CN117525899A - 一种双频段5g微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微带天线技术领域,并公开了一种双频段5G微带天线,包括双频段5G微带天线、十字缝隙、两个过孔、两个馈电探针、第一馈点与第二馈点;其中,所述双频段5G微带天线整体呈H型结构,双频段5G微带天线包括介质基片、下层微带天线与上层微带天线,介质基片、下层微带天线与上层微带天线依次叠放设置,并共同形成一体式结构;其中,所述十字缝隙开设在上层微带天线上,且十字缝隙置于上层微带天线的中心位置。本发明采用H型结构的轮廓以及在边角位置开设狭缝,通过曲流原理延长电流路径,可以有效地减小天线的尺寸,这对于空间受限或需要紧凑尺寸的应用非常有益。
Description
技术领域
本发明涉及微带天线技术领域,尤其涉及一种双频段5G微带天线。
背景技术
双频段5G微带天线是一种天线设计,用于支持5G通信的双频段操作,通常是在Sub-6GHz和毫米波频段进行操作,这种天线结构可以同时提供两个或以上的工作频段,以便适应不同频段的5G通信需求,随着多模卫星组合导航技术的发展,可同时接收多个频段信号的卫星接收天线的设计得到了广泛重视,微带天线因具有尺寸小、成本低、易加工等特点,在卫星通信及卫星导航领域得到广泛使用。
微带天线的双频化方法很多,根据不同形状的微带天线,实现双频的方式也不同,若用单馈点方式实现双频化,一般有两种方式:一种是使用一块贴片,通过加载或者开槽的方法改变贴片各种自然模的场分布,进而使谐振频率受到干扰,最终实现双频或者多频工作,另一种是使用双层贴片,但是通常情况下,双层贴片天线要么加工在不同的介质上;要么加工在同一种介质上时,引入了空气层,使得加工不便,并且增大了尺寸,因此,现有技术中的双频段5G微带天线至少存在以下不足:
(1)尺寸增加:实现双频化的方法之一是通过加载或开槽来改变贴片的场分布,这可能导致天线尺寸的增加,增加尺寸可能会限制在空间有限的应用中使用,尤其是在需要小型化的场合;
(2)调谐复杂性:实现双频化时,需要对贴片的形状和结构进行调谐以获得所需的频率响应,这可能需要复杂的设计和优化过程,以确保在两个频段上都能获得良好的性能,调谐过程可能需要专门的工具和技术,并且对设计者具有一定的要求;
(3)天线带宽受限:在实现双频化的过程中,可能会对贴片的谐振频率进行调整,以实现所需的频率工作,然而,这种调整可能会导致天线的带宽受限,使其对宽带信号的适应能力较差;
(4)加工复杂性:双层贴片天线是实现双频化的另一种方式,但在同一种介质上加工时,常常需要引入空气层来实现分离,这样的加工过程可能较为复杂,并且可能增加制造成本和工艺要求;
(5)频率互相影响:使用单馈点方式实现双频化时,频率之间可能存在相互影响,例如,在调整一个频段的工作频率时,可能会影响到另一个频段的性能,因此,需要进行仔细的调谐和优化,以平衡两个频段的性能。
所以,需要设计一种双频段5G微带天线来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种双频段5G微带天线。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种双频段5G微带天线,包括双频段5G微带天线、十字缝隙、两个过孔、两个馈电探针、第一馈点与第二馈点;
其中,所述双频段5G微带天线整体呈H型结构,所述双频段5G微带天线包括介质基片、下层微带天线与上层微带天线,所述介质基片、下层微带天线与上层微带天线依次叠放设置,并共同形成一体式结构;
其中,所述十字缝隙开设在上层微带天线上,且十字缝隙置于上层微带天线的中心位置;
其中,两个所述过孔均开设在双频段5G微带天线上;
其中,两个所述馈电探针的一端均与介质基片相连接,另一端分别穿过两个过孔,所述双频段5G微带天线通过两个馈电探针馈电,对双频段5G微带天线馈入幅度相等、相位差为90度的两个信号;
其中,其中一个所述馈电探针与上层微带天线的交汇位置形成第一馈点,另外一个所述馈电探针与上层微带天线的交汇位置形成第二馈点,所述第一馈点与第二馈点与十字缝隙中心的连线成直角分布,并形成圆极化辐射。
作为本发明的一种优选技术方案,所述双频段5G微带天线的边角位置开设有若干狭缝。
作为本发明的一种优选技术方案,所述双频段5G微带天线上开设有若干开缝,所述开缝呈U型结构。
作为本发明的一种优选技术方案,所述下层微带天线与上层微带天线的材质相同,所述下层微带天线与上层微带天线之间不设有空气层。
作为本发明的一种优选技术方案,所述双频段5G微带天线1的宽度W的计算公式为:
式中:c表示真空中的光速;f表示天线的工作频率;εr为介质的相对介电常数。
本发明具有以下有益效果:
1.天线尺寸缩小:采用H型结构的轮廓以及在边角位置开设狭缝,通过曲流原理延长电流路径,可以有效地减小天线的尺寸,这对于空间受限或需要紧凑尺寸的应用非常有益;
2.多频段性能:双频段5G微带天线的设计能够使天线在多个频段(0.92GHz和2.45GHz)工作,这种多频段性能对于应对不同通信标准或频段的需求非常有用,从而提高了天线的灵活性和通用性;
3.极化控制:通过采用两个馈电探针的方式,双频段5G微带天线可以实现圆极化辐射,这对于某些应用,如卫星通信和雷达系统,是非常重要的,因为它们需要特定的极化方式以实现良好的通信性能;
4.方向性图波瓣特性:本发明提到双频段5G微带天线的方向性图具有良好的波瓣特性,这意味着天线能够精确地指向特定方向,对于需要定向信号传输的应用非常有益,如雷达或定向通信系统;
5.成本降低:相对于其他同类天线,双频段5G微带天线的结构更加简单,易于加工制作,这可以降低生产和制造的成本,从而增加了可行性;
6.频率调谐性能:通过调整狭缝的长度,可以控制天线的谐振频率,这提供了一种灵活的方式来适应不同频段或频率需求,这对于需要频率调谐性能的应用非常有用;
7.双频效果:通过在常规矩形天线辐射边附近添加若干条U形开缝,可以实现天线在两个不同的频率上的谐振,这样一来,天线可以同时工作于两个频段,提高了频段的覆盖范围和应用灵活性;
8.方便和快捷的设计:这个技术方案使得天线设计者只需通过改变几个关键参数(如d、Ln1、Ln2、Ln3)来调节天线的谐振频率,而不需要对整个天线结构进行复杂的调整,这大大简化了双频天线的设计过程,提高了设计的便捷性和效率。
附图说明
图1为本发明实施例1所提出的一种双频段5G微带天线的结构示意图;
图2为本发明实施例1所提出的一种双频段5G微带天线的爆炸结构示意图;
图3为图1的A处结构放大图;
图4为本发明实施例1所提出的一种双频段5G微带天线的平面结构示意图;
图5为图4的B处结构放大图;
图6为天线谐振频率随数值g的变化曲线;
图7为天线谐振频率随数值n的变化曲线;
图8为本发明实施例2所提出的一种双频段5G微带天线的平面结构示意图。
图中:1双频段5G微带天线、11介质基片、12下层微带天线、13上层微带天线、2十字缝隙、3过孔、4馈电探针、5第一馈点、6第二馈点、7狭缝、8开缝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
参照图1-7,一种双频段5G微带天线,包括双频段5G微带天线1、十字缝隙2、两个过孔3、两个馈电探针4、第一馈点5与第二馈点6;
其中,双频段5G微带天线1整体呈H型结构,双频段5G微带天线1包括介质基片11、下层微带天线12与上层微带天线13,介质基片11、下层微带天线12与上层微带天线13依次叠放设置,并共同形成一体式结构,下层微带天线12与上层微带天线13的材质相同,下层微带天线12与上层微带天线13之间不设有空气层,采用双层微带板的结构,使得微带天线能够工作在双频,与常规的微带双频天线相比,因为在两层微带天线之间没有引入空气层,通过在上层辐射贴片上开十字形缝隙2减小天线尺寸;而且天线的两层使用了同种材料,也便于加工;
双频段5G微带天线1的宽度W的计算公式为:
式中:c表示真空中的光速;f表示天线的工作频率;εr为介质的相对介电常数。
其中,十字缝隙2开设在上层微带天线13上,且十字缝隙2置于上层微带天线13的中心位置,十字缝隙2切断了电流的走向,增大了电流流经的路径,从减小了天线的尺寸,使天线结构紧凑;
其中,两个过孔3均开设在双频段5G微带天线1上;
其中,两个馈电探针4的一端均与介质基片11相连接,另一端分别穿过两个过孔3,双频段5G微带天线1通过两个馈电探针4馈电,对双频段5G微带天线1馈入幅度相等、相位差为90度的两个信号,双频段5G微带天线1通过两个馈电探针4馈电,对微带天线馈入幅度相等、相位差为90°的两个信号,这两个馈电探针4成直角分布时即可形成圆极化辐射,比较简便的实现方法使采用威尔金森功分器;
其中,其中一个馈电探针4与上层微带天线13的交汇位置形成第一馈点5,另外一个馈电探针4与上层微带天线13的交汇位置形成第二馈点6,第一馈点5与第二馈点6与十字缝隙2中心的连线成直角分布,并形成圆极化辐射。
参照图1-5,双频段5G微带天线1的边角位置开设有若干狭缝7,在保证天线性能良好的前提下,通过在辐射贴片边角开狭缝7来延长电流路径长度,这样不仅缩减了天线尺寸,并且能够使天线工作在0.92GHz和2.45GHz。
此实施例的具体工作原理如下:
在此实施例中,双频段5G微带天线1整体呈H型结构,为了减小天线轮廓的尺寸,可利用曲流原理采用H型结构的轮廓。H型结构的轮廓降低了天线的谐振频率,可以使天线的尺寸大减小,H型结构的双频段5G微带天线1拉长了原先矩形贴片天线上电流的路径,降低了天线的谐振频率,这样可以使天线尺寸缩小很多;
上层微带天线13的中部位置开设有十字缝隙2,十字缝隙2切断了电流的走向,增大了电流流经的路径,从减小了天线的尺寸,使天线结构紧凑,双频段5G微带天线1通过两个馈电探针4馈电,对微带天线馈入幅度相等、相位差为90°的两个信号,这两个馈电探针4成直角分布时即可形成圆极化辐射,比较简便的实现方法使采用威尔金森功分器,使二支路有四分之一波长的路径差,在实际设计中,将馈电网络制作在另一印刷电路板上,至于双频段5G微带天线1背后,而通过一对馈电探针4对贴片馈电,二探针在方位上形成90°夹角,以便激励起正交极化模,双频段5G微带天线1采用双层贴片,包括下层微带天线12与上层微带天线13,上层微带天线13半径为15.8mm,高0.1mm,并开了一个相互垂直的长10mm,宽1mm的十字缝隙2;过孔3的半径为2mm;下层微带天线12为大小为70*70mm2,高为1.6mm;介质的介电常数都为4.4;第一馈点5与第二馈点6距离十字缝隙2中心点8mm,采用50ohm同轴线进行双馈,一对馈电探针4直接穿过下层微带天线12的过孔3连接到上层微带天线13上,下层微带贴片12天线是上层微带贴片天线13的寄生单元,不用单独馈电,通过上层天线电磁耦合馈电;
双频段5G微带天线1的边角位置开设有若干狭缝7,在保证天线性能良好的前提下,通过在辐射贴片边角开狭缝7来延长电流路径长度,这样不仅缩减了天线尺寸,并且能够使天线工作在0.92GHz和2.45GHz,双频段5G微带天线1用双点馈电方式,并且方向性图具有良好的波瓣特性,在两个谐振中心频率处,天线的最大增益为-1.67dB和-2.68dB,该天线较其他同类天线体积小、结构简单、更易于加工,降低了加工和制作的成本,具体的,参照图4和图6,通过改变狭缝7的长度g,天线谐振频率的变化曲线如图6所示,从图6中可以看出,g从10mm增加到14mm,低频谐振点基本保持不变,不随g的改变而变化,而高频处谐振点向低频移动,参照图5与图7,天线谐振频率随狭缝7的长度n的变化曲线如图7所示,从图4中可以看出,n从12mm增加到16mm,低频谢振点向低频移动,高频谐振点基本没有变化,带宽基本不变,综上,增加四边缝隙n的取值可以有效降低低频谐振点的谐振点,增加四角缝隙g的取值可以使高频谐振点向左移,通过适当增加两组缝隙长度可以使天线尺寸有所减小,从而改善天线的性能。
实施例2
参照图8,一种双频段5G微带天线,双频段5G微带天线1上开设有若干开缝8,开缝8呈U型结构,在双频段5G微带天线1的总尺寸固定的情况下,在没有加缝隙时,可以通过改变d的大小来改变天线的谐振频率,在常规矩形天线的辐射边附近加上若干条U形开缝8就可以产生双频的效果。
此实施例的具体工作原理如下:
与实施例1不同的是,双频段5G微带天线1上开设有若干开缝8,开缝8呈U型结构,在双频段5G微带天线1的总尺寸固定的情况下,在没有加缝隙时,可以通过改变d的大小来改变天线的谐振频率,在常规矩形天线的辐射边附近加上若干条U形开缝8就可以产生双频的效果,其中主要是利用天线的TM10和TM30两种谐振模式,因为TM20的辐射方向图有较大的零点,而TM10和TM30的辐射特性相似,本发明中在双频段5G微带天线1上采用四个不等长度的U形开缝8加载,采用不等的四个U形的开缝8加载主要是为了增大高频的带宽,其主要思路是使用多个相邻谐振频率来增加高频的带宽,同时可以产生双频效应,还可以进一步减小天线的尺寸,由于靠近贴片辐射边的U形缝隙对TM10模式电流分布的影响甚微,所以双频段5G微带天线1的谐振频率主要取决于原始的H形天线的几何外形,因此可以通过改变d的大小来改变谐振频率;相反TM30模式的电流分布受d大小的影响相对较小,而它在U形开缝8附近的电流相对集中,受Ln1,Ln2,Ln3的影响相对较大,所以可以通过改变Ln1,Ln2,Ln3的大小来改变谐振频率,这样,天线设计者就可以通过只改变天线的一个或几个参数来调节双频段5G微带天线1的谐振频率,从而避免了其他双频天线设计中经常出现的两个频率互相影响而很难调节和控制的缺点,使得双频天线的设计更为方便和快捷。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明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揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双频段5G微带天线,其特征在于,包括双频段5G微带天线(1)、十字缝隙(2)、两个过孔(3)、两个馈电探针(4)、第一馈点(5)与第二馈点(6);
其中,所述双频段5G微带天线(1)整体呈H型结构,所述双频段5G微带天线(1)包括介质基片(11)、下层微带天线(12)与上层微带天线(13),所述介质基片(11)、下层微带天线(12)与上层微带天线(13)依次叠放设置,并共同形成一体式结构;
其中,所述十字缝隙(2)开设在上层微带天线(13)上,且十字缝隙(2)置于上层微带天线(13)的中心位置;
其中,两个所述过孔(3)均开设在双频段5G微带天线(1)上;
其中,两个所述馈电探针(4)的一端均与介质基片(11)相连接,另一端分别穿过两个过孔(3),所述双频段5G微带天线(1)通过两个馈电探针(4)馈电,对双频段5G微带天线(1)馈入幅度相等、相位差为90度的两个信号;
其中,其中一个所述馈电探针(4)与上层微带天线(13)的交汇位置形成第一馈点(5),另外一个所述馈电探针(4)与上层微带天线(13)的交汇位置形成第二馈点(6),所述第一馈点(5)与第二馈点(6)与十字缝隙(2)中心的连线成直角分布,并形成圆极化辐射。
2.根据权利要求1所述的一种双频段5G微带天线,其特征在于,所述双频段5G微带天线(1)的边角位置开设有若干狭缝(7)。
3.根据权利要求2所述的一种双频段5G微带天线,其特征在于,所述双频段5G微带天线(1)上开设有若干开缝(8),所述开缝(8)呈U型结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双频段5G微带天线,其特征在于,所述下层微带天线(12)与上层微带天线(13)的材质相同,所述下层微带天线(12)与上层微带天线(13)之间不设有空气层。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种双频段5G微带天线,其特征在于,所述双频段5G微带天线(1)的宽度W的计算公式为:
式中:c表示真空中的光速;f表示天线的工作频率;εr为介质的相对介电常数。
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