CN207282718U - 一种宽频圆极化缝隙天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽频圆极化缝隙天线，所述天线包括介质基片，所述介质基片的上表面设有地板，所述地板上刻蚀有一个缝隙，所述介质基片的下表面设有馈电结构，所述馈电结构包括相连接的Z形贴片和矩形贴片；所述Z形贴片与矩形贴片的连接处刻蚀有两条尺寸相同的细缝。本实用新型的宽频圆极化缝隙天线采用具有Z形贴片的馈电结构，并在Z形贴片与矩形贴片的连接处刻蚀细缝，具有结构简单，易于加工制造，成本低等优点，且具有宽频带、增益稳定的特性，能够满足蓝牙、Wi‑Fi(2.45GHz)、WiMAX(2.5GHz、3.5GHz)等频段的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种缝隙天线，尤其是一种宽频圆极化缝隙天线，属于无线移动通信技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的发展，对天线的性能要求越来越高，多辐射单元、多馈电结构和多极化形式的小型化天线受到越来越多的关注。其中圆极化天线较线极化天线而言，具有抗多径反射，在发射和接受信号时不需要极化校准等优点，已经被广泛的研究。为了满足现代无线通信对高数据传输率的要求，对圆极化天线的带宽要求越来越高，因此设计一款宽频带圆极化天线是十分必要的。其中圆极化缝隙天线因为具有轻质量、小体积、低成本等优点成为研究的一个热门方向。
采用微带馈电，结构简单，使得天线主体能够直接基于PCB工艺加工出来，明显降低了天线的成本，这对于天线的大规模应用于无线通信具有明显的优势。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
1)2012年，Shien-Piao Pan和Jia-Yi Sze在“Proceedings of AMPC 2012”上发表题为“A New Design for CPW-Fed Broadband Circularly Polarized Square SlotAntenna”的文章中，使用T形共面波导进行馈电，并通过蚀刻细缝和增加开路支节的方法，实现了50％的阻抗和轴比带宽。整个天线在一片介质基板的同侧，具有易加工的优点，其增益波动在1.4dB范围内。
2)2016年，Mubarak Sani Ellis,Zhiqin Zhao等人在“IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION”上发表题为“A Novel Simple and Compact Microstrip-FedCircularly Polarized Wide Slot Antenna With Wide Axial Ratio Bandwidth for C-Band Applications”的文章中，采用微带馈电，通过改变微带的位置和增加一条开路支节，实现了90.2％的阻抗带宽，和40％的轴比带宽。该天线具有结构简单易加工的优点，但同时满足阻抗和轴比要求的带宽不高。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种宽频圆极化缝隙天线，该天线采用具有Z形贴片的馈电结构，其带宽较宽、在整个可工作频段范围内增益稳定，且具有结构简单、质量轻、体积小、成本低等优点，可以应用于蓝牙、Wi-Fi(2.45GHz)、WiMAX(2.5GHz、3.5GHz)等频段。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种宽频圆极化缝隙天线，包括介质基片，所述介质基片的上表面设有地板，所述地板上刻蚀有一个缝隙，所述介质基片的下表面设有馈电结构，所述馈电结构包括相连接的Z形贴片和矩形贴片。
进一步的，所述Z形贴片与矩形贴片的连接处刻蚀有两条尺寸相同的细缝。
进一步的，所述细缝的长度为3.2mm～3.8mm。
进一步的，所述馈电结构偏离介质基片的下表面中心一段距离。
进一步的，所述馈电结构偏离介质基片的下表面中心的距离为5.5mm～6mm。
进一步的，所述Z形贴片在地板上的投影位于地板上刻蚀的缝隙内。
进一步的，所述地板上刻蚀的缝隙呈正方形。
进一步的，所述馈电结构和地板采用金属材料制成。
进一步的，所述介质基片的厚度为1.4mm～1.8mm。
进一步的，所述介质基片采用的材料为FR4-epoxy，其相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本实用新型的宽频圆极化缝隙天线中的馈电结构具有Z形贴片，利用Z形贴片进行馈电，与现有圆极化缝隙天线大多采用L形、T形微带馈电或者共面波导进行馈电相比，通过调整Z形贴片的位置可以获得较宽的轴比带宽，根据电磁仿真的结果来看，3dB轴比带宽约为56.32％。
2、本实用新型的宽频圆极化缝隙天线在Z形贴片与矩形贴片的连接处刻蚀有两条尺寸相同的细缝，能够提高天线的阻抗带宽，根据电磁仿真的结果来看，S11≤-10dB的带宽约为60％。
3、本实用新型的宽频圆极化缝隙天线同时满足S11≤-10dB和轴比小于3dB的带宽为55.27％，带宽较宽，且在该频段范围内，增益变化小于1.1dB，增益较稳定，能够满足蓝牙、Wi-Fi(2.45GHz)、WiMAX(2.5GHz、3.5GHz)等频段的应用。
4、本实用新型的宽频圆极化缝隙天线结构简单，易加工，体积小，而且成本低，采用介质基板加工工艺，工艺成熟，成品率高，制作过程简单，可以满足该圆极化缝隙天线低造价的要求。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的宽频圆极化缝隙天线同时示出馈电结构和地板的结构图。
图2为本实用新型实施例1的宽频圆极化缝隙天线正视结构图。
图3为本实用新型实施例1的宽频圆极化缝隙天线仰视结构图。
图4为本实用新型实施例1的宽频圆极化缝隙天线俯视结构图。
图5为本实用新型实施例1的宽带圆极化缝隙天线HFSS仿真在2.5GHz时的S11仿真结构曲线图和轴比仿真结果曲线。
图6本实用新型实施例1的宽带圆极化缝隙天线HFSS仿真在2.5GHz时的增益仿真结果曲线图。
其中，1-介质基片，2-地板，3-馈电结构，4-缝隙，5-Z形贴片，6-矩形贴片，7-细缝。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种宽频圆极化缝隙天线，该天线包括介质基片1，所述介质基片的上表面设有地板2，所述介质基片的下表面设有馈电结构3。
所述介质基片1采用的材料为FR4-epoxy，其相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02、厚度为1.6mm，其加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足圆极化缝隙天线低造价的要求。
如图1～图3所示，所述地板2上刻蚀有一个缝隙4，该缝隙4呈正方形，使整个地板2形成一个正方形环。
如图1、图2和图4所示，所述馈电结构3为微带馈电结构，其包括Z形贴片5和矩形贴片6，通过调整Z形贴片5的位置可以获得较宽的轴比带宽，优选地，Z形贴片5在地板2上的投影位于地板2上刻蚀的缝隙4内，从图1中可以看到；Z形贴片5与矩形贴片6相连接，并在Z形贴片5与矩形贴片6的连接处刻蚀有两条尺寸相同的细缝7，该细缝7能够提高天线的阻抗带宽；馈电结构3偏离介质基片1的下表面中心的距离为m1，细缝7的长度为sl。
上述实施例中，所述地板2和馈电结构3均采用金属材料制成，例如可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
调整本实施例的宽带圆极化缝隙天线各部分的尺寸参数后，通过HFSS软件仿真，对本实施例的宽带圆极化缝隙天线进行了验证仿真，最终得到馈电结构3偏离介质基片1的下表面中心的距离m1为5.7mm，细缝7的长度sl为3.5mm，天线的总体尺寸为60*60*1.6mm3。如图5所示，给出了该天线在1.5GHz-4GHz频率范围内的S11参数(输入端口回波损耗)和AR参数(轴比)仿真结果的曲线；可以看到，在1.89GHz～3.51GHz频段范围内，S11≤-10dB；在1.99～3.55GHz频段范围内，AR≤3dB；仿真结果显示，同时满足S11≤-10dB和AR≤3dB的频段为1.99～3.51GHz，相对带宽为55.27％。如图6所示，给出了在正Z轴方向上的增益仿真曲线，仿真结果显示，在满足S11和轴比要求的频段范围内，其最大增益为4.1dB，增益波动小于1.1dB。仿真结果表明本实施例的宽带圆极化缝隙天线具有较宽的带宽，较稳定的增益，性能好，能够满足应用于蓝牙、Wi-Fi(2.45GHz)、WiMAX(2.5GHz、3.5GHz)等频段的要求。
实施例2：
本实施例的宽频圆极化缝隙天线中，介质基片1的厚度还可以为1.4mm、1.8mm等，馈电结构3偏离介质基片1的下表面中心的距离还可以5.5mm、6mm等，细缝7的长度还可以为3.2mm、3.8mm等。其余同实施例1。
综上所述，本实用新型的宽频圆极化缝隙天线与现有圆极化缝隙天线大多采用L形、T形微带馈电或共面波导进行馈电相比，采用Z形贴片对缝隙进行馈电，通过移动Z形贴片的馈电位置和刻蚀细缝的方法，有效地拓宽了天线的带宽。
以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利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实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：包括介质基片，所述介质基片的上表面设有地板，所述地板上刻蚀有一个缝隙，所述介质基片的下表面设有馈电结构，所述馈电结构包括相连接的Z形贴片和矩形贴片。
2.根据权利要求1所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述Z形贴片与矩形贴片的连接处刻蚀有两条尺寸相同的细缝。
3.根据权利要求2所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述细缝的长度为3.2mm～3.8mm。
4.根据权利要求1所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述馈电结构偏离介质基片的下表面中心一段距离。
5.根据权利要求4所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述馈电结构偏离介质基片的下表面中心的距离为5.5mm～6mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述Z形贴片在地板上的投影位于地板上刻蚀的缝隙内。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述地板上刻蚀的缝隙呈正方形。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述馈电结构和地板采用金属材料制成。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述介质基片的厚度为1.4～1.8mm。
10.根据权利要求1-5任一项所述的一种宽频圆极化缝隙天线，其特征在于：所述介质基片采用的材料为FR4-epoxy，其相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
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