WO2018010610A1 - 一种双层天线 - Google Patents

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覃梅花
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覃梅花
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/065—Microstrip dipole antennas

Definitions

  • the present invention relates to a dual layer antenna.
  • An antenna is a device that converts a high-frequency current into a radio wave and emits it into a space, while collecting radio waves and generating a high-frequency current.
  • the antenna can be regarded as a tuned circuit composed of a capacitor and an inductor; at some frequency points, the capacitive and inductive properties of the tuned circuit cancel each other out, and the circuit exhibits pure resistivity, which is called resonance, and the resonance phenomenon corresponds to
  • the working frequency is the resonant frequency point, and the energy at the antenna resonant frequency point has the strongest radiation characteristics.
  • An antenna structure having a resonance characteristic is referred to as an antenna antenna, and an antenna structure in which a high-frequency current is directly excited is referred to as an active antenna, and vice versa as a passive antenna; in an existing antenna, an antenna is required according to actual needs
  • the input impedance of the antenna needs to be adjusted.
  • the adjusted antenna and the common antenna still cannot meet the requirements of the current communication standard.
  • the communication standard is getting higher and higher.
  • the requirements of the antenna are also getting higher and higher.
  • the gain, directionality and front-to-front ratio of the current antenna need to be broken.
  • a double-layer antenna includes a first PCB board and a second PCB board stacked together; and a first micro-top surface of the first PCB board is provided
  • the first microstrip unit includes two microstrip sets of the same shape and symmetrically arranged; the second microplate unit is disposed on the top surface of the second PCB board; the first PCB board and the second PCB board are superimposed ⁇ , the second microstrip unit is located on the top surface of the second PCB board and the bottom surface of the first PCB.
  • each microstrip vibration set includes a trapezoidal trapezoidal vibrator arm, a first triangular arm and a second angular arm respectively disposed on two sides of the trapezoidal vibrator arm; a first angular arm, An arc-shaped connecting arm is connected between the two-armed arm and the trapezoidal vibrator arm; [0006] one corner of each of the first corner arm and the second corner arm is directed to the center of the first PCB board; each of the first corner arm and the second corner arm is disposed at a corner near the center of the first PCB board Empty slot; each of the first and second corner arms is further provided with a hollowing unit, the hollowing unit includes an F-shaped hollowing bar; each first microstrip unit further comprises two rectangular feeding pieces, each microstrip The set of trapezoidal vibrator arms is respectively coupled to the corresponding rectangular feed piece
  • the second microstrip unit includes a circular annular radiating arm, and the annular radiating arm extends inwardly with two oppositely disposed crossbars, each of which extends toward the center to form an arc of an arc Radiation arm.
  • two feeding coupling pieces are respectively provided with a coupling gap.
  • first PCB board and the second PCB board are stacked together, and each crossbar is located in a vertical projection area of the trapezoidal vibrator arm of the corresponding microstrip.
  • each of the first corner arm and the second corner arm are arc angles.
  • first PCB board and the second PCB board are both square, and the L-shaped isolated microstrip arms are disposed at four corners of the first PCB board;
  • two microstrip vibration sets are provided with two T-shaped parasitic oscillator arms;
  • first PCB board and the second PCB board are both square, and the first PCB board and the second PCB board are provided with rectangular parasitic oscillator arms on two sides.
  • the antenna has the characteristics of low profile, wide band, and high gain.
  • the antenna 10 (18 impedance bandwidth 28.4%, single antenna average gain 8.2 dBi.
  • FIG. 1 is a front view of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of a first PCB board
  • FIG. 3 is a plan view of a second PCB board; [0018] FIG. 4 is a schematic structural view of a microstrip vibration set;
  • 5 is a simulation and test graph of the S11 parameters of the antenna embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a gain simulation test curve diagram and an efficiency test curve diagram of an antenna embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 7 illustrate:
  • HI-first PCB board HI 1-ladder oscillator arm; H12-arc connection arm; H13-first angle arm; H14-second angle arm; H15-bar slot; H16-skull unit; H17-shaped hollow rod;
  • H2-second PCB board H21-ring radiating arm; H22-crossbar; H23-arc radiating arm;
  • H3-rectangular feed piece H4-rectangular parasitic oscillator arm; H5-isolated microstrip arm; H6-T-shaped parasitic oscillator arm.
  • a double layer antenna includes a first PC B board HI and a second PCB board H2 stacked together; the first PCB board HI The top surface is provided with a first microstrip unit, and the first microstrip unit includes two microstrip sets of the same shape and symmetrically arranged; the second PCB board H2 is provided with a second microstrip unit on the top surface; The second microstrip unit is located on the top surface of the second PCB board H2 and the bottom surface of the first PCB.
  • the double layer antenna described in this embodiment includes each microstrip oscillator.
  • a trapezoidal trapezoidal arm HI1 a first triangular arm H13 and a second corner arm H14 respectively disposed on both sides of the trapezoidal arm H11; a first angular arm H13, a second angular arm H14 and a trapezoid
  • An arc connecting arm H12 is connected between the vibrator arms HI 1 ; one corner of each of the first corner arm H13 and the second corner arm H14 is directed to the center of the first PCB board HI; each of the first corner arms H13 and a strip-shaped recess H15 is provided at a corner of the second corner arm H14 near the center of the first PCB board HI; each of the first corner arm H13 and the second corner arm H14 is further provided with a hollow unit H16, a hollow single H16 F comprises a rod-shaped hollow H17; each set further comprises a microstrip resonator with a rectangular sheet feeding H3, H11 each trapezoidal microstrip dipole arm vibration set respectively corresponding to a rectangular sheet
  • the second microstrip unit includes a circular annular radiating arm H21, and the annular radiating arm H2 1 extends inwardly with two oppositely disposed crossbars H22, and each of the crossbars H22 extends toward the center. Curved radiating arm H23.
  • the first PCB board HI and the second PCB board H2 are stacked, the first microstrip unit and the second microstrip unit
  • the elemental interaction ⁇ after the coupling interference is avoided as much as possible, can achieve excellent antenna characteristics.
  • the simulation and test of the IS11I parameters are in accordance with the embodiment of the present invention, and the measured 10 dB impedance bandwidth is 28.4%.
  • the stop band IS11I is close to zero. Referring to FIG.
  • the gain curve of the simulation and the test in the embodiment of the present invention is in agreement, the average gain in the passband is 8.2 dBi, and the roll-off edge has a high roll-off degree, and the out-of-band rejection exceeds in a wide stop band. 20dBi, better filtering effect in the range of 0 ⁇ 10GHz.
  • the in-band efficiency of the embodiments of the present invention is as high as 95%. See Figure 7, a normalized pattern at a center frequency of 5 GHz. The maximum radiation direction is directly above the radiator, and the main polarization is greater than the cross polarization by more than 25 dBi.
  • the pattern of other frequencies in the passband is similar to the 5G Hz pattern, and the pattern in the entire passband is stable.
  • a double-layer antenna according to this embodiment has a coupling gap adjacent to each of the two feeding coupling pieces.
  • the first PCB board HI and the second PCB board H2 are stacked together, and each crossbar H22 is located on the trapezoidal vibrator arm H11 of the corresponding microstrip set. Within the vertical projection area. Increase gain and reduce off-site interference.
  • the three corners of each of the first corner arm H13 and the second corner arm H14 are arc angles.
  • the current is smoother and the bandwidth is increased.
  • the maximum distance between the two curved radiating arms H23 is M
  • the minimum distance is N
  • the length of the strip empty slot H15 is L
  • M N+ 0.86L.
  • the first PCB board HI and the second PCB board H2 are square
  • the L-shaped isolated microstrip arm H5 is disposed at four corners of the first PCB board HI; the isolation is increased, and the standing wave ratio is reduced.
  • a double-layer antenna according to the embodiment, two T-shaped parasitic oscillator arms H6 are disposed between two microstrip vibration centers; a convex arm of a specific T-shaped parasitic oscillator arm H6 is set at two micros Between adjacent two first corner arms H 13 with a set of vibrations, the convex arm of the other T-shaped parasitic arm H6 is disposed between two adjacent first angular arms H13 of the two microstrip sets, Effectively reduce the standing wave ratio and improve the antenna characteristics.
  • the first PCB board HI and the second PCB board H2 are square, and the first PCB board HI and the second PCB board H2 have two sides.
  • a rectangular parasitic arm H4 is provided; the gain is effectively increased.

Landscapes

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Abstract

本发明公开了一种双层天线，包括有叠加在一起的第一PCB板及第二PCB板；所述第一PCB板顶面设有第一微带单元，所述第一微带单元包括有两个形状相同、对称设置微带振集；所述第二PCB板顶面设有第二微带单元；第一PCB板及第二PCB板叠加时，第二微带单元位于第二PCB板顶面及第一PCB底面；通过优良的双层结构设计，通过不断试验和参数调整下，实现了优良的前后比特性较好的天线性能及增益。本天线具有低剖面、宽带、高增益的特点，天线10dB阻抗带宽28.4％，单个天线平均增益8.2dBi。

Description

一种双层天线
技术领域
[0001] 本发明涉及一种双层天线。
背景技术
[0002] 天线是一种把高频电流转化成无线电波发射到空间， 同吋可以收集空间无线电 波并产生高频电流的装置。 天线可看作由电容和电感组成的调谐电路； 该调谐 电路在某些频率点， 其容性和感性将相互抵消， 电路表现出纯阻性， 该现象称 之为谐振， 而谐振现象对应的工作频点即为谐振频率点， 处于天线谐振频率点 的能量， 其辐射特性最强。 并将具有谐振特性的天线结构称作天线天线， 并将 高频电流直接激励的天线结构称作有源天线， 反之称作无源天线； 现有天线中 ， 在根据实际使用的需要对天线进行设计吋， 为了使得天线的谐振频率点满足 设定要求， 需要对天线的输入阻抗进行调整， 通过调整后的天线以及普通天线 依然不能满足目前通信标准的要求， 目前通信标准越来越高， 对天线的要求也 越来越高， 目前的天线的增益、 方向性、 前后比均需要获得突破。
技术问题
问题的解决方案
技术解决方案
[0003] 本发明的目的在于克服以上所述的缺点， 提供一种双层天线。
[0004] 为实现上述目的， 本发明的具体方案如下： 一种双层天线， 包括有叠加在一起 的第一 PCB板及第二 PCB板； 所述第一 PCB板顶面设有第一微带单元， 所述第一 微带单元包括有两个形状相同、 对称设置微带振集； 所述第二 PCB板顶面设有第 二微带单元； 第一 PCB板及第二 PCB板叠加吋， 第二微带单元位于第二 PCB板顶 面及第一 PCB底面。
[0005] 其中， 每个微带振集包括有一个梯形的梯形振子臂、 分别设于梯形振子臂的两 侧的、 呈三角形的第一角臂和第二角臂； 第一角臂、 第二角臂与梯形振子臂之 间均连设有弧形连接臂； [0006] 每个第一角臂和第二角臂的一个角均指向第一 PCB板的中心； 每个第一角臂和 第二角臂靠近第一 PCB板中心的角处设有条形空槽； 每个第一角臂和第二角臂上 还设有镂空单元， 镂空单元包括有 F形镂空杆； 每第一微带单元还包括有两个矩 形馈电片， 每个微带振集的梯形振子臂分别与对应的矩形馈电片馈电耦合连接
[0007] 所述第二微带单元包括有圆环形的环形辐射臂， 所述环形辐射臂向内延伸出有 两个相对设置的横杆， 每个横杆向中心延伸出弧形的弧形辐射臂。
[0008] 其中， 两个馈电耦合片相邻处均设有一个耦合缺口。
[0009] 其中， 所述第一 PCB板及第二 PCB板叠加在一起吋， 每个横杆位于相应微带振 集的梯形振子臂的垂直投影区域内。
[0010] 其中， 每个第一角臂和第二角臂的三个角均为圆弧角。
[0011] 其中， 两个弧形辐射臂之间的最大距离为 M， 最小距离为 N， 条形空槽的长度 为 L， 则M=N+0.86L。
[0012] 其中， 所述第一 PCB板和第二 PCB板均为正方形， 所述第一 PCB板的四个角处 设有 L形的隔离微带臂；
[0013] 其中， 两个微带振集中间设有两个 T形寄生振子臂；
[0014] 其中， 所述第一 PCB板和第二 PCB板均为正方形， 且第一 PCB板和第二 PCB板 均有两个边上设有矩形寄生振子臂。
发明的有益效果
有益效果
[0015] 通过优良的双层结构设计， 通过不断试验和参数调整下， 实现了优良的前后比 特性较好的天线性能及增益。 本天线具有低剖面、 宽带、 高增益的特点， 天线 1 0(18阻抗带宽28 .4%， 单个天线平均增益 8 .2dBi。
对附图的简要说明
附图说明
[0016] 图 1是本发明的主视图；
[0017] 图 2是第一 PCB板的俯视图；
[0018] 图 3是第二 PCB板的俯视图； [0019] 图 4是微带振集的结构示意图；
[0020] 图 5是本发明天线具体实施例的 S11参数的仿真和测试曲线图。
[0021] 图 6是本发明天线具体实施例的增益仿真测试曲线图和效率测试曲线图；
[0022] 图 7是本发明天线具体实施例在 5GHz的归一化辐射方向图。
[0023] 图 1至图 7中的附图标记说明：
[0024] HI-第一 PCB板； HI 1-梯形振子臂； H12-弧形连接臂； H13-第一角臂； H14-第 二角臂； H15-条形空槽； H16-镂空单元； H17-形镂空杆；
[0025] H2-第二 PCB板； H21-环形辐射臂； H22-横杆； H23-弧形辐射臂；
[0026] H3-矩形馈电片； H4-矩形寄生振子臂； H5-隔离微带臂； H6-T形寄生振子臂。
本发明的实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明， 并不是把本发明的 实施范围局限于此。
[0028] 如图 1至图 7所示， 本实施例所述的一种双层天线， 包括有叠加在一起的第一 PC B板 HI及第二 PCB板 H2; 所述第一 PCB板 HI顶面设有第一微带单元， 所述第一 微带单元包括有两个形状相同、 对称设置微带振集； 所述第二 PCB板 H2顶面设 有第二微带单元； 第一 PCB板 HI及第二 PCB板 H2叠加吋， 第二微带单元位于第 二 PCB板 H2顶面及第一 PCB底面； 本实施例所述的一种双层天线， 每个微带振 集包括有一个梯形的梯形振子臂 HI 1、 分别设于梯形振子臂 H11的两侧的、 呈三 角形的第一角臂 H13和第二角臂 H14; 第一角臂 H13、 第二角臂 H14与梯形振子臂 HI 1之间均连设有弧形连接臂 H12; 每个第一角臂 H13和第二角臂 H14的一个角均 指向第一 PCB板 HI的中心； 每个第一角臂 H13和第二角臂 H14靠近第一 PCB板 HI 中心的角处设有条形空槽 H15; 每个第一角臂 H13和第二角臂 H14上还设有镂空 单元 H16， 镂空单元 H16包括有 F形镂空杆 H17; 每个微带振集还包括有一个矩形 馈电片 H3， 每个微带振集的梯形振子臂 H11分别与对应的矩形馈电片 H3馈电耦 合连接。 所述第二微带单元包括有圆环形的环形辐射臂 H21， 所述环形辐射臂 H2 1向内延伸出有两个相对设置的横杆 H22， 每个横杆 H22向中心延伸出弧形的弧形 辐射臂 H23。 第一 PCB板 HI及第二 PCB板 H2叠加吋， 第一微带单元和第二微带单 元相互作用吋， 在尽可能的避免耦合干扰后， 其能达到优异的天线特性， 参照 图 5， 本发明实施例仿真与测试的 IS11I参数较为吻合， 测试的 10dB阻抗带宽是 28. 4% , 阻带 IS11I接近于 0。 参照图 6， 本发明实施例仿真与测试的增益曲线比较吻 合， 测试通带内平均增益 8.2dBi,并且在通带边沿有很高的滚降度， 在很宽的阻带 内带外抑制超过 20dBi， 0〜10GHz范围内有较好的滤波效果。 本发明实施例的带 内效率高达 95%。 参阅图 7， 中心频率 5GHz的归一化方向图。 最大辐射方向在辐 射体的正上方， 主极化比交叉极化大 25dBi以上。 通带内其他频率的方向图与 5G Hz的方向图类似， 整个通带内方向图稳定。
[0029] 本实施例所述的一种双层天线， 两个馈电耦合片相邻处均设有一个耦合缺口。
可以有效降低耦合干扰。
[0030] 本实施例所述的一种双层天线， 所述第一 PCB板 HI及第二 PCB板 H2叠加在一起 吋， 每个横杆 H22位于相应微带振集的梯形振子臂 H11的垂直投影区域内。 增加 增益， 减少场外干扰。
[0031] 本实施例所述的一种双层天线， 每个第一角臂 H13和第二角臂 H14的三个角均 为圆弧角。 电流更圆滑， 增加带宽。
[0032] 本实施例所述的一种双层天线， 两个弧形辐射臂 H23之间的最大距离为 M， 最 小距离为 N， 条形空槽 H15的长度为 L， 则M=N+0.86L。 满足该公式的吋候， 测 试通带内平均增益可达到 9.15dBi的水平。
[0033] 本实施例所述的一种双层天线， 所述第一 PCB板 HI和第二 PCB板 H2均为正方形
， 所述第一 PCB板 HI的四个角处设有 L形的隔离微带臂 H5; 增加隔离性， 减少驻 波比。
[0034] 本实施例所述的一种双层天线， 两个微带振集中间设有两个 T形寄生振子臂 H6 ； 具体的一个 T形寄生振子臂 H6的凸臂设于两个微带振集的相邻两个第一角臂 H 13之间， 另一个 T形寄生振子臂 H6的凸臂设于两个微带振集的相邻两个第一角臂 H13之间， 能有效降低驻波比， 提高天线特性。
[0035] 本实施例所述的一种双层天线， 所述第一 PCB板 HI和第二 PCB板 H2均为正方形 ， 且第一 PCB板 HI和第二 PCB板 H2均有两个边上设有矩形寄生振子臂 H4; 有效 增加增益。 以上所述仅是本发明的一个较佳实施例， 故凡依本发明专利申请范围所述的构 造、 特征及原理所做的等效变化或修饰， 包含在本发明专利申请的保护范围内

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种双层天线， 其特征在于： 包括有叠加在一起的第一 PCB板 （HI
) 及第二 PCB板 （H2) ； 所述第一 PCB板 （HI) 顶面设有第一微带 单元， 所述第一微带单元包括有两个形状相同、 对称设置微带振集； 所述第二 PCB板 （H2) 顶面设有第二微带单元； 第一 PCB板 （HI) 及第二 PCB板 （H2) 叠加吋， 第二微带单元位于第二 PCB板 （H2) 顶面及第一 PCB底面； 每个微带振集包括有一个梯形的梯形振子臂 （ H11) 、 分别设于梯形振子臂 （H11) 的两侧的、 呈三角形的第一角 臂 （H13) 和第二角臂 （H14) ； 第一角臂 （H13) 、 第二角臂 （H14 ) 与梯形振子臂 （H11) 之间均连设有弧形连接臂 （H12) ； 每个第 一角臂 （H13) 和第二角臂 （H14) 的一个角均指向第一 PCB板 （HI ) 的中心； 每个第一角臂 （H13) 和第二角臂 （H14) 靠近第一 PCB 板 （HI) 中心的角处设有条形空槽 （H15) ； 每个第一角臂 （H13) 和第二角臂 （H14) 上还设有镂空单元 （H16) ， 镂空单元 （H16) 包括有 F形镂空杆 （H17) ； 第一微带单元还包括有两个矩形馈电片
(H3) ， 每个微带振集的梯形振子臂 （H11) 分别与对应的矩形馈电 片 （H3) 馈电耦合连接； 所述第二微带单元包括有圆环形的环形辐 射臂 （H21) ， 所述环形辐射臂 （H21) 向内延伸出有两个相对设置 的横杆 （H22) ， 每个横杆 （H22) 向中心延伸出弧形的弧形辐射臂
(H23) ； 两个馈电耦合片相邻处均设有一个耦合缺口； 所述第一 PC B板 （HI) 及第二 PCB板 （H2) 叠加在一起吋， 每个横杆 （H22) 位 于相应微带振集的梯形振子臂 （H11) 的垂直投影区域内。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的一种双层天线， 其特征在于： 每个第一角臂 (
H13) 和第二角臂 （H14) 的三个角均为圆弧角。
[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的一种双层天线， 其特征在于： 两个弧形辐射臂
(H23) 之间的最大距离为 M， 最小距离为 N， 条形空槽 （H15) 的长 度为 L， 则M=N+0.86L。
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