CN206806508U - 可重构的双极化宽频天线 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种可重构的双极化宽频天线，包括贴合于介质板的上表面的镂空金属片，贴合于介质板的下表面的L形金属微带线和斧形单极子结构；镂空金属片上刻蚀有阶梯型镂空缝隙；镂空金属片与第一SMA头的接地端电连接，L形金属微带线与第一SMA头的馈电端电连接；斧形单极子结构与第二SMA头的馈电端电连接，镂空金属片与第二SMA头的接地端电连接；斧形单极子结构的等边梯形金属片的尖端上部设置有金属焊盘，金属焊盘通过过孔接地，金属焊盘通过集总电容与等边梯形金属片的尖端连接。本实用新型可重构的双极化宽频天线利用阶梯型镂空缝隙谐振的正交电场模式来实现双极化，使得两个馈电端口的频率可重构并可独立谐调。

Description

可重构的双极化宽频天线
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种可重构的双极化宽频天线。
背景技术
为了便于通信终端和射频识别系统的大规模推广应用，终端或系统的经济成本和体积大小都是至关重要的考虑因素，作为其中重要部件的天线，在保证较高性能指标的前提下，必须都需要多频化、宽带化、小型化。现有技术的双极化天线设计的主流方法是通过将两个相同的天线单元，按照相互垂直的正交式布局来实现。虽然两个天线单元在垂直放置时正好形状相互嵌入式紧密结合可以减小天线总体尺寸，但是受制于天线单元的设计尺寸，使得双极化天线的尺寸很难再缩小。并且两个天线单元也较难形成较好的隔离度。
实用新型内容
本实用新型的主要目的提供一种可重构的双极化宽频天线，旨在解决现有的双极化天线尺寸大，并且隔离度差的技术问题。
为实现上述目的，一种可重构的双极化宽频天线，包括介质板、镂空金属片、L形金属微带线、第一SMA头、斧形单极子结构和第二SMA头，所述镂空金属片贴合于所述介质板的上表面，所述L形金属微带线和所述斧形单极子结构贴合于所述介质板的下表面；所述镂空金属片上刻蚀有阶梯型镂空缝隙，所述阶梯型镂空缝隙由第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空依次连接构成；所述L形金属微带线的横部与所述介质板的下表面的长边平行，所述L形金属微带线的竖部与所述介质板的下表面的长边垂直；所述斧形单极子结构包括条形竖部和斧形横部，所述斧形单极子结构的条形竖部包括连接的第一矩形金属片和第二矩形金属片，所述斧形单极子结构的条形竖部与所述介质板的下表面的长边垂直；所述斧形单极子结构的斧形横部包括对称设置于所述斧形单极子结构的条形竖部两侧的等边梯形金属片，所述斧形单极子结构关于所述介质板的下表面的宽边中轴线对称；所述第一SMA头设置于所述介质板上，所述镂空金属片与第一SMA头的接地端电连接，所述L形金属微带线与第一SMA头的馈电端电连接；所述第二SMA头设置于所述介质板上，所述斧形单极子结构与第二SMA头的馈电端电连接，所述镂空金属片与第二SMA头的接地端电连接；所述L形金属微带线的竖部延伸至所述介质板的下表面的底部长边，所述第一SMA头设置于所述L形金属微带线的竖部与所述介质板的下表面的底部长边相交位置的介质板上，形成第一馈电端口；所述斧形单极子结构的竖部延伸至所述介质板的下表面的顶部长边，所述第二SMA头设置于所述斧形单极子结构的竖部与所述介质板的下表面的顶部长边相交位置的介质板上，形成第二馈电端口；所述可重构的双极化宽频天线还包括一对设置于所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的尖端上部的金属焊盘，所述金属焊盘上设置有过孔，所述金属焊盘通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的尖端连接。
优选的，所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空的宽边与所述介质板的上表面的宽边中轴线平行；所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空关于所述宽边中轴线对称。
优选的，所述介质板为FR4的介质基板，所述介质板的厚度为0.8mm且介电常数为4.4。
优选的，所述介质板和镂空金属片的长度为74mm，所述介质板和镂空金属片的宽度为106mm；所述第一矩形镂空的长度为52mm，所述第一矩形镂空的宽度为44mm；所述第二矩形镂空的长度为32mm，所述第二矩形镂空的宽度为6mm；所述第三矩形镂空的长度为6.7mm，所述第三矩形镂空的宽度为10.5mm；所述第四矩形镂空的长度为2.6mm，所述第四矩形镂空的宽度为17.7mm；所述第五矩形镂空的长度为9.6mm，所述第五矩形镂空的宽度为1.5mm。
优选的，阶梯型镂空缝隙的下部长边与所述介质板的上表面的下部长边的距离为6.3mm。
优选的，所述L形金属微带线的宽度为1.32mm，所述L形金属微带线的横部的长度为27.6mm，所述L形金属微带线的竖部长度为11.32mm。
优选的，所述L形金属微带线的竖部与所述介质板的下表面的左边宽边的距离为20.4mm。
优选的，所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的长度为2.5mm，所述第一矩形金属片的宽度为36mm；所述斧形单极子结构的第二矩形金属片的长度为1mm，所述第二矩形金属片的宽度为11mm；所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的上底边长度为2.5mm，所述等边梯形金属片的下底边长度为16mm，所述等边梯形金属片的高度为6.75mm。
优选的，所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的中心点与所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的下底边的垂直距离为9.8mm。
本实用新型可重构的双极化宽频天线通过设置阶梯型镂空缝隙谐振，有效利用阶梯型镂空缝隙谐振的正交电场模式来实现双极化天线，可以充分减小天线设计尺寸，并在两个馈电端口间形成高的隔离度，使得两个馈电端口的频率可重构并可独立谐调。
附图说明
图1是本实用新型可重构的双极化宽频天线优选实施例的结构示意图；
图2是本实用新型可重构的双极化宽频天线的镂空金属片优选实施例的结构示意图；
图3是本实用新型可重构的双极化宽频天线的L形金属微带线和斧形单极子结构优选实施例的结构示意图；
图4是本实用新型可重构的双极化宽频天线的反射系数仿真结果示意图；
图5是本实用新型可重构的双极化宽频天线L0参数的反射系数仿真结果示意图；
图6是本实用新型可重构的双极化宽频天线d1参数的反射系数仿真结果示意图；
图7是本实用新型可重构的双极化宽频天线W4参数的反射系数仿真结果示意图；
图8是本实用新型可重构的双极化宽频天线LP3参数的反射系数仿真结果示意图；
图9是本实用新型可重构的双极化宽频天线S1参数的反射系数仿真结果示意图；
图10是本实用新型可重构的双极化宽频天线集总电容参数的反射系数仿真结果示意图。
本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，将在具体实施方式部分一并参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参照图1所示，图1是本实用新型可重构的双极化宽频天线优选实施例的平面结构示意图。在本实施例中，可重构的双极化宽频天线1，包括介质板10、镂空金属片20、L形金属微带线30和第一SMA(Sub-Miniature-A)头40、斧形单极子结构50和第二SMA(Sub-Miniature-A)头60。所述可重构的双极化宽频天线1为长方体结构(图1中仅示出了平面示意图)，所述镂空金属片20、L形金属微带线30及斧形单极子结构50均为铜质。所述介质板10为FR4的介质基板，所述介质板10厚度为0.8mm且介电常数优选为4.4。所述第一SMA头40、第二SMA头60为同轴连接器。所述镂空金属片20贴合于所述介质板10的上表面，所述L形金属微带线30和所述斧形单极子结构50贴合于所述介质板10的下表面；所述镂空金属片20上刻蚀有阶梯型镂空缝隙21，所述阶梯型镂空缝隙21由第一矩形镂空211、第二矩形镂空212、第三矩形镂空213、第四矩形镂空214和第五矩形镂空215依次连接构成；所述L形金属微带线的横部31与所述介质板10的下表面的长边平行，所述L形金属微带线的竖部32与所述介质板10的下表面的长边垂直；所述斧形单极子结构50包括条形竖部51和斧形横部52，所述斧形单极子结构的条形竖部51包括连接的第一矩形金属片511和第二矩形金属片512，所述斧形单极子结构的条形竖部51与所述介质板10的下表面的长边垂直；所述斧形单极子结构的斧形横部52包括对称设置于所述斧形单极子结构的条形竖部51两侧的等边梯形金属片521，所述斧形单极子结构50关于所述介质板10的下表面的宽边中轴线对称；所述第一SMA头40穿设于所述介质板10上，所述镂空金属片20与第一SMA头40的接地端电连接，所述L形金属微带线30与第一SMA头40的馈电端电连接；所述第二SMA头60设置于所述介质板10上，所述斧形单极子结构50与第二SMA头60的馈电端电连接，所述镂空金属片20与第二SMA头60的接地端电连接。所述L形金属微带线的竖部32延伸至所述介质板10的下表面的底部长边，所述第一SMA头40设置于所述L形金属微带线的竖部32与所述介质板10的下表面的底部长边相交位置的介质板10上，形成第一馈电端口S11；所述斧形单极子结构的竖部51延伸至所述介质板10的下表面的顶部长边，所述第二SMA头60设置于所述斧形单极子结构的竖部51与所述介质板10的下表面的顶部长边相交位置的介质板10上，形成第二馈电端口S22。所述可重构的双极化宽频天线1还包括一对设置于所述斧形单极子结构50的等边梯形金属片521的尖端上部的金属焊盘70，所述金属焊盘70上设置有过孔71，所述金属焊盘70通过所述过孔71接地，所述金属焊盘70还通过集总电容80与所述斧形单极子结构50的等边梯形金属片521的尖端连接。
本实用新型可重构的双极化宽频天线通过设置阶梯型镂空缝隙谐振，有效利用阶梯型镂空缝隙谐振的正交电场模式来实现双极化天线，可以充分减小天线设计尺寸，并在两个馈电端口间形成高的隔离度，使得两个馈电端口的频率可重构并可独立谐调。
参照图2所示，图2是可重构的双极化宽频天线的镂空金属片优选实施例的结构示意图。在本实施例中，所述第一矩形镂空211、第二矩形镂空212、第三矩形镂空213、第四矩形镂空214和第五矩形镂空215的宽边与所述介质板10的上表面的宽边中轴线平行；所述第一矩形镂空211、第二矩形镂空212、第三矩形镂空213、第四矩形镂空214和第五矩形镂空214关于所述宽边中轴线对称。
所述介质板10和镂空金属片20的长度W为74mm，所述介质板10和镂空金属片20的宽度L为106mm；所述第一矩形镂空211的长度W0为52mm，所述第一矩形镂空211的宽度L0为44mm；所述第二矩形镂空212的长度W1为32mm，所述第二矩形镂空212的宽度L1为6mm；所述第三矩形镂空213的长度W2为6.7mm，所述第三矩形镂空213的宽度L2为10.5mm；所述第四矩形镂空214的长度W3为2.6mm，所述第四矩形镂空214的宽度L3为17.7mm；所述第五矩形镂空215的长度W4为9.6mm，所述第五矩形镂空215的宽度L4为1.5mm。所述阶梯型镂空缝隙21的下部长边与所述介质板10的上表面的下部长边的距离dx为6.3mm。
参照图3所示，图3是可重构的双极化宽频天线的L形金属微带线和斧形单极子结构优选实施例的结构示意图。所述L形金属微带线30的宽度WP1为1.32mm，所述L形金属微带线的横部31的长度d2为27.6mm，所述L形金属微带线的竖部32的长度d1为11.32mm。所述L形金属微带线的竖部32与所述介质板10的下表面的左边宽边的距离d0为20.4mm。所述斧形单极子结构50的第一矩形金属片511的长度WP2为2.5mm，所述第一矩形金属片511的宽度LP2为36mm；所述斧形单极子结构50的第二矩形金属片512的长度WP3为1mm，所述第二矩形金属片512的宽度为LP3为11mm；所述斧形单极子结构50的等边梯形金属片521的上底S2长度为2.5mm，所述等边梯形金属片的下底边长度S1为16mm，所述等边梯形金属片的高度d3为6.75mm。所述斧形单极子结构50的等边梯形金属片521的中心点与所述斧形单极子结构50的第一矩形金属片511的下底边的垂直距离为9.8mm。
参考图4所示，图4是本实用新型可重构的双极化宽频天线的反射系数仿真结果示意图。从图4可以看出，所述可重构的双极化宽频天线1有两个馈电端口，所述第一馈电端口S11的反射系数在-10dB以下，工作频率可以覆盖1.15GHz到2.93GHz，FBW＝86.9％，实现了fm1、fm2、fm3三个谐振模式；所述第二馈电端口S22的反射系数在-10dB以下，工作频率可以覆盖1.15GHz到2.99GHz，FBW＝58.9％，实现了fp1、fp2两个谐振模式。所述第一馈电端口S11和所述第二馈电端口S22间的隔离度小于-32dB。
参考图5所示，图5是本实用新型可重构的双极化宽频天线L0参数的反射系数仿真结果示意图。从图5中可以看出，通过调节所述第一矩形镂空211的宽度L0，可以实现对fm2的独立调谐。参考图6所示，图6是本实用新型可重构的双极化宽频天线d1参数的反射系数仿真结果示意图。从图6中可以看出，通过调节L形金属微带线的竖部32的长度d1，可以实现对fm3的独立调谐。参考图7所示，图7是本实用新型可重构的双极化宽频天线W4参数的反射系数仿真结果示意图。从图7中可以看出，通过调节所述第五矩形镂空215的长度W4来实现对fm1的调谐。
参考图8所示，图8是本实用新型可重构的双极化宽频天线LP3参数的反射系数仿真结果示意图。从图8中可以看出，通过调节斧形单极子结构50的第二矩形金属片512的宽度LP3，可以实现对fp1的独立调谐。参考图9所示，图9是本实用新型可重构的双极化宽频天线S1参数的反射系数仿真结果示意图。从图9中可以看出，通过调节所述斧形单极子结构50的等边梯形金属片521的下底长度S1，可以实现对fp2的独立调谐。
参考图10所示，图10是本实用新型可重构的双极化宽频天线集总电容参数的反射系数仿真结果示意图。从图10中可以看出，通过调节所述集总电容80的大小，可以实现对fp2的频率可重构，随着集总电容80的增大，谐振频率fp2不断降低。
本实用新型可重构的双极化宽频天线通过设置阶梯型镂空缝隙谐振，通过有效利用阶梯型镂空缝隙谐振的正交电场模式来实现双极化天线，可以充分减小天线设计尺寸，并在两个馈电端口间形成高的隔离度，使得两个馈电端口的频率可重构并可独立谐调。
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种可重构的双极化宽频天线，包括介质板、镂空金属片、L形金属微带线、第一SMA头、斧形单极子结构和第二SMA头，其特征在于：
所述镂空金属片贴合于所述介质板的上表面，所述L形金属微带线和所述斧形单极子结构贴合于所述介质板的下表面；
所述镂空金属片上刻蚀有阶梯型镂空缝隙，所述阶梯型镂空缝隙由第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空依次连接构成；
所述L形金属微带线的横部与所述介质板的下表面的长边平行，所述L形金属微带线的竖部与所述介质板的下表面的长边垂直；
所述斧形单极子结构包括条形竖部和斧形横部，所述斧形单极子结构的条形竖部包括连接的第一矩形金属片和第二矩形金属片，所述斧形单极子结构的条形竖部与所述介质板的下表面的长边垂直；所述斧形单极子结构的斧形横部包括对称设置于所述斧形单极子结构的条形竖部两侧的等边梯形金属片，所述斧形单极子结构关于所述介质板的下表面的宽边中轴线对称；
所述第一SMA头设置于所述介质板上，所述镂空金属片与第一SMA头的接地端电连接，所述L形金属微带线与第一SMA头的馈电端电连接；
所述第二SMA头设置于所述介质板上，所述斧形单极子结构与第二SMA头的馈电端电连接，所述镂空金属片与第二SMA头的接地端电连接；
所述L形金属微带线的竖部延伸至所述介质板的下表面的底部长边，所述第一SMA头设置于所述L形金属微带线的竖部与所述介质板的下表面的底部长边相交位置的介质板上，形成第一馈电端口；所述斧形单极子结构的竖部延伸至所述介质板的下表面的顶部长边，所述第二SMA头设置于所述斧形单极子结构的竖部与所述介质板的下表面的顶部长边相交位置的介质板上，形成第二馈电端口；
所述可重构的双极化宽频天线还包括一对设置于所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的尖端上部的金属焊盘，所述金属焊盘上设置有过孔，所述金属焊盘通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的尖端连接。
2.如权利要求1所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空的宽边与所述介质板的上表面的宽边中轴线平行；所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空关于所述宽边中轴线对称。
3.如权利要求1所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述介质板为FR4的介质基板，所述介质板的厚度为0.8mm且介电常数为4.4。
4.如权利要求1-3任一项所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述介质板和镂空金属片的长度为74mm，所述介质板和镂空金属片的宽度为106mm；所述第一矩形镂空的长度为52mm，所述第一矩形镂空的宽度为44mm；所述第二矩形镂空的长度为32mm，所述第二矩形镂空的宽度为6mm；所述第三矩形镂空的长度为6.7mm，所述第三矩形镂空的宽度为10.5mm；所述第四矩形镂空的长度为2.6mm，所述第四矩形镂空的宽度为17.7mm；所述第五矩形镂空的长度为9.6mm，所述第五矩形镂空的宽度为1.5mm。
5.如权利要求4所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述阶梯型镂空缝隙的下部长边与所述介质板的上表面的下部长边的距离为6.3mm。
6.如权利要求5所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述L形金属微带线的宽度为1.32mm，所述L形金属微带线的横部的长度为27.6mm，所述L形金属微带线的竖部长度为11.32mm。
7.如权利要求6所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述L形金属微带线的竖部与所述介质板的下表面的左边宽边的距离为20.4mm。
8.如权利要求7所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的长度为2.5mm，所述第一矩形金属片的宽度为36mm；所述斧形单极子结构的第二矩形金属片的长度为1mm，所述第二矩形金属片的宽度为11mm；所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的上底边长度为2.5mm，所述等边梯形金属片的下底边长度为16mm，所述等边梯形金属片的高度为6.75mm。
9.如权利要求8所述的可重构的双极化宽频天线，其特征在于，所述斧形单极子结构的等边梯形金属片的中心点与所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的下底边的垂直距离为9.8mm。
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