CN206271872U - 一种基于缺陷地结构的双频微带天线 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于缺陷地结构的双频微带天线，包括有介质基板、辐射贴片和接地板，辐射贴片和接地板沿介质基板的中心线对称布置，辐射贴片位于介质基板的上表面，接地板在介质基板背面的下方，辐射贴片包括条带贴片、下竖矩形贴片、横矩形贴片、上竖矩形片、右竖矩形贴片、左竖矩形贴片、左横矩形贴片、右横矩形贴片、椭圆形横矩形贴片和圆环贴片，椭圆形横矩形贴片设置在接地板的中间位置；接地板由矩形贴片和不规则圆贴片组成，不规则圆贴片中部设置有等边倒三角形空白块；本实用新型质量轻、体积小，能有效降低回波损耗，发射较高的频段带宽，同时具有多频段性及稳定性。
Description
技术领域
本申请属于天线技术领域，具体的说是一种基于缺陷地结构的双频微带天线。
背景技术
目前在无线通信技术领域，实现多频的方法有两种:一种是利用超宽带天线将所有频段全部覆盖，但是该方法仅仅适用于多个频段相距比较近的情况，有很大的局限性；另一种方法是让系统中的天线分别独立覆盖这些频段，此方法比较常见，但是存在很多技术难点，如天线单元之间的互相干扰问题，且占用空间较大。所以我们希望能够在单天线上实现双频或多频，从而避免天线之间相互干扰的问题。
缺陷接地结构(DefectedGroundStructure，DGS)，是微波领域新近发展的热门技术之一，它是由光子带隙结构发展而来。该结构通过在微带线等传输线接地平面上蚀刻周期性或非周期性图形，来改变接地电流的分布，从而改变传输线的频率特性，可实现激发谐振频率，抑制谐波，增加带宽等作用。缺陷接地结构在微波电路和天线设计中有着十分广泛的应用。微带天线具有质量轻、体积小、易于制作等优点。但是普通的微带天线一般尺寸较大，频率单一、频带较窄、损耗较高。为此微带天线在降低回波损耗、增加天线带宽和減小尺寸等方面有待改进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于缺陷地结构的双频微带天线，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
一种基于缺陷地结构的双频微带天线，包括有介质基板、辐射贴片和接地板，所述辐射贴片和接地板沿介质基板的中心线对称布置，辐射贴片位于介质基板的上表面，接地板在介质基板背面的下方，所述辐射贴片包括条带贴片、下竖矩形贴片、横矩形贴片、上竖矩形片、右竖矩形贴片、左竖矩形贴片、左横矩形贴片、右横矩形贴片、椭圆形横矩形贴片和圆环贴片，所述椭圆形横矩形贴片设置在接地板的中间位置；所述接地板由矩形贴片和不规则圆贴片组成，所述不规则圆贴片中部设置有等边倒三角形空白块；所述介质基板的正面上方设有圆环贴片，圆环贴片的左下角与左横矩形贴片右端重叠连接，圆环贴片的右下角与右横矩形贴片的左端重叠连接，所述左横矩形贴片的左端与左竖矩形贴片的顶端连接，右横矩形贴片的右端与右竖矩形贴片的顶端连接，左竖矩形贴片的下端与横矩形贴片的左端重叠连接，右竖矩形贴片的下端与横矩形贴片的右端重叠连接，所述椭圆形横矩形贴片的底边与上竖矩形贴片的顶端连接，上竖矩形贴片的底端与横矩形贴片的顶边连接，横矩形贴片的底边与下竖矩形贴片的顶端连接，下竖矩形贴片的下端与条带贴片的顶端连接，条带贴片的底边延伸到介质基板的下底边缘。
作为本实用新型进一步的方案：所述介质基板为FR4环氧板，相对介电常数εr＝4.4，介质损耗为0.02，馈电方式为微带线馈电，特性阻抗为50Ω。
作为本实用新型再进一步的方案：所述介质基板的长L为38mm，宽W为23mm，厚为1.6mm。
作为本实用新型再进一步的方案：所述圆环贴片外环半径R2＝5mm，内环半径R1＝4.7mm，外环圆心与内环圆心位置相同，圆环贴片的中心至介质基板下底边的长度L9＝32mm；右横矩形贴片长L6＝4mm，宽W6＝1mm左端重叠连接；左横矩形贴片长L6＝4mm，宽W6＝1mm；左竖矩形贴片长L5＝14mm，宽W5＝1mm；右竖矩形贴片的长L5＝14mm，宽W5＝1mm；横矩形贴片的长L3＝16mm，宽W3＝2mm；椭圆形横矩形贴片长L8＝8mm，宽W8＝3mm，椭圆形横矩形贴片的椭圆的长半轴A＝3mm，短半轴B＝0.9mm，椭圆形横矩形贴片椭圆中心至介质基板下底边的长度L10＝21.9mm；上竖矩形贴片长L4＝3.4mm，宽W4＝1mm；下竖矩形贴片长L2＝2mm，宽W2＝2mm；条带贴片长L1＝13mm，宽W1＝3.6mm。
作为本实用新型再进一步的方案：所述接地板的上边宽度W11＝8.72，接地板的矩形贴片宽度W＝23mm，高度L15＝6mm，接地板的上边至等边倒三角形空白块的上边的长度L11＝1.65mm，等边倒三角形空白块的边长W10＝4.33mm，等边倒三角形空白块的高度L12＝3.75mm，等边倒三角形空白块的底端至不规则圆贴片圆心的距离L13＝3.6mm，不规则圆贴片的圆心至介质基板的下底边缘的长度L14＝3mm，不规则圆贴片的半径R3＝10mm，不规则圆贴片与矩形贴片的交点到介质基板侧边的距离W9＝1.96mm，不规则圆贴片与矩形贴片的左交点到不规则圆贴片与矩形铁片的右交点之间的宽度W12＝19.08mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型质量轻、体积小，能有效降低回波损耗，发射较高的频段带宽，同时具有多频段性及稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为基于缺陷地结构的双频微带天线的正面结构示意图。
图2为基于缺陷地结构的双频微带天线的背面结构示意图。
图3为基于缺陷地结构的双频微带天线的回波损耗特征曲线图。
图4为基于缺陷地结构的双频微带天线在2.45GHz时在E平面的辐射方向图。
图5为基于缺陷地结构的双频微带天线在2.45GHz时在H平面的辐射方向图。
图6为基于缺陷地结构的双频微带天线在3.5GHz时在E平面的辐射方向图。
图7为基于缺陷地结构的双频微带天线在3.5GHz时在H平面的辐射方向图。
图中：1-介质基板，2-接地板，3-条带贴片，4-下竖矩形贴片，5-横矩形贴片，6-上竖矩形片，7-右竖矩形贴片，8-左竖矩形贴片，9-左横矩形贴片，10-右横矩形贴片，11-椭圆形横矩形贴片，12-圆环贴片。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请参阅图1～2，本实用新型实施例中，一种基于缺陷地结构的双频微带天线，包括有介质基板1、辐射贴片和接地板2，辐射贴片和接地板2沿介质基板1的中心线对称布置，辐射贴片位于介质基板1的上表面，接地板2在介质基板1背面的下方，所述辐射贴片包括条带贴片3、下竖矩形贴片4、横矩形贴片5、上竖矩形片6、右竖矩形贴片7、左竖矩形贴片8、左横矩形贴片9、右横矩形贴片10、椭圆形横矩形贴片11和圆环贴片12，所述椭圆形横矩形贴片11设置在接地板2的中间位置；
所述接地板2由矩形贴片和不规则圆贴片组成，所述不规则圆贴片中部设置有等边倒三角形空白块；
所述介质基板1的正面上方设有圆环贴片12，圆环贴片12的左下角与左横矩形贴片9右端重叠连接，圆环贴片12的右下角与右横矩形贴片10的左端重叠连接，所述左横矩形贴片9的左端与左竖矩形贴片8的顶端连接，右横矩形贴片10的右端与右竖矩形贴片7的顶端连接，左竖矩形贴片8的下端与横矩形贴片5的左端重叠连接，右竖矩形贴片7的下端与横矩形贴片5的右端重叠连接，所述椭圆形横矩形贴片11的底边与上竖矩形贴片6的顶端连接，上竖矩形贴片6的底端与横矩形贴片5的顶边连接，横矩形贴片5的底边与下竖矩形贴片4的顶端连接，下竖矩形贴片4的下端与条带贴片3的顶端连接，条带贴片3的底边延伸到介质基板1的下底边缘。
所述介质基板1为FR4环氧板，相对介电常数εr＝4.4，介质损耗为0.02，馈电方式为微带线馈电，特性阻抗为50Ω。
缺陷地结构可以激发和改善谐振频率，增加阻抗带宽。本实用新型的缺陷地结构是通过在接地板2的合适位置蚀刻由横矩形和等边倒三角形组成的缺陷块得到的，因此天线共出现了两个频段且带宽较宽，匹配较好。本实用新型在没有增加整体体积的情况下得到了覆盖蓝牙和WiMAX工作频段的天线。
应用高频仿真软件HFSS对不同天线结构参数进行仿真计算和优化设计，获得以下最佳尺寸和调谐的关系，所述介质基板1的长L为38mm，宽W为23mm，厚为1.6mm；所述圆环贴片12外环半径R2＝5mm，内环半径R1＝4.7mm，外环圆心与内环圆心位置相同，圆环贴片12的中心至介质基板1下底边的长度L9＝32mm；右横矩形贴片10长L6＝4mm，宽W6＝1mm左端重叠连接；左横矩形贴片9长L6＝4mm，宽W6＝1mm；左竖矩形贴片8长L5＝14mm，宽W5＝1mm；右竖矩形贴片7的长L5＝14mm，宽W5＝1mm；横矩形贴片5的长L3＝16mm，宽W3＝2mm；椭圆形横矩形贴片11长L8＝8mm，宽W8＝3mm，椭圆形横矩形贴片11的椭圆的长半轴A＝3mm，短半轴B＝0.9mm，椭圆形横矩形贴片11椭圆中心至介质基板1下底边的长度L10＝21.9mm；上竖矩形贴片6长L4＝3.4mm，宽W4＝1mm；下竖矩形贴片4长L2＝2mm，宽W2＝2mm；条带贴片3长L1＝13mm，宽W1＝3.6mm。
接地板2的上边宽度W11＝8.72，接地板2的矩形贴片宽度W＝23mm，高度L15＝6mm，接地板2的上边至等边倒三角形空白块的上边的长度L11＝1.65mm，等边倒三角形空白块的边长W10＝4.33mm，等边倒三角形空白块的高度L12＝3.75mm，等边倒三角形空白块的底端至不规则圆贴片圆心的距离L13＝3.6mm，不规则圆贴片的圆心至介质基板1的下底边缘的长度L14＝3mm，不规则圆贴片的半径R3＝10mm，不规则圆贴片与矩形贴片的交点到介质基板1侧边的距离W9＝1.96mm，不规则圆贴片与矩形贴片的左交点到不规则圆贴片与矩形铁片的右交点之间的宽度W12＝19.08mm。
本实用新型提供的双频微带天线提供了0.27GHz、0.63Hz两个阻抗带宽，工作频段分别为2.32～2.59GHz、3.33～3.96GHZ，谐振频率分别为2.46GHz、3.50GHz。图3所示为本实用新型天线的回波损耗特征曲线图，如图3所示，本实用新型的天线在谐振点处的回波损耗分别为-36.3dB，-30.4dB，由此显示出天线良好的匹配特性。图4和图5分别是天线在2.45GHz时分别在E平面和H平面的辐射方向图，图6和图7分别是天线在3.5GHz时在E平面和H平面的辐射方向图。由图可知，该实用新型提供的双频微带天线的辐射方向图特性在所有的工作频段内相对稳定，具有良好的方向性。综上所述，缺陷地结构能够增加天线的带宽，使其具有多频段特性和良好的匹配特性及稳定性。
上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于缺陷地结构的双频微带天线，其特征在于，包括有介质基板(1)、辐射贴片和接地板(2)，所述辐射贴片和接地板(2)沿介质基板(1)的中心线对称布置，辐射贴片位于介质基板(1)的上表面，接地板(2)在介质基板(1)背面的下方，所述辐射贴片包括条带贴片(3)、下竖矩形贴片(4)、横矩形贴片(5)、上竖矩形片(6)、右竖矩形贴片(7)、左竖矩形贴片(8)、左横矩形贴片(9)、右横矩形贴片(10)、椭圆形横矩形贴片(11)和圆环贴片(12)，所述椭圆形横矩形贴片(11)设置在接地板(2)的中间位置；所述接地板(2)由矩形贴片和不规则圆贴片组成，所述不规则圆贴片中部设置有等边倒三角形空白块；所述介质基板(1)的正面上方设有圆环贴片(12)，圆环贴片(12)的左下角与左横矩形贴片(9)右端重叠连接，圆环贴片(12)的右下角与右横矩形贴片(10)的左端重叠连接，所述左横矩形贴片(9)的左端与左竖矩形贴片(8)的顶端连接，右横矩形贴片(10)的右端与右竖矩形贴片(7)的顶端连接，左竖矩形贴片(8)的下端与横矩形贴片(5)的左端重叠连接，右竖矩形贴片(7)的下端与横矩形贴片(5)的右端重叠连接，所述椭圆形横矩形贴片(11)的底边与上竖矩形贴片(6)的顶端连接，上竖矩形贴片(6)的底端与横矩形贴片(5)的顶边连接，横矩形贴片(5)的底边与下竖矩形贴片(4)的顶端连接，下竖矩形贴片(4)的下端与条带贴片(3)的顶端连接，条带贴片(3)的底边延伸到介质基板(1)的下底边缘。
2.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双频微带天线，其特征在于，所述介质基板(1)为FR4环氧板，相对介电常数εr＝4.4，介质损耗为0.02，馈电方式为微带线馈电，特性阻抗为50Ω。
3.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双频微带天线，其特征在于，所述介质基板(1)的长L为38mm，宽W为23mm，厚为1.6mm。
4.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双频微带天线，其特征在于，所述圆环贴片(12)外环半径R2＝5mm，内环半径R1＝4.7mm，外环圆心与内环圆心位置相同，圆环贴片(12)的中心至介质基板(1)下底边的长度L9＝32mm；右横矩形贴片(10)长L6＝4mm，宽W6＝1mm左端重叠连接；左横矩形贴片(9)长L6＝4mm，宽W6＝1mm；左竖矩形贴片(8)长L5＝14mm，宽W5＝1mm；右竖矩形贴片(7)的长L5＝14mm，宽W5＝1mm；横矩形贴片(5)的长L3＝16mm，宽W3＝2mm；椭圆形横矩形贴片(11)长L8＝8mm，宽W8＝3mm，椭圆形横矩形贴片(11)的椭圆的长半轴A＝3mm，短半轴B＝0.9mm，椭圆形横矩形贴片(11)椭圆中心至介质基板(1)下底边的长度L10＝21.9mm；上竖矩形贴片(6)长L4＝3.4mm，宽W4＝1mm；下竖矩形贴片(4)长L2＝2mm，宽W2＝2mm；条带贴片(3)长L1＝13mm，宽W1＝3.6mm。
5.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双频微带天线，其特征在于，所述接地板(2)的上边宽度W11＝8.72，接地板(2)的矩形贴片宽度W＝23mm，高度L15＝6mm，接地板(2)的上边至等边倒三角形空白块的上边的长度L11＝1.65mm，等边倒三角形空白块的边长W10＝4.33mm，等边倒三角形空白块的高度L12＝3.75mm，等边倒三角形空白块的底端至不规则圆贴片圆心的距离L13＝3.6mm，不规则圆贴片的圆心至介质基板(1)的下底边缘的长度L14＝3mm，不规则圆贴片的半径R3＝10mm，不规则圆贴片与矩形贴片的交点到介质基板(1)侧边的距离W9＝1.96mm，不规则圆贴片与矩形贴片的左交点到不规则圆贴片与矩形铁片的右交点之间的宽度W12＝19.08mm。
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