CN215989236U - 一种宽带平面偶极子天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种宽带平面偶极子天线，包括：辐射贴片、介质基板、馈电线路、匹配加载电路、馈电线缆、接地金属柱、金属反射腔结构。介质基板下表面印刷辐射贴片，上表面印刷馈电线路和匹配加载电路，辐射贴片有一段圆弧形开槽，开槽末端截断并延长连接匹配加载电路，馈电线缆通过金属化过孔与馈电线路对天线进行平衡馈电，金属反射腔结构用于起到支撑介质基板，起到反射和公共地的作用。本实用新型的优点是拓展了天线工作带宽，实现偶极子天线较好的宽频带辐射性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，提供了一种宽带平面偶极子天线及天线装置。
背景技术
偶极子天线是在无线电通信中，使用最早、结构最简单、应用最广泛的一类天线。它由一对对称放置的导体构成，导体相互靠近的两端分别与馈电线相连。用作发射天线时，电信号从天线中心馈入导体；用作接收天线时，也在天线中心从导体中获取接收信号。常见的偶极子天线由两根共轴的直导线构成，这种天线在远处产生的辐射场是轴对称的，并且在理论上能够严格求解。偶极子天线，结构简单，广泛用于各个波段，并且随着印刷天线的发展，印刷偶极子天线的应用得到发展，更利于天线的集成，小型化，但偶极子天线显著的缺点是工作频率宽度比窄，一般只能达到7.5％，因此，研制一种既具有偶极子天线结构简单，易实现又具有比较好增益的宽带偶极子天线，对于偶极子天线得到更广泛的应用有着重要的意义。
实用新型内容
本实用新型针对偶极子天线工作频率宽度比窄的缺点，提供了一种宽带平面偶极子天线，拓展了天线工作带宽，实现偶极子天线较好的宽频带辐射性能。
本实用新型采取的技术方案如下：
一种宽带平面偶极子天线，包括：辐射贴片A1、辐射贴片B2、介质基板3、馈电线路4、匹配加载电路6、馈电线缆7、接地金属柱8、金属反射腔结构9；
所述辐射贴片A1和辐射贴片B2形状相同，都为椭圆形；
介质基板3下表面以中心为对称轴，对称安装辐射贴片A1和辐射贴片B2。
辐射贴片A1和辐射贴片B2的表面距介质基板3中心的远端设有一段圆弧形开槽5；
介质基板3表面开有四个金属化过孔A10，介质基板3上表面设有四条匹配加载电路6，匹配加载电路6两两对称分布在介质基板3上表面的左右两角；四个匹配加载电路6靠近介质基板3中心的一端都连接一个金属化过孔A10。
辐射贴片A1和辐射贴片B2的圆弧形开槽5中部向外侧延长，延长部分在末端截断了辐射贴片A1和辐射贴片B2将其分为两半，辐射贴片A1和辐射贴片B2 被分开的两半分别通过一个金属化过孔A10连接一根匹配加载电路6，匹配加载电路6另一端与金属反射腔结构9连接并接地；
介质基板3上表面设有馈电线路4，介质基板3表面开有一个过孔A11，该过孔A11也是辐射贴片A1的一个馈电孔，馈电线缆7的金属内芯穿过辐射贴片A1 和过孔A11与馈电线路4连接，馈电线缆7的金属接地层与辐射贴片A1连接；
辐射贴片B2在以辐射贴片A1的过孔A11的对称位置也设有一个过孔B12，过孔B12为辐射贴片B2的接地孔，接地金属柱8穿过过孔B12与辐射贴片B2连接，辐射贴片B2距介质基板3表面中心近端设有一个金属化过孔B13，金属化过孔B13为辐射贴片B2的馈电孔，辐射贴片B2与馈电线路4通过金属化过孔B13 连接。
金属反射腔结构9为一个矩形的金属腔结构，包括：金属立柱、金属底板、金属侧板；通过螺钉固定，金属底板的四个角竖立金属立柱，金属侧板安装在四个侧面，金属反射腔结构9顶部通过介质基板3覆盖。
进一步地，匹配加载电路6由LRC串联谐振电路和LC并联谐振电路构成。
进一步地，所述辐射贴片A1和辐射贴片B2都为轴比为0.58的椭圆形。
与现有技术相比本实用新型的优点在于：
(1)天线辐射贴片采用椭圆形设计相比传统方形或圆形等形式，其电流模式更多，更能拓展天线带宽。
(2)天线辐射贴片采用开槽的方法，增加电流路径，从而有效拓展天线带宽。
(3)为进一步拓展天线带宽，实现低频段阻抗与辐射匹配，采用了对地加载的RLC串并联形式集总电路。
附图说明
图1为本实用新型实施例天线整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例天线俯视结构示意图；
图3为本实用新型实施例0.3-0.8GHz0.8-2GHz与反射系数仿真图；
图4为本实用新型实施例天线在谐振频点0.43GHz的俯仰面方向图；
图5为本实用新型实施例天线在谐振频点2GHz的俯仰面方向图；
图6为本实用新型实施例天线在谐振频点0.43GHz的3D辐射方向图；
图7为本实用新型实施例天线在谐振频点2GHz的3D辐射方向图；
图8为本实用新型实施例天线在谐振频点0.43GHz的二维辐射方向图；
图9为本实用新型实施例天线在谐振频点2GHz的二维辐射方向图；
图10为匹配加载电路的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本实用新型做进一步详细说明。
如图1至2所示，一种宽带平面偶极子天线，包括：辐射贴片A1、辐射贴片B2、介质基板3、馈电线路4、匹配加载电路6、馈电线缆7、接地金属柱8、金属反射腔结构9；
所述辐射贴片A1和辐射贴片B2形状相同，都是轴比为0.58的椭圆形；椭圆形设计可以使天线工作电流模式更多，起到拓展天线带宽的作用。
介质基板3下表面以中心为对称轴，对称安装辐射贴片A1和辐射贴片B2。
辐射贴片A1和辐射贴片B2的表面距介质基板3中心的远端设有一段圆弧形开槽5，圆弧形开槽5可以改变辐射贴片电流路径，使辐射贴片产生二次辐射，从而使辐射贴片工作在更宽的频率范围。通过辐射贴片A1与辐射贴片B2的椭圆形及开槽设计，使二者作为天线主辐射贴片工作在0.8-2GHz的频段范围；
介质基板3表面开有四个金属化过孔A10，介质基板3上表面设有四条匹配加载电路6，匹配加载电路6两两对称分布在介质基板3上表面的左右两角；四个匹配加载电路6靠近介质基板3中心的一端都连接一个金属化过孔A10。
辐射贴片A1和辐射贴片B2的圆弧形开槽5中部向外侧延长，延长部分在末端截断了辐射贴片A1和辐射贴片B2将其分为两半，辐射贴片A1和辐射贴片B2 被分开的两半分别通过一个金属化过孔A10连接一根匹配加载电路6，匹配加载电路6另一端与金属反射腔结构9连接并接地，匹配加载电路6由LRC串联谐振电路和LC并联谐振电路构成，其等效电路如图10 所示；
辐射贴片A1和辐射贴片B2连接匹配加载电路6，起到隔离辐射贴片0.8-2G Hz频段电流，同时匹配0.38-0.8GHZ频段电流的作用，大幅提高了天线在低频段的匹配性能，使天线工作带宽展宽至0.38-2GHz；
介质基板3上表面设有馈电线路4，
介质基板3表面还设有一个过孔A11，该过孔A11也是辐射贴片A1的一个馈电孔，馈电线缆7的金属内芯穿过辐射贴片A1和过孔A11与馈电线路4连接，馈电线缆7的金属接地层与辐射贴片A1连接；
辐射贴片B2在以辐射贴片A1的过孔A11的对称位置也设有一个过孔B12，过孔B12为辐射贴片B2的接地孔，接地金属柱8穿过过孔B12与辐射贴片B2连接，辐射贴片B2距介质基板3表面中心近端设有一个金属化过孔B13，金属化过孔B13为辐射贴片B2的馈电孔，辐射贴片B2与馈电线路4通过金属化过孔B13 连接，此馈电结构实现天线在较宽频率范围内实现平衡馈电。
金属反射腔结构9为一个矩形的金属腔结构，包括：金属立柱、金属底板、金属侧板；通过螺钉固定，金属底板的四个角竖立金属立柱，金属侧板安装在四个侧面，金属反射腔结构9顶部通过介质基板3覆盖，能够反射天线辐射波，加强天线水平面上方辐射增益，同时起到支持辐射贴片A1、辐射贴片B2、匹配电路 6、馈电线缆7和接地金属柱8共同接地的作用。
本实施例使用有限元仿真软件HFSS2018对天线进行仿真，通过对天线进行建模与尺寸的微调进行优化仿真，使天线具有良好的阻抗匹配，进而得到预期的性能效果。
如图3所示，该天线的反射系数在0.38-2GHz均小于2.6，天线工作在较宽的频率范围。
如图4所示，该天线在0.43GHz频点各方位面增益波束宽度达到100°。
如图5所示，该天线在2GHz频点Phi＝±45°方位面增益波束宽度达到88°， Phi＝0°方位面增益波束宽度达到38°。
如图6所示，可以看到该天线0.43GHz频点具有较好的增益不圆度。
如图7所示，可以看到该天线2GHz频点具有相对更高的辐射增益。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的实施方法，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种宽带平面偶极子天线，其特征在于，包括：辐射贴片A(1)、辐射贴片B(2)、介质基板(3)、馈电线路(4)、匹配加载电路(6)、馈电线缆(7)、接地金属柱(8)和金属反射腔结构(9)；
所述辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)形状相同，都为椭圆形；
介质基板(3)下表面以中心为对称轴，对称安装辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)；
辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)的表面距介质基板(3)中心的远端设有一段圆弧形开槽(5)；
介质基板(3)表面开有四个金属化过孔A(10)，介质基板(3)上表面设有四条匹配加载电路(6)，匹配加载电路(6)两两对称分布在介质基板(3)上表面的左右两角；四个匹配加载电路(6)靠近介质基板(3)中心的一端都连接一个金属化过孔A(10)；
辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)的圆弧形开槽(5)中部向外侧延长，延长部分在末端截断了辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)将其分为两半，辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)被分开的两半分别通过一个金属化过孔A(10)连接一根匹配加载电路(6)，匹配加载电路(6)另一端与金属反射腔结构(9)连接并接地；
介质基板(3)上表面设有馈电线路(4)，介质基板(3)表面开有一个过孔A(11)，该过孔A(11)也是辐射贴片A(1)的一个馈电孔，馈电线缆(7)的金属内芯穿过辐射贴片A(1)和过孔A(11)与馈电线路(4)连接，馈电线缆(7)的金属接地层与辐射贴片A(1)连接；
辐射贴片B(2)在以辐射贴片A(1)的过孔A(11)的对称位置也设有一个过孔B(12)，过孔B(12)为辐射贴片B(2)的接地孔，接地金属柱(8)穿过过孔B(12)与辐射贴片B(2)连接，辐射贴片B(2)距介质基板(3)表面中心近端设有一个金属化过孔B(13)，金属化过孔B(13)为辐射贴片B(2)的馈电孔，辐射贴片B(2)与馈电线路(4)通过金属化过孔B(13)连接；
金属反射腔结构(9)为一个矩形的金属腔结构，包括：金属立柱、金属底板、金属侧板；通过螺钉固定，金属底板的四个角竖立金属立柱，金属侧板安装在四个侧面，金属反射腔结构(9)顶部通过介质基板(3)覆盖。
2.根据权利要求1所述的一种宽带平面偶极子天线，其特征在于：匹配加载电路(6)由LRC串联谐振电路和LC并联谐振电路构成。
3.根据权利要求1所述的一种宽带平面偶极子天线，其特征在于：所述辐射贴片A(1)和辐射贴片B(2)都为轴比为0.58的椭圆形。
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| CN202122528899.2U CN215989236U (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 一种宽带平面偶极子天线 |
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| CN215989236U true CN215989236U (zh) | 2022-03-08 |
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| CN202122528899.2U Active CN215989236U (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 一种宽带平面偶极子天线 |
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2021
- 2021-10-20 CN CN202122528899.2U patent/CN215989236U/zh active Active
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