CN207517859U - 一种双工“工”字形槽天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双工“工”字形槽天线，包括介质基板、位于介质基板上表面由微带线组成的馈电网络、地板和位于地板下表面的“工”字形槽，所述馈电网络包括位于介质基板上表面左边部分的发射通道馈电网络和右边部分的接收通道馈电网络，发射通道馈电网络包括C型微带线、连接在其中间位置的L型开路枝节线以及对其进行端耦合馈电的馈电微带线，所述馈电微带线与发射端口相连；接收通道馈电网络包括C型微带线，连接在其中间位置的L型开路枝节线，连接在L型开路枝节线上的开路枝节线，对L型开路枝节线进行端耦合馈电的馈电微带线，所述馈电微带线与接收端口相连；所述“工”字形槽由三个不同尺寸的矩形槽呈“工”字形连接组成。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，具体涉及一种双工“工”字形槽天线。
背景技术
天线是用来发射和接收电磁波的器件，广泛应用于无线电通信系统中。双工通信分为半双工通信和全双工通信，半双工的系统允许两台设备之间的双向数据传输，但不能同时进行，因此同一时间只允许一台设备发送数据，若另一台设备要发送数据，需等原来发送数据的设备发送完成后再处理。无线电对讲机就是使用半双工系统。全双工的系统允许两台设备间同时进行双向数据传输，一般的电话、手机就是全双工的系统，因为在讲话时同时也可以听到对方的声音。
目前，双工天线广泛应用于无线通信系统中，如果将天线和双工器单独进行设计，匹配电路的引入使得在增大器件尺寸的同时也增大了设计的复杂度；其次，由于天线和双工器带宽的不同，它们的输入阻抗通常不能完全匹配，直接影响频率特性，因此这就需要联合设计。采用不同的技术可获得高的收发端口隔离，不需要附加其它的器件，结构紧凑，集成度更高，同时相对于单天线系统，收发天线能有效地利用空间资源，且能成倍地提高系统容量，具有更强的抗衰弱能力。
槽天线即缝隙天线，是指在介质板的平滑金属表面上开一条缝隙，馈电后形成辐射。按照缝隙天线的理论，金属导体表面上的感应电流分布决定了缝隙天线的辐射外场，此电流分布受多种因素影响，比如激励源激励的方式、位置以及缝隙的形状、大小等。实际应用中，缝隙天线往往通过在地板开缝的方式实现，其占用很小的系统面积，基本不会增加系统的重量，此外它易于集成，不容易受到周围金属元器件的影响。正是这些优点，可以将缝隙天线作为单元应用在双工天线上。目前，双工天线广泛应用于双工无线电系统、相控阵天线系统、GSM1800移动电话系统、WLAN系统、卫星数字音频广播、CNSS、RFID及其它通信系统当中，具有广阔的应用前景。在第五代移动通信系统中，双工天线亦将扮演着重要的角色！因此，对双工天线的研究将有着十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种双工“工”字形槽天线，所述双工“工”字形槽天线将缝隙天线作为单元应用在双工天线上，相较于堆叠的微带天线，有效地利用了空间资源，且更容易集成，成倍地提高了系统容量，具有更强的抗衰弱能力。
本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：
一种双工“工”字形槽天线，包括介质基板、位于介质基板上表面由微带线组成的馈电网络、地板和位于地板下表面的“工”字形槽，所述馈电网络包括发射通道馈电网络和接收通道馈电网络。
进一步地，发射通道馈电网络位于介质基板上表面的左边部分，包括发射通道C型微带线、连接在其中间位置的发射通道L型开路枝节线以及对发射通道L型开路枝节线进行端耦合馈电的发射通道馈电微带线，所述发射通道馈电微带线与发射端口相连；接收通道馈电网络位于介质基板上表面的右边部分，包括接收通道C型微带线，连接在其中间位置的接收通道L型开路枝节线，连接在接收通道L型开路枝节线上的接收通道开路枝节线，对接收通道L型开路枝节线进行端耦合馈电的接收通道馈电微带线，所述接收通道馈电微带线与接收端口相连；所述“工”字形槽由矩形槽Ⅰ、矩形槽Ⅱ和矩形槽Ⅲ呈“工”字形连接组成。
进一步地，所述发射通道C型微带线、接收通道C型微带线和“工”字形槽都关于中心轴线Y轴对称。
进一步地，所述发射通道C型微带线通过介质基板耦合激励“工”字形槽左边的矩形槽Ⅰ，产生的谐振模式与发射通道馈电网络本身的谐振模式构成一个具有二阶滤波特性的谐振器，谐振频点均位于发射通道内；所述接收通道C型微带线通过介质基板耦合激励“工”字形槽右边的矩形槽Ⅲ，产生的谐振模式与接收通道馈电网络本身的谐振模式构成另一个具有二阶滤波特性的谐振器，谐振频点均位于接收通道内。
进一步地，激励所述“工”字形槽的不同位置能够产生不同的谐振模式，发射通道馈电网络耦合激励“工”字形槽左边的矩形槽Ⅰ所构成的发射天线使得频率为f发的发送信号能够通过、而频率为f收的接收信号不能通过；接收通道馈电网络耦合激励“工”字形槽右边的矩形槽Ⅲ所构成的接收天线使得频率为f收的接收信号能够通过、而频率为f发的发送信号不能通过。
进一步地，所述发射通道馈电网络满足以下要求：保证对于频率为f收的接收信号而言，其在发射端口接匹配负载时，接收通道等效为开路负载；所述接收通道馈电网络满足以下要求：保证对于频率为f发的发送信号而言，其在接收端口接匹配负载时，发射通道等效为开路负载。
进一步地，所述发射通道馈电网络和接收通道馈电网络共用一个辐射单元——“工”字形槽，并且能够同时工作，互不影响；所述“工”字形槽不仅是辐射单元，同时也是谐振单元，发射通道馈电网络与接收通道馈电网络各自激励“工”字形槽的不同位置产生不同的谐振模式。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型的双工“工”字形槽天线结构简单，发射通道和接收通道极化方式相同，且均呈现二阶滤波特性，具有较宽的带宽，带内增益平坦，能够实现发射和接收同时进行，且天线的发射与接收使用的电磁波均为线极化电磁波。
2、本实用新型的双工“工”字形槽天线在接收通道馈电网络中，引入了一段接收通道开路枝节线，从而在发射通道中产生了两个传输零点，而发射通道中馈线至L型开路枝节线末端的一段传输线在接收通道内亦产生了一个传输零点，这种传输零点的引入，使得发射端和接收端间具有高的隔离度。
3、本实用新型的双工“工”字形槽天线的发射通道和接收通道间的互扰小，发射端口工作时，接收通道等效为开路负载，调节接收通道开路枝节线的位置及长度，可以保证接收端口工作时，发射通道等效为开路负载，从而实现发射通道和接收通道间的小的互扰。
附图说明
图1为本实用新型实施例双工“工”字形槽天线的总示意图。
图2为本实用新型实施例介质基板上表面的馈电网络的尺寸标注图。
图3为本实用新型实施例介质基板和地板相对位置的尺寸标注图。
图4为本实用新型实施例“工”字形槽的尺寸标注图。
图5为本实用新型实施例双工“工”字形槽天线的测试S参数曲线图。
图6为本实用新型实施例双工“工”字形槽天线的测试增益随频率变化曲线图。
图7(a)为本实用新型实施例发射端口2.15GHz激励的xoz面仿真方向图，图7(b)为本发明实施例发射端口2.15GHz激励的yoz面仿真方向图。
图8(a)为本实用新型实施例接收端口2.75GHz激励的xoz面仿真方向图，图8(b)为本发明实施例接收端口2.75GHz激励的yoz面仿真方向图。
其中，1-介质基板，2-发射通道馈电微带线，3-发射通道L型开路枝节线，4-发射通道C型微带线，5-矩形槽Ⅰ，6-发射端口，7-接收端口，8-矩形槽Ⅲ，9-接收通道馈电微带线，10-接收通道L型开路枝节线，11-接收通道C型微带线，12-矩形槽Ⅱ，13-地板，14-接收通道开路枝节线。
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：
本实施例提供了一种双工“工”字形槽天线，总示意图如图1所示，包括介质基板(1)、位于介质基板(1)上表面由微带线组成的馈电网络、地板(13)和位于地板(13)下表面的“工”字形槽，所述馈电网络包括发射通道馈电网络和接收通道馈电网络。所述发射通道馈电网络位于介质基板(1)上表面的左边部分，包括发射通道C型微带线(4)、连接在其中间位置的发射通道L型开路枝节线(3)以及对发射通道L型开路枝节线(3)进行端耦合馈电的发射通道馈电微带线(2)，所述发射通道馈电微带线(2)与发射端口(6)相连；接收通道馈电网络位于介质基板(1)上表面的右边部分，包括接收通道C型微带线(11)，连接在其中间位置的接收通道L型开路枝节线(10)，连接在接收通道L型开路枝节线(10)上的接收通道开路枝节线(14)，对接收通道L型开路枝节线(10)进行端耦合馈电的接收通道馈电微带线(9)，所述接收通道馈电微带线(9)与接收端口(7)相连；所述“工”字形槽由矩形槽Ⅰ(5)、矩形槽Ⅱ(12)和矩形槽Ⅲ(8)呈“工”字形连接组成。
其中，介质基板(1)上表面的馈电网络的尺寸标注图如图2所示，发射通道C型微带线(4)的尺寸l4a、l4b、w1分别为3.9mm、29.8mm、1.6mm，连接在其中间位置的发射通道L型开路枝节线(3)的尺寸l3a、l3b、l3c分别为14.7mm、10mm、8.3mm，发射通道馈电微带线(2)的尺寸l2，w3分别为34.2mm、2.2mm；接收通道C型微带线(11)的尺寸l11a、l11b、w2分别为3.1mm、20.8mm、1.4mm，连接在其中间位置的接收通道L型开路枝节线(10)的尺寸l10a、l10b分别为11mm、11mm，接收通道馈电微带线(9)的尺寸l9a、l9b分别为4.5mm、34.3mm，接收通道开路枝节线(14)的尺寸l14a、l14b分别为2.6mm、21.8mm。介质基板(1)和地板(13)相对位置的尺寸标注图如图3所示，其中尺寸La、Lb风别为3mm、3.5mm，“工”字形槽的尺寸标注图如图4所示，尺寸l5a、l5b、l12a、l12b、l8a、l8b分别为57mm、1.5mm、2mm、4.8mm、43mm、1.1mm。
当要求f发＝2.15GHZ、f收＝2.75GHZ时，可以采用相对介电常数为2.55、厚度为h＝0.8mm的介质基板，图5为上述尺寸的双工“工”字形槽天线的测试S参数曲线图，可以看到在天线的发射以及接收频带内，隔离度均大于28dB，有效地保证了两个端口的独立工作特性。
在天线的发射端口(6)工作时，天线在发射端口(6)工作频率2.15GHz处的增益为4.0dBi，对接收频带的抑制超过25dB，在天线的接收端口(7)工作时，天线在接收端口(7)工作频率2.75GHz处的增益为4.5dBi，对发射频带的抑制超过25dB，如图6所示，两个工作频带范围内，天线的增益基本上都大于4dBi，交叉极化大于21dB，且都是关于x方向的线极化波，如天线的仿真测试方向图图7(a)、图7(b)、图8(a)和图8(b)所示。
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发明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 (3)
1.一种双工“工”字形槽天线，其特征在于：包括介质基板、位于介质基板上表面由微带线组成的馈电网络、地板和位于地板下表面的“工”字形槽，所述馈电网络包括发射通道馈电网络和接收通道馈电网络。
2.根据权利要求1所述的一种双工“工”字形槽天线，其特征在于：所述发射通道馈电网络位于介质基板上表面的左边部分，包括发射通道C型微带线、连接在其中间位置的发射通道L型开路枝节线以及对发射通道L型开路枝节线进行端耦合馈电的发射通道馈电微带线，所述发射通道馈电微带线与发射端口相连；接收通道馈电网络位于介质基板上表面的右边部分，包括接收通道C型微带线，连接在其中间位置的接收通道L型开路枝节线，连接在接收通道L型开路枝节线上的接收通道开路枝节线，对接收通道L型开路枝节线进行端耦合馈电的接收通道馈电微带线，所述接收通道馈电微带线与接收端口相连；所述“工”字形槽由矩形槽Ⅰ、矩形槽Ⅱ和矩形槽Ⅲ呈“工”字形连接组成。
3.根据权利要求2所述的一种双工“工”字形槽天线，其特征在于：所述发射通道C型微带线、接收通道C型微带线和“工”字形槽都关于中心轴线Y轴对称。
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