CN210129580U - 一种新型多频宽带微带天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型多频宽带微带天线，属于天线技术领域。它的共面波导结构和微带传输线置于介质基板的上表面，共面波导结构的长度小于微带传输线，共面波导结构包括尺寸一致的第一共面波导接地面和第二共面波导接地面，第一共面波导接地面和第二共面波导接地面对称的分置于微带传输线的两侧，第一共面波导接地面和第二共面波导接地面与微带传输线之间均留有间隙；接地板置于介质基板的下表面，微带传输线的一端的正下方。本实用新型可实现宽带多频的效果，设计出的频段能覆盖无线局域网、全球接入微波互联接入频段，同时实现了在多个频段工作，而且还具有结构简单，设计合理，易于制造的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于天线技术领域，具体地说，涉及一种新型多频宽带微带天线。
背景技术
通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播(无线通信)或在导引媒体中的传输机理来实现。在无线通信系统中，天线占据重要地位。天线的本质就是在电磁场基本原理下，通过电场和磁场的相互转换，完成电磁能量的辐射和接收。除早已成熟的无线通信技术之外，近年来移动支付、无线充电等前沿技术，底层原理仍然是利用电磁感应现象，实现能量的相互转换，因此天线的应用领域在不断扩大。
就天线而言，缩减其体积成为通信设备研究改进的一部分。可是，盲目去减小天线尺寸大小会影响其驻波、增益、带宽等指标特性，因此在设计前通常使用传输线法、腔模理论法、格林函数法、积分方程法和矩量法来分析天线特性。微带天线由于重量轻、体积小、低剖面、易共形和低成本等优点而得到了广泛的研究和应用，然而普通微带贴片天线受限于频带窄、损耗大、结构单一的缺陷未得到广泛利用，因此开展扩宽微带天线工作频带的工作具有很重要的意义。
微带天线还有一个固定的多频特性，即同一个微带天线可以在离散的多个频率工作点上工作，满足多个通信频段的需求。由于微带天线带宽比较窄，因此就工作频点的准确性要求更精准，外界环境的任何干扰都会对微带天线的频点产生漂移，使天线不能正常工作。目前，国内外研究发现能通过降低等效谐振电路、附加寄生贴片、采用LC谐振电路、加载短路探针、附加阻抗匹配网络来有效拓宽微带天线的带宽，但上述增加带宽的方法会同时影响天线的增益，不能两者兼顾。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种新型多频宽带微带天线，使微带天线中心频率附近的带宽得到拓宽，同时有多频效果。
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种新型多频宽带微带天线，包括介质基板，还包括共面波导结构、微带传输线和接地板；
所述的共面波导结构和微带传输线置于所述的介质基板的上表面，所述的共面波导结构的长度小于所述的微带传输线，所述的共面波导结构包括尺寸一致的第一共面波导接地面和第二共面波导接地面，所述的第一共面波导接地面和第二共面波导接地面对称的分别置于所述的微带传输线的两侧，所述的第一共面波导接地面和第二共面波导接地面与所述的微带传输线之间均留有间隙；
所述的接地板置于所述的介质基板的下表面，所述的接地板位于所述的微带传输线的一端的正下方。
所述的接地板为半圆形，圆心位于所述的微带传输线的一端的正下方。
所述的介质基板的上表面还设有第一寄生贴片，所述的第一寄生贴片设置在所述的第二共面波导接地面的远离所述的接地板的一端靠近所述的微带传输线处。
所述的第一寄生贴片为矩形。
所述的介质基板的下表面还设有尺寸一致的第二寄生贴片和第三寄生贴片，所述的第二寄生贴片和第三寄生贴片对称的分别置于所述的微带传输线的正下方的两侧。
所述的第二寄生贴片和第三寄生贴片为圆形。
所述的介质基板为立方体形状的绝缘介质层，所述的共面波导结构、微带传输线和第一寄生贴片均为矩形。
所述的共面波导结构、微带传输线和接地板的材质为金属。
还包括波端口激励，所述的波端口激励设置在所述的微带传输线和接地板之间。
所述介质基板的材质为相对介电系数为4.4的环氧树脂。
相比于现有技术，本实用新型在恰当位置附加寄生贴片，在增加带宽同时有明显增益，起到权衡效果。本实用新型的多频宽带微带天线采用微带传输线、共面波导、接地板、正面寄生贴片，背部寄生贴片和波端口激励等结构实现宽带多频的效果，设计出的频段能覆盖无线局域网(WLAN)、全球接入微波互联接入(WiMAX)频段，同时实现了在多个频段工作，而且该多频宽带微带天线还具有结构简单，设计合理，易于制造的优点。
附图说明
图1为本实用新型的新型多频宽带微带天线的结构示意图；
图2为本实用新型的新型多频宽带微带天线正面示意图；
图3为本实用新型的新型多频宽带微带天线背面示意图；
图中：1、介质基板；201、第一共面波导接地面；202、第二共面波导接地面；3、微带传输线；4、第一寄生贴片；501、第二寄生贴片；502、第三寄生贴片；6、接地板；7、波端口激励；
图4为天线的回波损耗仿真图；
图5为天线的电压驻波比仿真图；
图6为天线3.2GHz的E面和H面方向图；
图7为天线3.2GHz的3D方向图；
图8为天线3.5GHz的E面和H面方向图；
图9为天线3.5GHz的3D方向图；
图10为天线4.8GHz的E面和H面方向图；
图11为天线4.8GHz的3D方向图；
图12为天线5.2GHz的E面和H面方向图；
图13为天线5.2GHz的3D方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。
一种新型多频宽带微带天线，如图1～3所示，包括介质基板1、共面波导结构、微带传输线3、第一寄生贴片4、第二寄生贴片501、第三寄生贴片502、接地板6和波端口激励7。
介质基板1为立方体形状的绝缘介质层。
微带传输线3为矩形，位于介质基板1的上表面的中央部位。
共面波导结构置于介质基板1的上表面，共面波导结构包括矩形的、尺寸一致的第一共面波导接地面201和第二共面波导接地面202，第一共面波导接地面201和第二共面波导接地面202对称的分别置于微带传输线3的两侧，第一共面波导接地面201和第二共面波导接地面202与微带传输线3之间均留有间隙，共面波导结构的长度小于微带传输线3。
接地板6为半圆形，位于介质基板1的下表面，圆心位于微带传输线3的一端的正下方。
第一寄生贴片4为矩形，比第二共面波导接地面202较小，同样位于介质基板1的上表面，设置在第二共面波导接地面202的远离接地板6的一端靠近微带传输线3处。
介质基板1的下表面还设有圆形的、尺寸一致的第二寄生贴片501和第三寄生贴片502，第二寄生贴片501和第三寄生贴片502对称的分别置于微带传输线3的正下方的两侧。
共面波导结构、微带传输线3和接地板6的材质均为金属，一般选用铜材质。
波端口激励7设置在微带传输线3和接地板6之间。微带传输线3、共面波导结构2、微带传输线3和接地面6被用来进行馈电使用，采用波端口7进行激励，可以获得良好的性能匹配，可实现多频宽带效果。
实施例
一种新型多频宽带微带天线，采用PCB板作为介质基板，再焊接上SMA接头。介质基板1长为35mm，宽为22mm，高为1mm；第一共面波导接地面201和第二共面波导接地面202长为17mm，宽为9.8mm，与微带传输线3之间的缝隙均为0.2mm；第一寄生贴片4长为2.5mm、宽为2.5mm，距介质基板1右边界7.1mm；微带传输线3长为33mm，宽为2mm；背面的两个圆形寄生贴片501和502的半径为2.5mm，半圆接地板6的半径为6mm；
工作原理为：该多频的宽带微带主体部分是一块远小于工作波长的绝缘介质层，一面是共面波导结构和微带传输线，一面是半圆接地面，其中微带线和共面波导共同馈电，共面波导和半圆面接地、共面波导结构中加入寄生贴片和多个接地面，实现多频效果，在背面加入寄生贴片降低其回波损耗实现宽带效果。在只考虑主模激励的情况下，采用集总端口激励，输入阻抗匹配设置为50欧姆，从而获得良好的性能匹配。在该天线中，得到的效果非常合理且实用，回波损耗、方向性都有优良的效果，在S11<-10dB，各个频点都能实现多频的效果，即同时实现多频宽带效果，3.5GHz、5.2GHz一般覆盖了WLAN、WiMAX系统。
通过对所设计的结构进行HFSS仿真，利用软件测试天线的各项性能指标，在最后的结果中导出天线的回波损耗，方向图和3D增益图(图4～12)。
如图4所示，天线的回波损耗和电压驻波比是一一对应的，一般情况下，电压驻波比是2对应回波损耗为-10dB，电压驻波比小于2，回波损耗就会低于-10dB。天线的回波损耗效果低于-10dB就可以使用。由此看出天线的可用带宽长，具有超宽带的特点。图5是电压驻波比图，低于2的部分就可以使用，与图4相对应，证明天线的实用性强。
本实施例的多频宽带微带天线采用微带传输线和共面波导进行馈电，在共面波导结构上和绝缘介质层背面恰当部位加入寄生贴片产生了多个谐振点，从而实现多频的效果；在S11＝-10dB时，fL＝2.9561GHz，fH＝5.4504GHz，在fL和fH间，S11<-10dB时，天线的绝对带宽B＝fH-fL＝2.4943GHz，相对带宽Br＝59％，带宽明显较之前增加，在宽带内都能实现天线的效果，同时此频段覆盖了WLAN、WiMAX等频段结构。
如图6和7所示，回波损耗频率为3.2GHz，主辐射在0°或360°时，增益最大，为2.139dB；如图8和9所示，回波损耗频率为3.5GHz，主辐射在0°或360°时，增益最大，为2.37dB，辐射效果较好；如图10和11所示，回波损耗频率为4.8GHz时，增益最大为3.436dB；如图12和13所示，回波损耗频率为5.2GHz时，增益最大为4.078dB。从这几个频率的3D增益方向图上可以直观地看出辐射强度显著增强，辐射范围可实现全方向辐射且辐射范围较大，主辐射区位于上下两端，所以该天线设计非常合理化，且在S11<-10dB，各个频点都能实现多频的效果，工作性能良好，回波损耗，方向性都有优良的效果，非常具有实用性。
Claims (9)
1.一种新型多频宽带微带天线，包括介质基板(1)，其特征在于，还包括共面波导结构、微带传输线(3)和接地板(6)；
所述的共面波导结构和微带传输线(3)置于所述的介质基板(1)的上表面，所述的共面波导结构的长度小于所述的微带传输线(3)，所述的共面波导结构包括尺寸一致的第一共面波导接地面(201)和第二共面波导接地面(202)，所述的第一共面波导接地面(201)和第二共面波导接地面(202)对称的分别置于所述的微带传输线(3)的两侧，所述的第一共面波导接地面(201)和第二共面波导接地面(202)与所述的微带传输线(3)之间均留有间隙；
所述的接地板(6)置于所述的介质基板(1)的下表面，所述的接地板(6)位于所述的微带传输线(3)的一端的正下方；
所述的介质基板(1)的上表面还设有第一寄生贴片(4)，所述的第一寄生贴片(4)设置在所述的第二共面波导接地面(202)的远离所述的接地板(6)的一端靠近所述的微带传输线(3)处。
2.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述的接地板(6)为半圆形，圆心位于所述的微带传输线(3)的一端的正下方。
3.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述的第一寄生贴片(4)为矩形。
4.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述的介质基板(1)的下表面还设有尺寸一致的第二寄生贴片(501)和第三寄生贴片(502)，所述的第二寄生贴片(501)和第三寄生贴片(502)对称的分别置于所述的微带传输线(3)的正下方的两侧。
5.根据权利要求4所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述的第二寄生贴片(501)和第三寄生贴片(502)为圆形。
6.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述的介质基板(1)为立方体形状的绝缘介质层，所述的共面波导结构、微带传输线(3)和第一寄生贴片(4)均为矩形。
7.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述的共面波导结构、微带传输线(3)和接地板(6)的材质为金属。
8.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，还包括波端口激励(7)，所述的波端口激励(7)设置在所述的微带传输线(3)和接地板(6)之间。
9.根据权利要求1所述的新型多频宽带微带天线，其特征在于，所述介质基板(1)的材质为相对介电系数为4.4的环氧树脂。
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| CN201921551909.0U CN210129580U (zh) | 2019-09-18 | 2019-09-18 | 一种新型多频宽带微带天线 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556628A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-12-10 | 南京林业大学 | 一种新型多频宽带微带天线 |
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2019
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