CN209913038U - 超宽带单极子天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超宽带单极子天线，该超宽带单极子天线包括介质基板、辐射贴片、馈线和接地板，所述辐射贴片和馈线设置在所述介质基板的正面，所述馈线的一端与所述辐射贴片通过锥形渐变结构相连，所述馈线的另一端延伸至所述介质基板的边缘，所述接地板设置在所述介质基板的背面，且与所述馈线位于所述介质基板的同一端，所述接地板上设有凹形口，所述凹形口的相对两侧为阶梯状结构。本实用新型的超宽带单极子天线的辐射贴片和接地板之间的渐变结构匹配良好，可得到足够宽的带宽。

Description

超宽带单极子天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，特别涉及一种超宽带单极子天线。

背景技术

超宽带(Ultra Wide Band，简称UWB)技术作为一种无线通信技术，具有小范围的超强无线设备连接能力，在精确定位系统、探地雷达以及短距通信等方面已有广泛的应用。随着微波集成电路(MIC)技术和超大规模集成电路(VISIC)技术的快速发展，以及各种新材料和新工艺的应用，通信电子设备的体积日益小型化，其处理信息的能力也日益朝着智能化和宽带化发展。天线作为发射和接收电磁波的设备，是无线通信系统中不可或缺的组成部分。其中，超带宽单极子天线具有重量轻、体积小、低剖面、方向图全向、易于共形和集成等优点，在短距离无线通信系统中获得了广泛的应用。

为实现超宽带，一般在天线上采用渐变结构，已知的渐变结构有指数型曲线、四分之一半椭圆、阶梯型等。这些渐变结构可用于辐射贴片和馈线之间，也可用在接地平面上。目前，已有研究的是天线的辐射贴片和接地板同时采用渐变结构，馈线到辐射贴片之间采用一个半椭圆的渐变，而接地板也采用一种半椭圆的渐变结构以实现与馈线的匹配。但是辐射贴片和接地板的渐变没有得到良好的匹配，所得到的带宽仅为7:1，满足不了带宽为10:1的要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种超宽带单极子天线，旨在解决现有的超宽带单极子天线的带宽不够宽的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种超宽带单极子天线，该超宽带单极子天线包括介质基板、辐射贴片、馈线和接地板，所述辐射贴片和馈线设置在所述介质基板的正面，所述馈线的一端与所述辐射贴片通过锥形渐变结构相连，所述馈线的另一端延伸至所述介质基板的边缘，所述接地板设置在所述介质基板的背面，且与所述馈线位于所述介质基板的同一端，所述接地板上设有凹形口，所述凹形口的相对两侧为阶梯状结构。

优选地，所述锥形渐变结构包括从所述辐射贴片往所述馈线的方向依次相连、且截面逐渐变小的第一梯形片、第二梯形片和第三梯形片。

优选地，所述辐射贴片为矩形，所述辐射贴片与所述锥形渐变结构相连的一侧设有开口朝向所述馈线所在一侧的窄缝，所述第一梯形片与所述辐射贴片的连接止于所述窄缝处。

优选地，所述窄缝为长2～3mm、宽0.2mm～0.4mm的矩形窄缝，所述窄缝位于距离所述辐射贴片一侧边缘0.4mm～0.6mm的位置处。

优选地，所述第二梯形片和所述第三梯形片为等腰梯形片。

优选地，所述凹形口的阶梯状结构为二级阶梯。

优选地，所述辐射贴片、锥形渐变结构和馈线位于所述介质基板的中间位置处。

本实用新型实施例的有益效果在于：在本超宽带单极子天线中，馈线与辐射贴片之间通过锥形渐变结构相连，基于馈线与辐射贴片之间的锥形渐变，接地板上对应开设相对两侧为阶梯状结构的凹形口，通过该凹形口可与锥形渐变结构形成良好匹配，能得到足够宽的带宽。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中超宽带单极子天线的结构示意图；

图2为图1中超宽带单极子天线另一视角下的结构示意图；

图3为图1中超宽带单极子天线又一视角下的结构示意图；

图4为图1中超宽带单极子天线的反射系数结果图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种超宽带单极子天线，如图1至图3所示，该超宽带单极子天线包括介质基板100、辐射贴片200、馈线300和接地板400，辐射贴片200和馈线300设置在介质基板100的正面110，馈线300的一端与辐射贴片200通过锥形渐变结构500相连，馈线300的另一端延伸至介质基板100的边缘，接地板400设置在介质基板100的背面120，且与馈线300位于介质基板100的同一端，接地板400上设有凹形口410，凹形口410的相对两侧为阶梯状结构。

如图1所示，在本实施例中，超宽带单极子天线的介质基板100为长19mm、宽16mm、高1.6mm的长方形板状体，该处介质基板100的形状尺寸仅为一示例，在实际应用时可根据需要合理选择介质基板100的形状及尺寸，再者，该介质基板100的介电常数可以为4.4。如图2所示，辐射贴片200和馈线300均位于介质基板100的正面110，辐射贴片200和馈线300间隔设置，馈线300的一端经过锥形渐变结构500渐变至辐射贴片200，馈线300的另一端则延伸至介质基板100的边缘。其中，辐射贴片200和馈线300均为矩形。如图3所示，接地板400位于介质基板100的背面，且与馈线300位于介质基板100的同一端，以与外部接头相接。接地板400为左右两端和下端均延伸至介质基板100边缘的长方形板状体，接地板400能产生电容负载，削减辐射贴片200本身的电感特性，从而达到纯电阻阻抗，可改善天线的匹配。为了展宽天线的带宽，基于馈线300与辐射贴片200之间的锥形渐变，接地板400上对应设置相对两侧为阶梯状结构的凹形口420。并且，通过合理设计和调节锥形渐变结构500和凹形口410的尺寸可使辐射贴片200和接地板400达到更好的匹配，进而得到足够宽的带宽。仿真结果如图4所示，超宽带单极子天线的仿真阻抗带宽在2.8GHz～28GHz的反射系数小于-12dB，能够达到10:1的带宽要求。

在本实用新型一较佳实施例中，如图1和图2所示，锥形渐变结构500包括从辐射贴片200往馈线300的方向依次相连、且截面逐渐变小的第一梯形片510、第二梯形片520和第三梯形片530。具体地，第一梯形片510的下底与辐射贴片200相连，第二梯形片520的下底与第一梯形片510的上底等长且相连，第三梯形片530的下底与第二梯形片520的上底等长且相连，第三梯形片530的上底与馈线300相连。锥形渐变结构500通过第一梯形片510、第二梯形片520和第三梯形片530的结构组成，形成一个三级的渐变，其结构变化由垂直参数n1、n2、n3和水平参数n4、n5、n6来控制，n1、n2、n3、n4、n5和n6在图2中已标出。其中，n1、n2、n3分别对应为第一梯形片510、第二梯形片520和第三梯形片530的高，n4为第一梯形片510的高与其下底左侧端点之间的距离，n5为第二梯形片520的高与其下底左侧端点之间的距离，n6为第三梯形片530的高与其下底左侧端点之间的距离。其中，增大n1、n2和n3，馈线300至辐射贴片200的过渡变得平滑，可增强整个频段的驻波特性，其中，n3更多地影响中频段的驻波特性，n3过大会降低最高工作频率，减小带宽。在较佳实施例中，n1为1mm，n2为1mm，n3为4mm，n4为1mm，n5为0.75mm，n6为0.75mm。另外，馈线300为矩形，其长为3mm，宽为2mm，馈线300的宽边与第三梯形片530的上底相连。

在本实用新型一较佳实施例中，如图1和图2所示，辐射贴片200为矩形，辐射贴片200与锥形渐变结构500相连的一侧设有开口朝向馈线300所在一侧的窄缝210，第一梯形片与辐射贴片200的连接止于窄缝处。辐射贴片200的长为d1、宽为d2，如图2所示。其中，d1为9mm；d2为7mm。锥形渐变结构500的第一梯形片510与辐射贴片200相连，第一梯形片510从辐射贴片200的一侧连接至靠近辐射贴片200另一侧设置的窄缝210处。通过设置该窄缝210，可增加表面电流的路径，产生额外的谐振频率，从而展宽天线的带宽。

在本实用新型一较佳实施例中，窄缝210为长2～3mm、宽0.2mm～0.4mm的矩形窄缝210，窄缝210位于距离辐射贴片200一侧边缘0.4mm～0.6mm的位置处。该窄缝210为矩形窄缝210，对应地，如图2所示，s1为该窄缝的长度，s1的取值范围为2～3mm，s1优选2.5mm；s2为该窄缝210的宽度，s2的取值范围为0.2～0.4mm，s2优选0.3mm；s3为窄缝210距离辐射贴片200一侧边缘的距离，s3的取值范围为0.4～0.6mm，s3优选0.5mm。

在本实用新型一较佳实施例中，如图2所示，第二梯形片520和第三梯形片530为等腰梯形片。第二梯形片520和第三梯形片530设计成等腰梯形，可进一步增加锥形渐变结构500的平滑程度，改善整个频段内的驻波特性，减小馈线300至辐射贴片200之间的反射。

在本实用新型一较佳实施例中，如图3所示，凹形口410的阶梯状结构为二级阶梯10。凹形口处的二级的阶梯状结构可与锥形渐变结构500更好地匹配，二级阶梯10包括第一阶梯11和连接于第一阶梯11上方的第二阶梯12，第一阶梯11和第二阶梯12的高度分别为t1和t2，t1的取值范围为1mm～2mm，t2的取值范围为0.5mm～1.5mm，调节t1和t2可控制辐射贴片200与接地板400之间电容的容量，从而改变整个频段的反射，其中，t1优选1.5mm，t2优选1mm。凹形口410的底宽为t3，第一阶梯11的宽度为t4，t3的取值范围为3mm～5mm，t4的取值范围为1～2mm，调节t3和t4可控制辐射贴片200与接地板400之间电容的数量，从而改变高频段的反射，其中，t3优选4mm，t4优选1.5mm。如图3所示，t1、t2、t3和t4均已标出。

在本实用新型一较佳实施例中，如图2所示，辐射贴片200、锥形渐变结构500和馈线300位于介质基板100的中间位置处。通过将辐射贴片200、锥形渐变结构和馈线300设置在介质基板100的中间位置，可在一定程度上减小尺寸，简化天线的整体设计。其中，凹形口410对应设置在接地板400的中间位置。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (7)

1.一种超宽带单极子天线，其特征在于，包括介质基板、辐射贴片、馈线和接地板，所述辐射贴片和馈线设置在所述介质基板的正面，所述馈线的一端与所述辐射贴片通过锥形渐变结构相连，所述馈线的另一端延伸至所述介质基板的边缘，所述接地板设置在所述介质基板的背面，且与所述馈线位于所述介质基板的同一端，所述接地板上设有凹形口，所述凹形口的相对两侧为阶梯状结构。

2.根据权利要求1所述的超宽带单极子天线，其特征在于，所述锥形渐变结构包括从所述辐射贴片往所述馈线的方向依次相连、且截面逐渐变小的第一梯形片、第二梯形片和第三梯形片。

3.根据权利要求2所述的超宽带单极子天线，其特征在于，所述辐射贴片为矩形，所述辐射贴片与所述锥形渐变结构相连的一侧设有开口朝向所述馈线所在一侧的窄缝，所述第一梯形片与所述辐射贴片的连接止于所述窄缝处。

4.根据权利要求3所述的超宽带单极子天线，所述窄缝为长2～3mm、宽0.2mm～0.4mm的矩形窄缝，所述窄缝位于距离所述辐射贴片一侧边缘0.4mm～0.6mm的位置处。

5.根据权利要求2所述的超宽带单极子天线，其特征在于，所述第二梯形片和所述第三梯形片为等腰梯形片。

6.根据权利要求1所述的超宽带单极子天线，其特征在于，所述凹形口的阶梯状结构为二级阶梯。

7.根据权利要求1所述的超宽带单极子天线，其特征在于，所述辐射贴片、锥形渐变结构和馈线位于所述介质基板的中间位置处。

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