CN201508914U - 双频微带阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双频微带阵列天线。它包括微带基板、阻抗网络变换单元、辐射单元、第一馈电点、第一辐射层、第二辐射层、第二馈电点；辐射单元的形状为工字型；两个辐射单元通过阻抗变换网络单元连接组成第一级阵列，两个第一级阵列通过阻抗变换网络单元连接组成第二级阵列，4个第二级阵列通过阻抗变换网络单元连接组成第三级阵列，4个第三级阵列通过阻抗变换网络单元连接组成辐射层，其阻抗变换网络单元中心点作为馈电点，一辐射层贴置于微带基板的一侧，构成第一辐射层，另一辐射层倒置贴置于微带基板的另一侧，构成第二辐射层。本实用新型具有增益高，损耗低、双频工作，成本低，易于制作，满足无线局域网的要求。

Description

双频微带阵列天线

技术领域

本实用新型涉及天线，尤其涉及一种双频微带阵列天线。

背景技术

随着技术的进步，无线局域网(WLAN)凭借其灵活便捷得到了广泛运用和迅速发展。在频率分配上，原有的802.11b(2.4～2.483GHz)协议中，有限的带宽和传输速率已经不能满足如今的数据通信需求，因此必须使用频带比较充裕的802.11a(5.15～5.85GHz)协议。为了满足兼容性，无线局域网需要采用双频收发系统。

天线作为通信系统中的的一个重要的无线电设备，其性能的好坏将直接影响无线电设备的性能。微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，能与载体共型，制造简单，成本低，易集成，容易实现双频、多频段工作等诸多优点，因此近十几年微带天线得到了广泛的研究和发展。适用于宽带WLAN的双频、多频带微带天线也正在得到研究和开发。为了使微带天线实现双频工作，常用的方法有多片法、多模单片法、加载单片法。但是其结构复杂，加工难度大。考虑到天线结构简单对工程应用的重要性，对普通微带天线进行改造后，能够满足WLAN双频的要求。但是微带天线的单元增益较低，因此常采用由微带贴片单元组成的微带阵列天线来获得更大的增益或实现特定的方向性。阵列天线可以实现单个天线所无法实现的复杂功能，具有更大的灵活性、更高的信号容量，能显著提高系统的性能。

市场上已有的一些微带天线如倒F型天线等虽然能否双频工作，但是增益只有不到8dBi，定向性能差，损耗大，因此迫切需要研究出一种高增益、低损耗、双频工作的阵列天线来满足WLAN通信系统的要求。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术在无线局域网中频带窄、损耗大，增益低的不足，提供一种双频微带阵列天线。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

双频微带阵列天线包括微带基板、阻抗网络变换单元、辐射单元、第一馈电点、第一辐射层、第二辐射层、第二馈电点；辐射单元的形状为工字型；两个辐射单元通过阻抗变换网络单元连接组成第一级阵列，两个第一级阵列通过阻抗变换网络单元连接组成第二级阵列，4个第二级阵列通过阻抗变换网络单元连接组成第三级阵列，4个第三级阵列通过阻抗变换网络单元连接组成辐射层，其阻抗变换网络单元中心点作为馈电点，一辐射层贴置于微带基板的一侧，构成第一辐射层，其馈电点为第一馈电点，另一辐射层倒置贴置于微带基板的另一侧，构成第二辐射层，其馈电点为第二馈电点。

所述的微带基板为聚四氟乙烯材料。所述的阻抗变换网络单元采用1/4λ阻抗匹配，并且采用并联馈电方式。所述的第一馈电点和第二馈电点采用同轴线馈电，特性阻抗为50Ω。

本实用新型具有增益高，损耗低、双频工作，成本低，易于制作，满足无线局域网的要求。

附图说明

图1是双频微带阵列天线的结构主视图；

图2是双频微带阵列天线的结构后视图；

图3是双频微带阵列天线在2.35～2.49GHz时的驻波比曲线图；

图4是双频微带阵列天线在5.1～6.0GHz时的驻波比曲线图；

图5是双频微带阵列天线在2.4GHz时E面的辐射方向图；

图6是双频微带阵列天线在2.4GHz时H面的辐射方向图；

图7是双频微带阵列天线在2.483GHz时E面的辐射方向图；

图8是双频微带阵列天线在2.483GHz时H面的辐射方向图；

图9是双频微带阵列天线在5.15GHz时E面的辐射方向图；

图10是双频微带阵列天线在5.15GHz时H面的辐射方向图；

图11是双频微带阵列天线在5.85GHz时E面的辐射方向图；

图12是双频微带阵列天线在5.85GHz时H面的辐射方向图。

具体实施方式

双频微带阵列天线包括微带基板1、阻抗网络变换单元2、辐射单元3、第一馈电点4、第一辐射层5、第二辐射层6、第二馈电点7；辐射单元3的形状为工字型；两个辐射单元3通过阻抗变换网络单元2连接组成第一级阵列，两个第一级阵列通过阻抗变换网络单元2连接组成第二级阵列，4个第二级阵列通过阻抗变换网络单元2连接组成第三级阵列，4个第三级阵列通过阻抗变换网络单元2连接组成辐射层，其阻抗变换网络单元2中心点作为馈电点，一辐射层贴置于微带基板1的一侧，构成第一辐射层5，其馈电点为第一馈电点4，另一辐射层倒置贴置于微带基板1的另一侧，构成第二辐射层6，其馈电点为第二馈电点7。

所述的微带基板1为聚四氟乙烯材料。为了使微带阵列天线能在双频工作，所述的辐射单元3采用工字型，其总长度相等，为微带天线中心工作波长的1/7，宽度相等，为微带天线中心工作波长的1/8。所述的辐射单元3的工字型中间开槽处的深度约为微带天线中心工作波长的1/20。第一辐射层5和第二辐射层6的几何中心对准，分别对应第一馈电点4和第二馈电点7。所述的阻抗变换网络单元2采用1/4λ阻抗匹配，并且采用并联馈电方式。所述的第一馈电点4和第二馈电点7采用同轴线馈电，特性阻抗为50Ω。根据设计需要，可改变辐射单元3的尺寸或调整阻抗变换网络单元2的结构，提高定向性，改善天线性能。

实施例1

双频微带阵列天线：

选择介电常数为2.65的聚四氟乙烯材料制作微带基板，厚度为1mm。为了使微带阵列天线工作在双频段，辐射单元采用工字型，其总长度为18.6mm，宽度为16mm。辐射单元的工字型开槽处的深度为2.4mm，长度为4.2mm。辐射单元通过阻抗网络变换单元连接构成辐射层。第一级阵列天线的阻抗网络变换单元的宽度为1.8mm。第二级阵列天线的阻抗网络变换单元采用双节匹配，其宽度分别为1.8mm、0.9mm。第三级阵列天线的阻抗网络变换单元采用倒八字渐变结构，最大宽度为2.4mm，最小宽度为0.9mm。第一辐射层和第二辐射层的厚度均为0.06mm。第一馈电点和第二馈电点采用同轴线连接，特性阻抗为50Ω，同轴线直径为1.5mm。双频微带阵列天线采用32×2共64个辐射单元，微带阵列天线的尺寸为260mm×260mm。采用R3767CH网络分析仪对高增益微带阵列天线的驻波比曲线和增益等辐射特性进行了测量所得的双频微带阵列天线在2.35～2.49GHz时的驻波比曲线如图3。由图3可见，在2.35～2.49GHz范围内驻波比小于1.5，完全可以覆盖无线局域网标准2.4GHz段2.40～2.483GHz的整个频率范围。双频微带阵列天线在5.1～6.0GHz时的驻波比曲线如图4，在5.1～6.0GHz范围内驻波比小于1.5，完全可以覆盖无线局域网标准5.8GHz段5.15～5.85GHz的整个频率范围。双频微带阵列天线在2.4GHz时的E面辐射方向图如图5，天线的主瓣增益达19.57dBi，-3dB波束宽度为23.52°。双频微带阵列天线在2.4GHz时的H面辐射方向图如图6，主瓣增益达19.58dBi，-3dB波束宽度为25.40°。双频微带阵列天线在2.483GHz时的E面辐射方向图如图7，天线的主瓣增益达19.72dBi，-3dB波束宽度为25.20°；双频微带阵列天线在2.483GHz时的H面辐射方向图如图8，主瓣增益达19.81dBi，-3dB波束宽度为23.40°。双频微带阵列天线在5.15GHz时的E面辐射方向图如图9，天线的主瓣增益达22.40dBi，-3dB波束宽度为14.20°；双频微带阵列天线在5.15GHz时的H面辐射方向图如图10，主瓣增益达22.42dBi，-3dB波束宽度为13.98°。双频微带阵列天线在5.85GHz时的E面辐射方向图如图11，天线的主瓣增益达21.54dBi，-3dB波束宽度为10.32°；双频微带阵列天线在5.85GHz时的H面辐射方向图如图12，主瓣增益达21.58dBi，-3dB波束宽度为10.98°。

Claims (4)

1.一种双频微带阵列天线，其特征在于包括微带基板(1)、阻抗网络变换单元(2)、辐射单元(3)、第一馈电点(4)、第一辐射层(5)、第二辐射层(6)、第二馈电点(7)；辐射单元(3)的形状为工字型；两个辐射单元(3)通过阻抗变换网络单元(2)连接组成第一级阵列，两个第一级阵列通过阻抗变换网络单元(2)连接组成第二级阵列，4个第二级阵列通过阻抗变换网络单元(2)连接组成第三级阵列，4个第三级阵列通过阻抗变换网络单元(2)连接组成辐射层，其阻抗变换网络单元(2)中心点作为馈电点，一辐射层贴置于微带基板(1)的一侧，构成第一辐射层(5)，其馈电点为第一馈电点(4)，另一辐射层倒置贴置于微带基板(1)的另一侧，构成第二辐射层(6)，其馈电点为第二馈电点(7)。

2.如权利要求1所述的一种双频微带阵列天线，其特征在于所述的微带基板(1)为聚四氟乙烯材料。

3.如权利要求1所述的一种双频微带阵列天线，其特征在于所述的阻抗变换网络单元(2)采用1/4λ阻抗匹配，并且采用并联馈电方式。

4.如权利要求1所述的一种双频微带阵列天线，其特征在于所述的第一馈电点(4)和第二馈电点(7)采用同轴线馈电，特性阻抗为50Ω。

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