CN213959125U - 一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，包括金属地、介质基板、主辐射贴片和若干个寄生贴片；介质基板呈圆形，金属地印刷在介质基片的下表面；若干个寄生贴片均匀印刷在主辐射贴片外周的介质基片上表面且呈环形；每个寄生贴片均通过一根寄生金属导体实现与金属地的电连接；寄生金属导体和对应的寄生贴片形成蘑菇型结构；主辐射贴片与每个寄生贴片之间均具有沿径向的主隔离间隙；相邻两个寄生贴片之间均具有沿周向的寄生隔离间隙。本申请通过在主辐射贴片四周等间隔的加载若干蘑菇型结构，使得传统圆形贴片天线具有宽带特性；另外蘑菇型结构的引入，使得主辐射贴片与寄生贴片上的电流分布更加均匀，从而具有高增益特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种宽带高增益天线，特别是一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线。
背景技术
现代无线通信系统中的小型化移动终端对收发天线提出小型化、集成化、一体化的要求，同时，无线传输和移动网络技术的快速发展，使得无线数据流量呈爆炸性增长，进而对天线性能提出了更高的要求。高速率大容量的数据传输首先需要有足够的带宽，X波段以下的可用频谱资源非常有限，因此需要利用更高频段的频谱资源。高频电磁波在自由空间传播过程中损耗较大，因此对天线的增益提出更高要求。另外，在实际应用中，除了宽带高增益外，天线还应具备低剖面、低成本、易加工、易与其他平面电路集成等优点。
毫米波凭借其特殊的大气传输特性、可利用的频带宽以及天线波束窄等特点在通信、雷达、制导、遥感技术和射电天文等领域有广泛的应用前景，毫米波天线已然成为新一代天线的趋势。在毫米波天线设计中，宽带特性和高增益特性无疑是人们追求的目标。
天线的宽频带，就会使得信号的传输速率高，系统容量大，同时也可以提高抗多径干扰的能力；天线增益高，就会大大减小发射信号的功率，同时也可以大大增加信号传输的距离。
随着空间科学活动的深入发展和商业航天领域的快速推进，新发射航天器和小卫星数量呈现出爆炸式增长的态势，构建设计灵活、成本低、体积小、重量轻、易共形等特点的高性能星载天线是未来航天领域的迫切需求。因此，设计具备上述特点的宽带高增益天线具有重要的理论意义和应用价值。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，该加载蘑菇型结构的宽带高增益天线在传统的圆形贴片天线的基础上，在圆形主辐射贴片的四周加载若干小圆形寄生贴片。由于圆形主辐射贴片会产生一个低频谐振频率，小圆形寄生贴片也会引入一个新的高频谐振频率，通过适当调节小圆形寄生贴片的尺寸，低频和高频谐振频率相互靠近，从而两谐振频率之间可以实现良好的阻抗匹配，因此该天线的阻抗带宽将会大大增加。另外，在小圆形寄生贴片和金属地之间引入金属化通孔形成蘑菇型结构，金属化通孔增强了天线的电感特性，能够使得各贴片上的电流分布更加均匀，从而大大提高该天线的增益。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，包括金属地、介质基板、主辐射贴片和若干个寄生贴片。
介质基板呈圆形，金属地印刷在介质基片的下表面。
主辐射贴片印刷在介质基片的上表面中心，且通过主馈电导体针实现与金属地的电连接。
主辐射贴片和每个寄生贴片均呈圆形，且主辐射贴片的直径大于寄生贴片的直径。
若干个寄生贴片均匀印刷在主辐射贴片外周的介质基片上表面且呈环形。每个寄生贴片均通过一根寄生金属导体实现与金属地的电连接。寄生金属导体和对应的寄生贴片形成蘑菇型结构。
主辐射贴片与每个寄生贴片之间均具有沿径向的主隔离间隙。相邻两个寄生贴片之间均具有沿周向的寄生隔离间隙。
每根寄生金属导体均为贯穿介质基片的金属柱或金属化通孔。
寄生贴片的数量为七个。
主馈电导体针的顶端贯穿主辐射贴片并作为50欧姆馈电端口。
主馈电导体针贯穿主辐射贴片的贯穿口偏离主辐射贴片的圆心。
每个寄生贴片的直径相同，每个寄生金属导体的直径相同。
本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型在传统圆形贴片天线的基础上，通过在主辐射贴片四周加载若干寄生贴片，在原谐振频率基础上引入新的高频谐振频率，使得传统天线具有宽带特性，另外在寄生贴片与金属地之间引入寄生金属导体构成蘑菇型结构，可以使得主辐射贴片与寄生贴片上的电流分布更加均匀，从而使得该天线具有高增益特性。
2、本实用新型包括传统圆形贴片天线和若干蘑菇型结构两部分，上述介质基片，圆形主辐射贴片，金属地以及主馈电导体针构成传统圆形贴片天线，蘑菇型结构主要包括寄生贴片本身以及对应的寄生金属导体。能量由主馈电导体针输入，直接激励大圆形的主辐射贴片，然后由圆形边缘向外辐射，通过辐射边的主隔离间隙耦合到相邻的小圆形的寄生贴片中，最终各寄生贴片将能量有效的辐射到自由空间中。通过调节小圆形寄生贴片的尺寸大小，主隔离间隙尺寸以及寄生隔离间隙尺寸，能够在更高频率上产生新的谐振模式，从而有效展宽天线的带宽；另外，通过调节寄生金属导体的尺寸，可以增强天线的电感特性，使得各寄生贴片上电流分布更加均匀，从而有效提高天线的增益。
附图说明
图1为加载蘑菇型结构的宽带高增益天线的三维整体结构图。
图2为加载蘑菇型结构的宽带高增益天线的俯视图。
图3为加载蘑菇型结构的宽带高增益天线的驻波比曲线图。
图4为加载蘑菇型结构的宽带高增益天线的增益曲线图。
图5为加载蘑菇型结构的宽带高增益天线的E面辐射方向图。
图6为加载蘑菇型结构的宽带高增益天线的H面辐射方向图。
图中有：
1、金属地；2、介质基片；3、寄生金属导体；4、主馈电导体针；5、主辐射贴片；6、寄生贴片；7、寄生隔离间隙；8、主隔离间隙。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
如图1和图2所示，一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，包括金属地1、介质基板2、主辐射贴片5和若干个寄生贴片6。
介质基板呈圆形，金属地印刷在介质基片的下表面。
主辐射贴片和每个寄生贴片均呈圆形，且主辐射贴片的直径大于寄生贴片的直径。
主辐射贴片印刷在介质基片的上表面中心，且通过主馈电导体针4实现与金属地的电连接。主馈电导体针4竖向设置，且偏心贯穿介质基片；主馈电导体针的顶端偏心贯穿主辐射贴片，并作为50欧姆馈电端口；主辐射贴片的底端偏心贯穿金属地。
本实用新型馈电的主馈电导体针，通过调节其与主辐射贴片中心的距离，使其满足在工作频率下具有50欧姆的输入阻抗特性。
若干个寄生贴片均匀印刷在主辐射贴片外周的介质基片上表面且呈环形。本实施例中，寄生贴片的数量优选为七个。
每个寄生贴片均通过一根寄生金属导体3实现与金属地的电连接。
每根上述寄生金属导体均优选为贯穿介质基片的金属柱或金属化通孔等。每根寄生金属导体的顶端均贯穿对应寄生贴片的圆心，也即与对应寄生贴片同轴设置，从而形成蘑菇型结构。
主辐射贴片与每个寄生贴片之间均具有沿径向的主隔离间隙8。
相邻两个寄生贴片之间均具有沿周向的寄生隔离间隙7。本申请中，七个寄生贴片的尺寸相同，故而七个寄生隔离间隙相同，主辐射贴片与每个寄生贴片之间的主隔离间隙也相等。
本实用新型在传统圆形贴片天线的基础上，通过在主辐射贴片四周加载若干寄生贴片，在原谐振频率基础上引入新的高频谐振频率，也即在单一谐振模式的基础上引入新的谐振模式，从而展宽天线带宽，使得传统天线具有宽带特性。另外在寄生贴片与金属地之间引入寄生金属导体构成蘑菇型结构，可以使得主辐射贴片与寄生贴片上的电流分布更加均匀，从而使得该天线具有高增益特性。
本实用新型包括传统圆形贴片天线和若干蘑菇型结构两部分，上述介质基片，圆形主辐射贴片，金属地以及主馈电导体针构成传统圆形贴片天线，蘑菇型结构主要包括寄生贴片本身以及对应的寄生金属导体。能量由主馈电导体针输入，直接激励大圆形的主辐射贴片，然后由圆形边缘向外辐射，通过辐射边的主隔离间隙耦合到相邻的小圆形的寄生贴片中，最终各寄生贴片将能量有效的辐射到自由空间中。通过调节小圆形寄生贴片的尺寸大小，主隔离间隙尺寸以及寄生隔离间隙尺寸，满足在设计频率下的阻抗匹配要求，能够在更高频率上产生新的谐振模式，从而有效展宽天线的带宽；另外，通过调节寄生金属导体的尺寸，可以增强天线的电感特性，使得各寄生贴片上电流分布更加均匀，从而有效提高天线的增益，增强辐射能力。
结合图3、图4、图5以及图6，本实用新型的具有宽带高增益特性的天线的带宽（回波损耗小于-10 dB）范围为12.2 GHz至15.9 GHz ，相对带宽约26.4%，远远大于传统的圆形贴片天线的带宽，同时，带宽范围内增益在9 dBi以上，具有明显的高增益特性。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，其特征在于：包括金属地、介质基板、主辐射贴片和若干个寄生贴片；
介质基板呈圆形，金属地印刷在介质基片的下表面；
主辐射贴片印刷在介质基片的上表面中心，且通过主馈电导体针实现与金属地的电连接；
主辐射贴片和每个寄生贴片均呈圆形，且主辐射贴片的直径大于寄生贴片的直径；
若干个寄生贴片均匀印刷在主辐射贴片外周的介质基片上表面且呈环形；每个寄生贴片均通过一根寄生金属导体实现与金属地的电连接；寄生金属导体和对应的寄生贴片形成蘑菇型结构；
主辐射贴片与每个寄生贴片之间均具有沿径向的主隔离间隙；相邻两个寄生贴片之间均具有沿周向的寄生隔离间隙。
2.根据权利要求1所述的加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，其特征在于：每根寄生金属导体均为贯穿介质基片的金属柱或金属化通孔。
3.根据权利要求1所述的加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，其特征在于：寄生贴片的数量为七个。
4.根据权利要求1所述的加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，其特征在于：主馈电导体针的顶端贯穿主辐射贴片并作为50欧姆馈电端口。
5.根据权利要求4所述的加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，其特征在于：主馈电导体针贯穿主辐射贴片的贯穿口偏离主辐射贴片的圆心。
6.根据权利要求1所述的加载蘑菇型结构的宽带高增益天线，其特征在于：每个寄生贴片的直径相同，每个寄生金属导体的直径相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023237039.5U CN213959125U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线 |
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| CN202023237039.5U CN213959125U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN213959125U true CN213959125U (zh) | 2021-08-13 |
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ID=77195037
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| CN202023237039.5U Active CN213959125U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线 |
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| CN (1) | CN213959125U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115458928A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-09 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种宽带涡旋波天线单元及其阵列天线 |
| WO2023221601A1 (zh) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 华为技术有限公司 | 天线及电子设备 |
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2020
- 2020-12-29 CN CN202023237039.5U patent/CN213959125U/zh active Active
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| CN115458928A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-09 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种宽带涡旋波天线单元及其阵列天线 |
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