 A CN202211579022 A CN 202211579022A CN 116111328 A CN116111328 A CN 116111328A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dipole
antenna
metal layer
patch
low profile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211579022.9A
Other languages
English (en)
Inventor
夏海洋
刘志强
刘欢
吴旭
李连鸣
王志功
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Original Assignee
Southeast University
Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University, Network Communication and Security Zijinshan Laboratory filed Critical Southeast University
Priority to CN202211579022.9A priority Critical patent/CN116111328A/zh
Publication of CN116111328A publication Critical patent/CN116111328A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超低剖面电磁偶极子天线，其中，电偶极子位于天线基板的顶层金属层，由一对电偶极子辐射贴片组成；所述折叠磁偶极子由水平方向上的磁偶极子贴片和垂直的金属化过孔组成；所述缝隙馈电结构位于基板的底层金属层，对应天线的中心位置，以电磁耦合的方式同时激励电偶极子和折叠磁偶极子；所述CPW传输线位于基板的底层金属层，作为馈线部分，垂直穿过且激励缝隙馈电结构。所述阻抗匹配结构作为CPW传输线的末端，控制缝隙耦合的能量大小，实现天线的宽带阻抗匹配。本发明在保留常规电磁偶极子天线高性能的同时，可以有效降低其剖面，且具有结构简单、易量产等特点，有利于天线朝小型化、轻薄化方向发展，具有广泛的应用前景。

Description

一种超低剖面电磁偶极子天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别是涉及一种超低剖面电磁偶极子天线。
背景技术
电磁偶极子天线是一种宽带定向天线，它由电偶极子和磁偶极子组合而成，以适当的幅度和相位信号同时激励电偶极子和磁偶极子，即可实现互补型天线两个极化面内相等的方向图，同时具有宽带宽、高前后比和平坦的增益等特性，在现代移动通信中具有重要的应用场景。
然而，在常规的电磁偶极子天线中，磁偶极子的长度为其工作频率下的四分一波长。当采用印刷电路板、封装结构上实现或集成该互补型天线时，则需要在垂直于基板方向上的实现磁偶极子结构，因此要求较厚的基板，进而导致整个天线剖面比较高，结构臃肿，增加了系统成本。特别的，对移动通信终端电子产品来说，难以满足其轻薄化，微型化等需求。因此，研究超低剖面的电磁偶极子天线，在保证其高性能的同时，有效降低天线剖面，使其更容易集成在消费类电子产品中，同时降低结构和加工复杂度以及产品成本，提高产品质量，提升产品在市场上的竞争力。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种超低剖面电磁偶极子天线结构，在保留天线高性能的同时，可有效降低电磁偶极子天线的剖面，且该天线具有结构简单、易加工的特点，可解决现有技术中存在的缺陷。
技术方案：为达到此目的，本发明的一种超低剖面电磁偶极子天线以天线基板为基板，在天线基板上面设有顶层金属层，在天线基板下面设有底层金属层，顶层金属层与底层金属层之间由金属化过孔连接；所述的顶层金属层包括由两片电偶极子辐射贴片组成的电偶极子，由磁偶极子贴片和金属化过孔组成的折叠磁偶极子；所述的底层金属层包括参考地，位于参考地中的缝隙馈电结构，以及位于缝隙馈电结构中的CPW传输线及阻抗匹配结构。
所述天线基板双面均布敷有金属层；天线基板材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、二氧化硅、高阻硅、玻璃或注塑材料中的一种或多种的组合；金属层材料包括铜、铝、镍、金、银或钛中的一种或者多种组合。
所述电偶极子位于顶层金属层，由一对电偶极子辐射贴片组成，单个电偶极子辐射贴片的电长度为工作频率的四分之一波长，电偶极子辐射贴片的形状包括椭圆形、圆形、梯形、长方形或正方形中的一种。
所述折叠磁偶极子由水平方向上的磁偶极子贴片和垂直于磁偶极子贴片的金属化过孔组成，磁偶极子贴片和金属化过孔的电长度之和为工作频率的四分之一波长；水平方向上的磁偶极子贴片连接所述电偶极子辐射贴片，所述的金属化过孔位于磁偶极子贴片、电偶极子辐射贴片两者连接的位置。
所述缝隙馈电结构位于底层金属层中，对应该天线的中心位置，其以电磁耦合的方式同时激励电偶极子和折叠磁偶极子；缝隙馈电结的形状包括长方形、椭圆形或蝶形中的一种或者多种组合。
所述CPW传输线位于底层金属层，作为馈线部分，垂直穿过并激励缝隙馈电结构。
所述阻抗匹配结构位于CPW传输线的末端，控制缝隙耦合的能量大小，实现天线的宽带阻抗匹配，阻抗匹配结构的类型包括开路线或短路线的一种。
有益效果：如上所述，本发明的超低剖面电磁偶极子天线具有以下优点：
区别于常规电磁偶子天线剖面高度为工作频率下四分之一波长的特征，本发明所采用的超低剖面电磁偶极子天线，采用水平方向上的磁偶极子贴片和垂直的金属化过孔组合的方式，实现总长度为工作频率的四分之一波长的折叠磁偶极子。本天线通过延展水平方向上磁偶极子贴片的长度，从而极大的降低垂直的金属化过孔长度，进而降低了整体天线剖面厚度。该发明可以有效降低常规电磁偶子天线对剖面高度需求，同时保留其高性能，且具有结构简单，易量产等特点，有利于天线朝轻薄化方向发展，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子天线三维结构示意图；
图2为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子天线结构顶层金属结构的俯视图；
图3为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子天线结构的侧视图；
图4为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子天线结构底层金属结构的俯视图。
图5为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子天线回波损耗及增益仿真图。
图6为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子在62GHz的E面仿真辐射方向图。
图7为本发明具体实施方式的实施例1中的超低剖面电磁偶极子在62GHz的H面仿真辐射方向图。
其中有：顶层金属层01；电偶极子辐射贴片011；磁偶极子贴片012；底层金属层02；参考地021；缝隙馈电结构022；CPW传输线023；阻抗匹配结构024；金属化过孔03；天线基板04；电偶极子05；折叠磁偶极子06。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，图示中显示与本发明中有关的组件而非按照实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例1：
如图1所示为本发明所公开的一种超低剖面电磁偶极子天线示意图。所述超低剖面电磁偶极子天线包括：天线基板04、电偶极子05、折叠磁偶极子06、缝隙馈电结构022、CPW传输线023及阻抗匹配结构024。所述天线以天线基板04为基板，在天线基板04上面设有顶层金属层01，在天线基板04下面设有底层金属层02，顶层金属层01与底层金属层02之间由金属化过孔03连接；所述的顶层金属层01包括由两片电偶极子辐射贴片011组成的电偶极子05，由磁偶极子贴片012和金属化过孔03组成的折叠磁偶极子06；所述的底层金属层02包括参考地021，位于参考地021中的缝隙馈电结构022，以及位于缝隙馈电结构022中的CPW传输线023及阻抗匹配结构024。
作为示例，所述天线基板04采用玻璃材料，双面分别布敷顶层金属层01和底层金属层02。
作为示例，所述顶层金属层01和底层金属层02的材料为铜。
作为示例，如图2所示，所述电偶极子05位于天线基板04的顶层金属层01上，由一对电偶极子辐射贴片011组成，单个贴片的电长度约为工作频率的四分之一波长。
作为示例，所述电偶极子辐射贴片011的形状为长方形。
作为示例，如图3所示，所述折叠磁偶极子06由水平方向上的磁偶极子贴片012和垂直的金属化过孔03组成，两者电长度之和约为工作频率的四分之一波长。水平方向上的磁偶极子贴片012连接所述电偶极子辐射贴片011，垂直的金属化过孔03位于两者连接的位置。需要注意的是，在高频水平方向上的所述磁偶极子贴片012与所述电偶极子辐射贴片011会产生反向电流，导致高频增益略微下降。
作为示例，如图4所示，所述缝隙馈电结构022位于天线基板04的底层金属层02，对应天线的中心位置，其以电磁耦合的方式同时激励电偶极子05和折叠磁偶极子06。
作为示例，所述缝隙馈电结构022的形状为长方形。
作为示例，所述CPW传输线023位于天线基板04的底层金属层02，作为馈线部分，垂直穿过并激励缝隙馈电结构022。
作为示例，所述阻抗匹配结构024位于CPW传输线023的末端，控制缝隙耦合的能量大小，实现天线的宽带阻抗匹配。
作为示例，所述阻抗匹配结构02为开路线。
图5是仿真曲线图，表示实施例1的超低剖面电磁偶极子天线回波损耗及增益仿真结果。从结果上看，天线-10dB的带宽为55.04GHz到68.75GHz。在57-67GHz频带下增益大于4.65dBi。在65GHz附近，水平方向上的磁偶极子贴片012与电偶极子辐射贴片011电流相反，导致更高频段的增益缓慢下降。天线剖面厚度为0.138λg，相比传统的电磁偶极子天线，降低了45％。
图6是仿真曲线图，表示实施例1的超低剖面电磁偶极子天线在62GHz辐射方向图E面仿真结果。从结果上看，天线的3dB波束宽度为±50°，交叉极化大于40dB。
图7是仿真曲线图，表示实施例1的超低剖面电磁偶极子天线在62GHz辐射方向图H面仿真结果。从结果上看，天线的3dB波束宽度为±40°，交叉极化大于40dB。

Claims (7)

1.一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述天线以天线基板(04)为基板，在天线基板(04)上面设有顶层金属层(01)，在天线基板(04)下面设有底层金属层(02)，顶层金属层(01)与底层金属层(02)之间由金属化过孔(03)连接；所述的顶层金属层(01)包括由两片电偶极子辐射贴片(011)组成的电偶极子(05)，由磁偶极子贴片(012)和金属化过孔(03)组成的折叠磁偶极子(06)；所述的底层金属层(02)包括参考地(021)，位于参考地(021)中的缝隙馈电结构(022)，以及位于缝隙馈电结构(022)中的CPW传输线(023)及阻抗匹配结构(024)。
2.根据权利要求1所述的一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述天线基板(04)双面均布敷有金属层；天线基板(04)材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、二氧化硅、高阻硅、玻璃或注塑材料中的一种或多种的组合；金属层材料包括铜、铝、镍、金、银或钛中的一种或者多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述电偶极子(05)位于顶层金属层(01)，由一对电偶极子辐射贴片(011)组成，单个电偶极子辐射贴片(011)的电长度为工作频率的四分之一波长，电偶极子辐射贴片(011)的形状包括椭圆形、圆形、梯形、长方形或正方形中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述折叠磁偶极子(06)由水平方向上的磁偶极子贴片(012)和垂直于磁偶极子贴片(012)的金属化过孔(03)组成，磁偶极子贴片(012)和金属化过孔(03)的电长度之和为工作频率的四分之一波长；水平方向上的磁偶极子贴片(012)连接所述电偶极子辐射贴片(011)，所述的金属化过孔(3)位于磁偶极子贴片(012)、电偶极子辐射贴片(011)两者连接的位置。
5.根据权利要求1所述的一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述缝隙馈电结构(022)位于底层金属层(02)中，对应该天线的中心位置，其以电磁耦合的方式同时激励电偶极子(05)和折叠磁偶极子(06)；缝隙馈电结(022)的形状包括长方形、椭圆形或蝶形中的一种或者多种组合。
6.根据权利要求1所述的一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述CPW传输线(023)位于底层金属层(02)，作为馈线部分，垂直穿过并激励缝隙馈电结构(022)。
7.根据权利要求1所述的一种超低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述阻抗匹配结构(024)位于CPW传输线(023)的末端，控制缝隙耦合的能量大小，实现天线的宽带阻抗匹配，阻抗匹配结构(24)的类型包括开路线或短路线的一种。
CN202211579022.9A 2022-12-06 2022-12-06 一种超低剖面电磁偶极子天线 Pending CN116111328A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211579022.9A CN116111328A (zh) 2022-12-06 2022-12-06 一种超低剖面电磁偶极子天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211579022.9A CN116111328A (zh) 2022-12-06 2022-12-06 一种超低剖面电磁偶极子天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116111328A true CN116111328A (zh) 2023-05-12

Family

ID=86257028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211579022.9A Pending CN116111328A (zh) 2022-12-06 2022-12-06 一种超低剖面电磁偶极子天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116111328A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116826371A (zh) * 2023-08-29 2023-09-29 南通至晟微电子技术有限公司 一种双向准端射贴片天线

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116826371A (zh) * 2023-08-29 2023-09-29 南通至晟微电子技术有限公司 一种双向准端射贴片天线
CN116826371B (zh) * 2023-08-29 2023-12-22 南通至晟微电子技术有限公司 一种双向准端射贴片天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106207444B (zh) 双极化高增益及宽带互补天线
CN107069205B (zh) 新型宽带低剖面圆极化电磁偶极子天线
CN109802231B (zh) 基于人工磁导体的宽带电磁偶极子天线
CN106848554A (zh) 一种基于交指型紧耦合偶极子单元的超宽带宽角天线阵
CN111883910B (zh) 一种双极化低剖面磁电偶极子天线及无线通信设备
CN111262005B (zh) 适用于5g基站的双极化宽带磁电偶极子天线单元及天线阵列
CN110600870A (zh) 一种具有高谐波抑制的5g大频率比天线
WO2020019960A1 (zh) 毫米波低剖面宽带天线
CN108736153B (zh) 一种三频低剖面贴片天线
WO2019223318A1 (zh) 室内基站及其pifa天线
KR101630674B1 (ko) 폭이 다른 슬롯선로 구조를 이용한 이중 다이폴 준야기 안테나
CN211578982U (zh) 一种新型双层多频宽带微带天线
CN116111328A (zh) 一种超低剖面电磁偶极子天线
CN112886234B (zh) 一种基于嵌入式结构的微波毫米波共面共口径天线
CN112582808B (zh) 一种适用于毫米波5g通信的宽带蝶形贴片天线阵列
CN206789695U (zh) 新型宽带低剖面圆极化电磁偶极子天线
CN110739536B (zh) 半模Vivaldi天线及小型化大角度频扫天线阵列
CN112615127A (zh) 一种高增益5g毫米波段法布里珀罗阵列天线
CN219677561U (zh) 一种大频率比宽双频5g天线
CN217405706U (zh) 一种新型微带天线及以其为阵元的串馈阵列天线
CN220672851U (zh) 一种双极化磁电偶极子天线
Liu et al. A 3743 GHz endfire antenna element based on ball grid array packaging for 5g wireless systems
CN218569220U (zh) 一种应用于天线测试系统的Vivaldi天线
Li et al. A novel omnidirectional circularly polarized pagoda antenna with four shorting pins for UAV applications
CN215342963U (zh) 一种多馈点非对称圆极化车载天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination