CN202134653U

CN202134653U - 一种小型化宽频天线

Info

Publication number: CN202134653U
Application number: CN201120111148U
Authority: CN
Inventors: 李迎松; 杨晓冬; 常舒; 李明; 姜弢
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-04-15

Abstract

本实用新型提供的是一种小型化宽频天线。它包括介质基板，布置于介质基板上的辐射单元、共面波导馈电信号带线和共面波导接地面，所述辐射单元包括两片，共面波导馈电信号带线直接与两片辐射单元相连，共面波导接地面位于共面波导馈电信号带线的两侧，共面波导馈电信号带线与SMA内导体连接，SMA的外导体与共面波导接地面连接。本实用新型主要采用在共面波导馈电结构和两个U形辐射单元，两个U形辐射元产生邻近的两个谐振带宽，从而实现宽频带操作。在U形辐射单元的两个臂之间插入一条调谐的微带线，改变天线的分布电容和分布电感，从而调节天线的阻抗带宽，实现宽带操作。结构简单、工作带宽宽，便于批量生产，且成本低廉。

Description

一种小型化宽频天线

技术领域

本实用新型涉及的是一种天线，具体地说是一种小型化宽频天线。该天线可以用于接受和发射无线电波。

背景技术

由于无线电通信设备和电子信息设备朝着多功能化，小型化，超宽带以及与周围环境友好协调的方向发展，这使得宽频带，小型化成为国内外研究的热点课题之一。近年来，不需要钻孔和易于集成的共面波导结构日新月异，并且该结构可以通过照相或者光刻技术制作，并且有较好的极化特性，因此该技术已经应用在宽带天线的设计和相关的微波电路元器件的设计中。而目前的大多数情况下，需要一副天线能同时满足多频段的需求，同时要有较宽的阻抗带宽，同时能满足宽带通信的需求。特别是几年来，随着无线通信技术的飞速发展，WLAN已经广泛的普及，以及WiMAX和UWB通信技术的飞速发展，国内外的很多学者和公司都在研究具有较宽宽带的天线，同时能满足小型化的设计需求，便于设备的集成和小型化设计。同时解决现有宽频天线的一些缺点：(1)目前的宽频带天线大多数采用的是单极子天线和套筒天线的形式，但是这些天线的馈电方式比较复杂，体积较大，不便于系统的集成和小型化设；(2)目前的宽频带天线，大多数带宽比较窄，不能满足目前的设备的宽带化的需求，一般的每个带宽都在几百兆以上，因此需要设计一种具有较宽带宽的宽频天线；(3)近年来，学术界提出的大多数带有宽频特性的天线，大都是采用多对偶极子的形式，一般会是天线的体积增大，不变于小型化设计，同时各个谐振元之间的耦合较强，很难控制天线的阻抗特性。

文献“Electromagnetically coupled WLAN/WiMax antenna，M.Bashri，Ch.Ghobadi，M.Kamyab Hesari，and J.Nourinia，IEICE Electronics Express，Vol.7，No.13，2010.”提出一种具有耦合结构的宽频天线，但是该天线仍然有较大的体积和复杂的结构，文中虽然利用耦合的方法来产生宽频带宽，但是该天线采用双面耦合的结构，增加了天线的复杂度，不利于天线和系统的集成。文献“Band-notched design of the planar monopole antenna for WLAN/WiMaxapplications，Kang-kang Chen，and Ji-xiang Zhao，Microwave And Optical Technology Letters，Vol.52，No.12，2010”提出采用在辐射单元上刻蚀矩形槽的方法实现双频阻抗带宽的特性，但是尺寸较大，同时采用椭圆形的接地面设计，调试不便，除此之外，在天线的辐射单元上刻蚀槽，容易使天线的辐射特性恶化。中国专利“宽频开槽天线，申请号200510004103.6”阐述了开槽的宽频天线，该天线在不同的谐振频率内采用开不同的槽的结构，同时采用同轴电缆馈电，但该天线的带宽有限，且不变于天线和系统的小型化和集成。中国专利“宽频单偶极子天线，申请号：021023972”阐述一种叠层的宽频天线设计，该专利主要是在不同的介质层上印制不同的贴片单元，从而产生不同的谐振点，但是天线的结构相对比较复杂，同时带宽比较窄，不能满足现阶段的宽带通信需求和小型化集成设计的应用。中国专利“宽频印刷式天线，申请号：200710154359.4”，该宽频天线仍采用叠层结构和打孔的形式形成宽频特性，不但增加天线的复杂性，同时由于打孔会造成部分电磁波的泄露，从而影响天线的辐射特性。文献“Printed modified loop antenna for WLAN/WiMax applications，C.M.Peng，I.F.Chen，J.J.Yehand C.W.Hsue，Electronics Letters，Vol.43，No.5，2007”提出一种环形宽频微带天线，但是该天线的带宽很窄，不能满足宽带通信的需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种带宽宽，辐射效率高，具有宽频特性的小型化宽频天线。

本实用新型的目的是这样实现的：

它包括介质基板，布置于介质基板上的辐射单元、共面波导馈电信号带线和共面波导接地面，所述辐射单元包括两片，共面波导馈电信号带线直接与两片辐射单元相连，共面波导接地面位于共面波导馈电信号带线的两侧，共面波导馈电信号带线与SMA内导体连接，SMA的外导体与共面波导接地面连接。

本实用新型还可以包括：

1、所述辐射单元为U形贴片，两片U形贴片辐射单元的开口方向相同，第一片U形贴片辐射单元套在第二片U形贴片辐射单元外。

2、第二片U形贴片辐射单元内设置调谐微带线，调谐微带线与共面波导馈电信号带线相连接。

3、所述辐射单元为V形贴片，两片V形贴片辐射单元的开口方向相同，第一片V形贴片辐射单元位于第二片V形贴片辐射单元上方构成偶极子对。

4、共面波导接地面上切去两个三角形的切角。

本实用新型给出了一种小型化宽频天线，主要采用在共面波导馈电结构和两个U形辐射单元，两个U形辐射元产生邻近的两个谐振带宽，从而实现宽频带操作。在U形辐射单元的两个臂之间插入一条调谐的微带线，改变天线的分布电容和分布电感，从而调节天线的阻抗带宽，实现宽带操作。该天线的结构简单、工作带宽宽，便于批量生产，且成本低廉。

本实用新型的天线可以使用在电子侦察，电子对抗等设备上，实现WiMAX、WLAN和低端UWB的协同工作。

本实用新型属于共面波导馈电的单极子天线，该天线印制在介质基板上，其辐射单元为两个U形贴片，同时在U形辐射单元的中间插入一个调谐微带线，从而展宽天线的阻抗带宽，实现宽频带操作，满足WLAN(2.4GHz-2.483GHz)、WiMAX(2.5GHz-2.69GHz)、WiMAX(3.4GHz-3.69GHz)、UWB(3.1GHz-5.1GHz)、S和C波段的通信需求。本实用新型采用印刷天线结构、共面波导结构和折叠偶极子天线设计的方法，大大降低了天线体积，且比较容易和射频前端微波集成电路集成。

所述的小型化宽频天线可以包括在共面波导馈电信号带线上增加多个偶极子的形式，如从而产生多个邻近的谐振带宽，从而实现宽带操作。

所述的调谐微带线，可以采用矩形结构的微带线和T形结构的微带线，采用这些结构可以进一步缩小天线的尺寸，实现天线的小型化，同时可以有效增加天线的阻抗带宽。

为了采用单一平面印刷天线结构，而同时又能满足宽频的阻抗特性需求，本实用新型采用以下几种措施：

1、采用两个U形辐射元，使两个U形辐射元产生两个邻近的谐振带宽，从而实现宽带设计。

2、在U形辐射元之间插入一条调谐微带线，通过调整调谐微带线的长度和宽度，改变其分布电容和分布电感，从而改变天线的阻抗带宽。

3、利用共面波导的形式实现单一平面印刷天线结构，同时也便于和微波集成电路集成。同时在共面波导接地面上切去两个三角形的切角，进一步的改善天线的阻抗特性，进一步展宽频带。

根据以上共面波导的优势和技术思路，本实用新型采用的技术方案的主要特点为：

1、辐射单元采用U形贴片，类似于弯折的偶极子天线，便于设计和制作，且辐射单元尺寸较小，便于系统的小型化以及易于和微波集成电路集成，同时两个U形辐射单元之间有较强的耦合，可以实现宽频带阻抗匹配。

2、在U辐射单元之间插入一条调谐微带线的方法，通过改变调谐微带线的长度和宽度，改变调谐微带线的分布电容和分布电感，从而影响天线的谐振性能，改变其电流方向，增加天线的阻抗带宽。

3、馈电结构为共面波导馈电结构，由共面波导接地面和共面波导馈电信号带线组成，这样便于天线于射频前端集成，同时能很好的实现设备和系统的小型化，同时在共面波导接地面上切去一个三角形的切角，有效的改善馈电的分布电容和分布电感，从而进一步的增加天线的阻抗带宽。

本实用新型与现有技术相比，具有显著的优点为：

1、本实用新型可以实现更宽的阻抗带宽，该天线的两个U形辐射单元，类似于传统的偶极子天线的形式，但是该天线的尺寸与传统的偶极子和弯折偶极子相比，天线的尺寸大大的降低，以便于该天线能安装在小型化的系统内部，实现整机的小型化设计。

2、本实用新型所设计的小型化宽频天线印刷在介质基板的同一面，采用U形辐射单元，有效的降低天线的高度，同时采用共面波导馈电方式，便于和微波射频前端的成，进而减小系统的体积。

3、采用在U形辐射单元之间插入一条调谐微带线的方法，通过调节微带线的长度和宽度，进而改变分布电感和分布电容，使得所设计的天线能很好的和系统进行匹配，从而实现宽带设计。

附图说明

图1为本实用新型实施实例1的基本结构示意图；

图2为本实用新型实施实例1的天线图形示意图；

图3为本实用新型实施实例1的驻波曲线；

图4为本实用新型实施实例2的天线图形示意图；

图5为本实用新型实施实例2的驻波曲线。

具体实施方式

下面结合附图举例本对实用新型做更详细地描述：

实施实例1：

本实用新型的一个实例如图1和图2所示。它有介质基板107、U形辐射单元101和102、共面波导馈电信号带线103、调谐微带线106，共面波导接地面105组成以及共面波导接地面上的三角形切角104组成。该天线的共面波导馈电信号带线103的下端与SMA内导体连接。SMA的外导体与共面波导接地面105连接。根据图1和图2所示的结构，只要选择合适的尺寸，就能实现宽频阻抗带宽的设计。信号的能量通过共面波导信号带线把能量送到U形辐射单元，两个U形辐射单元产生不同的谐振带宽，切两个谐振带宽相邻很近，从而产生宽频特性，为了进一步优化所设计的天线，便于提供足够的带宽，满足WiMAX(3.4GHz-3.69GHz)、UWB(3.1GHz-5.9GHz)、S和C波段的通信需求。本实用新型在U形辐射单元之间插入开路调谐微带线，通过调节其长度和宽度，改变天线的整体匹配特性，从而产生更宽的阻抗带宽。该天线采用介电常数为2.65的介质基板，且介电损耗正切角小于10^-2，且其尺寸的大小可以和共面波导接地面相比拟。

图3为利用HFSS仿真的回波损耗曲线，从图上可以看出在驻波比(≤2∶1)即回波损耗＜-10dB的阻抗带宽是2.6-5.9GHz，满足宽带通信的需求，同时能够满足WLAN(5.15GHz-5.825GHz)、WiMAX(3.5GHz)和低端UWB的应用需求。

实施实例2：

如图4所示，本实用新型的另一种实施实例是把U形辐射单元展开形成近似V形，采用一对张开方向相反的偶极子对，一对偶极子产生的两个邻近的谐振带宽，且两个偶极子对之间有较强的耦合作用，通过两个偶极子之间的耦合，产生宽带操作。该天线辐射单元201和201为两个张开不同方向的偶极子、共面波导馈电信号带线203、共面波导接地面205组成。整个天线印刷在介电常数为2.65的介质基板上。该天线的共面波导馈电信号带线203的下端与SMA内导体连接。SMA的外导体与共面波导接地面205连接。根据图4所示的结构，只要选择合适的尺寸，就能满足其宽带工作特性和宽频特性。图5为该天线的回波损耗曲线。从图上可以看出在驻波比(≤2∶1)即回波损耗＜-10dB的阻抗带宽是2.2-5.5GHz，满足WLAN(2.4GHz-2.483GHz)、WiMAX(2.5GHz-2.69GHz)、WiMAX(3.4GHz-3.69GHz)、UWB(3.1GHz-5.5GHz)、S和C波段的通信需求。

虽然本实用新型以较佳实施实例公开如上，但它们并不是用来限定实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可做各种变化和润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims

1.一种小型化宽频天线，它包括介质基板，布置于介质基板上的辐射单元、共面波导馈电信号带线和共面波导接地面，其特征是：所述辐射单元包括两片，共面波导馈电信号带线直接与两片辐射单元相连，共面波导接地面位于共面波导馈电信号带线的两侧，共面波导馈电信号带线与SMA内导体连接，SMA的外导体与共面波导接地面连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化宽频天线，其特征是：所述辐射单元为U形贴片，两片U形贴片辐射单元的开口方向相同，第一片U形贴片辐射单元套在第二片U形贴片辐射单元外。

3.根据权利要求2所述的一种小型化宽频天线，其特征是：第二片U形贴片辐射单元内设置调谐微带线，调谐微带线与共面波导馈电信号带线相连接。

4.根据权利要求1所述的一种小型化宽频天线，其特征是：所述辐射单元为V形贴片，两片V形贴片辐射单元的开口方向相同，第一片V形贴片辐射单元位于第二片V形贴片辐射单元上方构成偶极子对。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的一种小型化宽频天线，其特征是：共面波导接地面上切去两个三角形的切角。