CN216436144U

CN216436144U - 一种双频印刷偶极子天线

Info

Publication number: CN216436144U
Application number: CN202122895447.8U
Authority: CN
Inventors: 付少丽; 邱昕; 冷永清; 周崟灏; 赵俊超
Original assignee: Zhengzhou Zhongke Integrated Circuit And System Application Research Institute
Current assignee: Zhengzhou Zhongke Integrated Circuit And System Application Research Institute
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2031-11-24

Abstract

一种双频印刷偶极子天线，第一金属层和第二金属层分别位于介质层的上、下面，第一金属层包括第一开口谐振环、第一天线臂和第一金属线，第一金属线与第一天线臂相连，第二金属层包括第二开口谐振环、第二天线臂和第二金属线，第二金属线呈倒漏斗状，第二金属线上部与第二天线臂相连，第二天线臂和第二开口谐振环分别与第一天线臂和第一开口谐振环呈对称结构，2个第一开口谐振环对称装在介质层上面，2个第二开口谐振环对称装在介质层下面；结构简单，通过加载开口谐振环结构实现任意频率比的双频印刷偶极子天线，在两个谐振频率上都具有偶极子的特性，且交叉极化分量低，是双频印刷偶极子天线上的创新，有良好的社会和经济效益。

Description

一种双频印刷偶极子天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术，特别是一种双频印刷偶极子天线。

背景技术

随着现代无线通信技术的飞速发展，天线作为通信设备的前端关键部件，其性能的优越与否对整个通信质量起着至关重要的作用。偶极子类天线结构简单、体积小，并具有良好的波瓣特性，故这种最基本的天线在通信系统中获得了广泛的应用。为了满足双频系统对辐射元件的巨大需求，对双频天线的需求日益增加。实现双频特性的印刷偶极子最简单方法是通过一个端口馈电两个不同的偶极子。也可以采用在振子臂上开缝隙（如H型缝隙，U型缝隙）或者引入紧凑的谐振单元来完成双频工作，但因为附加谐振是由内部引入的结构决定的，双频频率之间的比值总是大于2，无法实现更小的频率比。因为降低频率比就需要增加内部谐振器的尺寸，导致这些结构不适合偶极子天线。如何解决传统双频印刷偶极子频率比大的问题，至今未见公开报道。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种双频印刷偶极子天线，可有效解决传统双频印刷偶极子频率比大的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是，一种双频印刷偶极子天线，包括介质层和金属层，所述的金属层包括第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层分别位于介质层的上、下面，第一金属层包括2个结构相同且对称分布的第一开口谐振环、第一天线臂和第一金属线，第一金属线与第一天线臂相连，第二金属层包括2个结构相同且对称分布的第二开口谐振环、第二天线臂和第二金属线，第二金属线呈倒漏斗状，第二金属线上部与第二天线臂相连，第二天线臂和第二开口谐振环分别与第一天线臂和第一开口谐振环沿介质层长向中心线呈对称结构，2个第一开口谐振环沿第二天线臂长向对称装在介质层上面，2个第二开口谐振环沿第一天线臂长向对称装在介质层下面。

本实用新型结构简单，通过加载开口谐振环结构实现任意频率比的双频印刷偶极子天线，该天线在两个谐振频率上都具有偶极子的特性，且交叉极化分量低，是双频印刷偶极子天线上的创新，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1是本实用新型结构侧视图。

图2是本实用新型结构俯视图。

图3是本实用新型开口谐振环的参数标注图（放大图）。

图4是本实用新型第二金属线结构示意图。

图5为本实用新型回波损耗S11参数曲线图，其中（a）为加载开口谐振环和未加载开口谐振环的S11参数图；（b）为加载开口谐振环的S11随结构参数s1变化的频率响应图。

具体实施方式

以下结合附图和具体情况对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

结合附图给出，一种双频印刷偶极子天线，包括介质层和金属层，所述的金属层包括第一金属层1和第二金属层3，第一金属层1和第二金属层3分别位于介质层2的上、下面，第一金属层1包括2个结构相同且对称分布的第一开口谐振环101、第一天线臂102和第一金属线103，第一金属线103与第一天线臂102相连，第二金属层3包括2个结构相同且对称分布的第二开口谐振环301、第二天线臂302和第二金属线303，第二金属线303呈倒漏斗状，第二金属线303上部与第二天线臂302相连，第二天线臂302和第二开口谐振环301分别与第一天线臂102和第一开口谐振环101沿介质层2长向中心线呈对称结构，2个第一开口谐振环101沿第二天线臂302长向对称装在介质层2上面，2个第二开口谐振环301沿第一天线臂102长向对称装在介质层2下面。

为保证更好的实施效果，所述的第一开口谐振环101和第二开口谐振环301结构相同，均为铜制的开口向内弯折成中间平行的开口结构。

所述的介质层2为相对介电常数er=4.4的环氧玻璃纤维板制成的方形，介质层2的厚度为1.6mm，长为60mm，宽为40mm。

所述的第二金属线303为铜制成的倒漏斗状截面结构。

所述的第一天线臂102和第二天线臂302结构相同，长度均为27mm，宽度均为3mm。

所述的第一金属层1和第二金属层3的厚度均为0.018mm。

本实用新型介质层2的材质为环氧玻璃纤维板（FR4），其相对介电常数er=4.4；金属层的材质为铜。第一金属线103和第二金属线303组成馈电线，馈电线由微带巴伦线和微带传输线部分组成。电流经过微带巴伦结构和微带传输线传输到偶极子天线的两个臂上。在微带传输线上，电流方向相反，因此不会辐射电磁波。在偶极子天线的两个臂上，两臂上的电流方向相同，因此会辐射电磁波。根据半波偶极子天线的理论，天线两个臂的总长度约为1/2个工作波长。偶极子天线是一个对称结构，传输线上的馈电电流必须是对称分布的。馈线一般采用同轴线结构，但是同轴线内外导体并不对称，所以天线上的电流也不会对称分布，从而影响天线的性能。为了保证偶极子天线上电流的平衡，通常在天线和同轴线之间插入一个不平衡到平衡的转换器，即微波巴伦，它可以将不平衡的电流转换成平衡的电流。第二金属线303的倒漏斗状结构就是一个简单的微波巴伦，可以实现不平衡到平衡的转换。半波偶极子天线的输入阻抗约为73.2Ω，而馈电端口同轴线的特性阻抗一般是50Ω，若将同轴线直接连接到半波偶极子天线上，就会有阻抗不匹配的问题。倒漏斗状结构的微带巴伦和微带传输线一起起到阻抗变换的作用，其作用相当于1/4波长阻抗转换器。

本实用新型中的开口谐振环(Split-Ring Resonator, SRR)是制作于微带上表面的一种谐振结构，Pendry 等的研究表明周期性排列的SRR 在其谐振频率附近表现出负的磁导率，并已经成功地应用于制造左手材料。本实用新型开口谐振环单元的开口向内弯折成中间平行金属线。微带开口谐振环结构可以等效为半波长谐振器，它的谐振频率随着总长度的增加而降低。

如图1-3所示，本实用新型的结构参数（方位关系相对于图1、2而言）为：介质层2（介质基板）的厚度（hsub）=1.6mm，长为60mm，宽为40mm，第一金属层1和第二金属层3的厚度（hm）=0.018mm，第一天线臂102和第二天线臂302下边线距离介质层2下边线之间距离L1=22mm，第一天线臂102和第二天线臂302的长度L2=27mm，第二金属线303最左边到第一金属线103左边线的投影距离 L3=10mm，第二金属线303中方形与三角形转折处到三角形底边的垂直距离L4=12mm，第一金属线103的宽度W1=3mm，第一天线臂102和第二天线臂302的宽度W2=3mm，开口谐振环靠近天线臂的下边线距离天线臂的投影距离c=0.5mm。开口谐振环的参数（方位关系相对于图3而言）为：开口处左半边上面长度S2=9mm，总长度S3=7mm，总宽度S4=9mm，外周边与内周边之间距离ws=1mm，开口处宽度wg=1mm。

图5为本实用新型回波损耗S11参数曲线图，其中（a）为加载开口谐振环（S1=3mm）和未加载开口谐振环的s11参数图；（b）为加载开口谐振环的S11随结构参数s1变化的频率响应图（s1=3，4，5mm），从图5（a）可以看出，在1.6GHz-3.4GHz频率范围内，未加载开口谐振环时，只在频率f1=2.08GHz处发生谐振，加载开口谐振环引入了新的谐振频率f2=2.75GHz呈现双频特性，且频率f1向低频发生了移动，这是因为开口谐振环的电容寄生效应。低频频率f1对应于偶极子天线的自谐振频率，高频f2对应于开口谐振环的谐振频率。从图5（b）可以看出随着s1的增加，谐振频率f1未发生移动，而频率f2随着s1的增加向低频移动，这是因为频率f2是开口谐振环的自谐振频率。

由上可以看出，本实用新型结构简单，通过加载开口谐振环结构实现任意频率比的双频印刷偶极子天线，该天线在两个谐振频率上都具有偶极子的特性，且交叉极化分量低，是双频印刷偶极子天线上的创新，可以广泛应用于无线通信中，如GPS或Galileo导航系统等，有良好的社会和经济效益。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，因此不能理解为对本实用新型的限制。上述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出改动或者修饰为等同变化的等效实施例，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种双频印刷偶极子天线，包括介质层和金属层，其特征在于，所述的金属层包括第一金属层（1）和第二金属层（3），第一金属层（1）和第二金属层（3）分别位于介质层（2）的上、下面，第一金属层（1）包括2个结构相同且对称分布的第一开口谐振环（101）、第一天线臂（102）和第一金属线（103），第一金属线（103）与第一天线臂（102）相连，第二金属层（3）包括2个结构相同且对称分布的第二开口谐振环（301）、第二天线臂（302）和第二金属线（303），第二金属线（303）呈倒漏斗状，第二金属线（303）上部与第二天线臂（302）相连，第二天线臂（302）和第二开口谐振环（301）分别与第一天线臂（102）和第一开口谐振环（101）沿介质层（2）长向中心线呈对称结构，2个第一开口谐振环（101）沿第二天线臂（302）长向对称装在介质层（2）上面，2个第二开口谐振环（301）沿第一天线臂（102）长向对称装在介质层（2）下面。

2.根据权利要求1所述的双频印刷偶极子天线，其特征在于，所述的第一开口谐振环（101）和第二开口谐振环（301）结构相同，均为铜制的开口向内弯折成中间平行的开口结构。

3.根据权利要求1所述的双频印刷偶极子天线，其特征在于，所述的介质层（2）为相对介电常数er=4.4的环氧玻璃纤维板制成的方形，介质层（2）的厚度为1.6mm，长为60mm，宽为40mm。

4.根据权利要求1所述的双频印刷偶极子天线，其特征在于，所述的第二金属线（303）为铜制成的倒漏斗状截面结构。

5.根据权利要求1所述的双频印刷偶极子天线，其特征在于，所述的第一天线臂（102）和第二天线臂（302）结构相同，长度均为27mm，宽度均为3mm。

6.根据权利要求1所述的双频印刷偶极子天线，其特征在于，所述的第一金属层（1）和第二金属层（3）的厚度均为0.018mm。