WO2018119800A1 - 一种微带振子 - Google Patents

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邝嘉豪
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a microstrip vibrator.
  • 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 element, and an antenna structure in which a high-frequency current is directly excited is referred to as an active oscillator, and vice versa as a passive oscillator; in the existing oscillator, the antenna is subjected to an actual use
  • the input impedance of the antenna needs to be adjusted.
  • the adjusted vibrator and the ordinary vibrator still cannot meet the requirements of the current communication standard.
  • the communication standard is getting higher and higher.
  • the requirements of the vibrator are also getting higher and higher.
  • the gain, directionality and front-to-front ratio of the current vibrator need to be broken.
  • a microstrip vibrator includes a reflecting plate, and the reflecting plate is provided with four centrally symmetric vibrator units, each of which includes one a semi-circular bottom arm, the bottom arm extending upwardly has a first rectangular arm, the first rectangular arm extends upwardly with a second rectangular arm, and the second rectangular arm is provided with a first rectangular groove on the top; the bottom arm a first connecting arm extends from a side of the first rectangular arm connecting the middle of the reflecting plate, and the first connecting arm extends obliquely upward to have a first inclined arm
  • a first vertical arm extends downward from a free end of the first inclined arm, and a first connecting belt extends from a free end of the first vertical arm toward a side of the bottom arm, and the first connecting belt extends to a side of the bottom arm a first connecting arm of the rectangle; a second connecting arm extending from a side of the bottom arm and the first rectangular arm to the middle of the reflecting plate
  • the second connecting arm extends obliquely upward to have a second inclined arm, and the free end of the second inclined arm extends laterally with a lateral radiating arm, and the free end of the lateral radiating arm extends downward to have a second vertical arm, and one side of the second vertical arm a second rectangular coupling arm extending toward a side close to the bottom arm, a top side of the uppermost second coupling arm and a lower side of the lowermost second coupling arm are each provided with a semi-circular notch; Two rectangular arms are provided with three hexagonal hexagonal choke holes arranged in a row on both sides; the free end
  • a zigzag parasitic oscillator arm is further included, and a crossbar of the parasitic oscillator arm extends downwardly with a semicircular parasitic oscillator unit.
  • the antenna exhibits excellent electrical performance at 2.4 GHz and 5.0 GHz, and averaging 9.7 dBi in the vicinity of the band.
  • FIG. 1 is a plan view of a communication antenna of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural view of a single vibrator unit of the present invention
  • FIG. 5 is a direction diagram of a communication antenna 2.4 GHz according to the present invention. [0011] FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a communication antenna of the present invention at 5.0 GHz;
  • FIGS. 1 to 6 illustrate: cl-reflector; c2-bottom arm; c3-first rectangular arm; c31-groove; c4-second rectangular arm; c41-blocking hole; C42-first rectangular groove; c5-first oblique arm; c6-first vertical arm; c61-first coupling arm; c7-second oblique arm; C71-T-shaped rod; c8-transverse radiation arm; Second vertical arm; c82-second coupling arm; C83-U-shaped rod; c9-parasitic oscillator arm.
  • a microstrip oscillator includes a reflector plate c1, and four reflector units are disposed on the reflector plate c1.
  • the vibrator unit includes a semicircular bottom arm c2, the bottom arm c2 extends upwardly with a first rectangular arm c3, and the first rectangular arm c3 extends upwardly with a second rectangular arm c4, and the second rectangular arm c4 is disposed on the top There is a first rectangular groove c42; a joint of the bottom arm c2 and the first rectangular arm c3 extends to a side of the middle of the reflector c 1 with a first connecting arm, and the first connecting arm extends obliquely upward to have a first oblique angle
  • the arm c5, the free end of the first inclined arm c5 extends downwardly with a first vertical arm c6, and the free end of the first vertical arm c6 extends to the side of the bottom arm c2 with a first connecting
  • the top side of the uppermost second coupling arm c82 and the lower side of the lowermost second coupling arm c82 are each provided with a semi-circular notch; the two sides of the second rectangular arm c4 are arranged in a row of three a hexagonal hexagonal obstruction hole c41; a free end of the second vertical arm c81 is provided with a U-shaped rod C83 which is disposed opposite to the arc surface of the bottom arm c2; the first rectangular arm c3 is second
  • the inclined arm c7 is provided with a groove c31 on the side, and the second inclined arm c7 extends into the groove c3 1 to have a T-shaped rod C71.
  • the antenna structure is finally determined by not less than 1000 microstrip circuit structure design, and by not less than 1000 simulation tests and parameter adjustment; the antenna exhibits excellent electrical performance at 2.4 GHz and 5.0 GHz. , averaging 9.7dBi under the bandwidth near the band;
  • test band segments are in the four frequency bands of 2.2 GHz, 2.4 GHz, 5.0 GHz, and 5.2 GHz, respectively: 31.222 dB, 32.325 dB, 38.1 47 dB, 38.500dB, the corresponding gains are: 9.4001dBi, 9.5352dBi, 9.9225dBi, 9.7750d Bi; and other electrical properties have excellent results, the return loss is in the 2.4-2.48GHZ band and 5.
  • the return loss is better than -10dB; the isolation loss in the 2.4-2.48GHz and 5.15-5.875GHz bands is better than -18dB; it proves that the antenna itself has better performance; in addition, when it is coated on the back of the reflector cl After the silver layer, its return loss and isolation show better performance, as shown in Figure 5.
  • the return loss of the return loss in the 2.4-2.48 GHz band and the 5.15-5.875 GHz band is better than -15 dB.
  • the isolation loss in the 2.4-2.48 GHz and 5.15-5.875 GHz bands is better than - 20dB.
  • the silver layer is applied to the back of other antennas, and the electrical performance of the common antenna is not improved or improved. Therefore, the antenna and the back silver plating method are matched and promoted. In addition, the antenna has good directivity. As shown in Fig. 5 and Fig. 6, both of the frequency bands are omnidirectional antennas.
  • the communication antenna is a non-size required antenna, and the above-mentioned FIG. 3 is used as a reference direction, as long as the above-mentioned requirements are met in the manner of holes and holes provided in the bending direction; but if better stable performance is required,
  • the specific dimensions of the antenna can be optimized as follows:
  • the length and width of the reflector c1 are: 117.5 mm, 66.5 mm;
  • the radius of the bottom arm c2 is: 4.7 mm;
  • the height and width of the first rectangular arm c3 are: 4.8 mm, 7.45 Mm,
  • the second rectangular arm c4 has a height of 8.6 mm and a width of 12.8 mm;
  • the depth and width of the first rectangular groove c42 are: 1.3 mm and 3.2 mm, respectively;
  • the first connecting arm and the second connecting arm do not have dimensional requirements, It is not longer than 5mm;
  • the first oblique arm c5 has a line width of 2.7mm and
  • the requirement is not longer than 5 mm; the first coupling arm c61 is square and has a side length of 4.2 mm; the second oblique arm c7 has a line width of 2.7 mm and a single side length of 16.2 mm; the first inclined arm c5 and the second oblique The angle between the arm c7 and the horizontal plane is 60 degrees.
  • the lateral radiation arm c8 has a line width of 2.7 mm and a length of 17 mm.
  • the second vertical arm c81 has a line width of 2.7 mm and a length of 14.8 mm.
  • the second coupling arm c82 has a line width of 2.7 mm and the length is: 9.2mm; the radius of the semicircular notch is 1.5mm, the side length of the hexagonal obstruction hole c41 is: lmm, the center distance of two adjacent hexagonal obstruction holes c41 is: 2.6mm; U-shaped rod C83
  • the line width is 0.5mm, the longest side is 20mm, the length of the cross arm is: 3mm; the groove c31 is not required, the line width of the T-bar C7 1 is 0.5mm, the length of the cross bar is 2mm, the length of the longitudinal rod For: 5mm.
  • the above uses Figure 3 as a reference direction. Other unspecified sizes are not required.
  • a parasitic vibrator arm c9 having a right-angled zigzag shape is further included, and a crossbar of the parasitic vibrator arm c9 extends downward with a semicircular parasitic oscillator unit. Increase bandwidth and reduce standing wave ratio.
  • the total length of the parasitic oscillator arm is not wider than the width of the vibrator unit.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种微带振子,包括有一个反射板，所述反射板上设有四个呈中心对称的振子单元，每个振子单元包括有一个半圆形的底臂，底臂向上延伸出有第一矩形臂，第一矩形臂向上延伸出有第二矩形臂，第二矩形臂的顶部上设有第一矩形凹槽；所述底臂与第一矩形臂连接处向反射板中间的一侧延伸出有第一连接臂，第一连接臂斜向上延伸出有第一斜臂，第一斜臂自由端向下延伸出有第一垂直臂；所述底臂与第一矩形臂连接处向远离反射板中间的一侧延伸出有第二连接臂，本天线其在2.4GHz和5.0GHz表现出优异电气性能，在该频段附近带宽下平均达到9.7dBi。

Description

一种微带振子 技术领域
[0001] 本发明涉及一种微带振子。
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振子， 并将 高频电流直接激励的天线结构称作有源振子， 反之称作无源振子； 现有振子中 ， 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， 通过调整后的振子以及普通振子 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， 对振子的要求也 越来越高， 目前的振子的增益、 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， 提供一种微带振子。
[0004] 为实现上述目的， 本发明的具体方案如下： 一种微带振子,包括有一个反射板， 所述反射板上设有四个呈中心对称的振子单元， 每个振子单元包括有一个半圆 形的底臂， 底臂向上延伸出有第一矩形臂， 第一矩形臂向上延伸出有第二矩形 臂， 第二矩形臂的顶部上设有第一矩形凹槽； 所述底臂与第一矩形臂连接处向 反射板中间的一侧延伸出有第一连接臂， 第一连接臂斜向上延伸出有第一斜臂
， 第一斜臂自由端向下延伸出有第一垂直臂， 第一垂直臂的自由端向底臂一侧 延伸出有第一连接带， 第一连接带向底臂的一侧延伸出有矩形的第一耦合臂； 所述底臂与第一矩形臂连接处向远离反射板中间的一侧延伸出有第二连接臂， 第二连接臂斜向上延伸出有第二斜臂， 第二斜臂自由端横向延伸出有横向辐射 臂， 横向辐射臂自由端向下延伸出有第二垂直臂， 第二垂直臂的一侧向靠近底 臂的一侧延伸出有三个矩形的第二耦合臂， 最上面的第二耦合臂的顶侧和最下 面的第二耦合臂的低侧均设有半圆形缺口； 所述第二矩形臂的两侧均设有排成 一排的三个六边形的六边形阻流孔； 第二垂直臂的自由端设有一个幵口与底臂 圆弧面反向设置的 u形杆； 第一矩形臂向第二斜臂一侧设有幵槽， 第二斜臂向幵 槽内延伸出有一个 T形杆。
[0005] 优选的， 还包括有一 Z字型的寄生振子臂， 寄生振子臂的一个横杆向下延伸出 有半圆形寄生振子单元。
发明的有益效果
有益效果
[0006] 本天线其在 2.4GHz和 5.0GHz表现出优异电气性能， 在该频段附近带宽下平均 达到 9.7dBi。
对附图的简要说明
附图说明
[0007] 图 1是本发明的通信天线的俯视图；
[0008] 图 2是本发明的单个振子单元的结构示意图；
[0009] 图 3是本发明所述通信天线的回波损耗测试图；
[0010] 图 4是本发明所述通信天线的隔离度性能测试图；
[0011] 图 5是本发明所述通信天线 2.4GHz吋的方向图；
[0012] 图 6是本发明所述通信天线 5.0GHz吋的方向图；
[0013] 图 1至图 6中的附图标记说明： cl-反射板； c2-底臂； c3-第一矩形臂； c31-幵槽 ； c4-第二矩形臂； c41-阻流孔； c42-第一矩形凹槽； c5-第一斜臂； c6-第一垂直 臂； c61-第一耦合臂； c7-第二斜臂； C71-T形杆； c8-横向辐射臂； c81-第二垂直 臂； c82-第二耦合臂； C83-U形杆； c9-寄生振子臂。
本发明的实施方式 [0014] 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。
[0015] 如图 1至图 6所示， 本实施例所述的一种微带振子， 包括有一个反射板 cl， 所述 反射板 cl上设有四个呈中心对称的振子单元， 每个振子单元包括有一个半圆形的 底臂 c2， 底臂 c2向上延伸出有第一矩形臂 c3， 第一矩形臂 c3向上延伸出有第二矩 形臂 c4， 第二矩形臂 c4的顶部上设有第一矩形凹槽 c42; 所述底臂 c2与第一矩形 臂 c3连接处向反射板 c 1中间的一侧延伸出有第一连接臂， 第一连接臂斜向上延伸 出有第一斜臂 c5， 第一斜臂 c5自由端向下延伸出有第一垂直臂 c6， 第一垂直臂 c6 的自由端向底臂 c2—侧延伸出有第一连接带， 第一连接带向底臂 c2的一侧延伸出 有矩形的第一耦合臂 c61 ; 所述底臂 c2与第一矩形臂 c3连接处向远离反射板 cl中 间的一侧延伸出有第二连接臂， 第二连接臂斜向上延伸出有第二斜臂 c7， 第二斜 臂 c7自由端横向延伸出有横向辐射臂 c8， 横向辐射臂 c8自由端向下延伸出有第二 垂直臂 c81， 第二垂直臂 c81的一侧向靠近底臂 c2的一侧延伸出有三个矩形的第二 耦合臂 c82， 最上面的第二耦合臂 c82的顶侧和最下面的第二耦合臂 c82的低侧均 设有半圆形缺口； 所述第二矩形臂 c4的两侧均设有排成一排的三个六边形的六边 形阻流孔 c41 ; 第二垂直臂 c81的自由端设有一个幵口与底臂 c2圆弧面反向设置的 U形杆 C83 ; 第一矩形臂 c3向第二斜臂 c7—侧设有幵槽 c31， 第二斜臂 c7向幵槽 c3 1内延伸出有一个 T形杆 C71。
[0016] 通过不小于 1000次的微带电路结构设计， 以及通过不低于 1000次仿真试验和参 数调整下， 最终确定了上述天线结构； 本天线其在 2.4GHz和 5.0GHz表现出优异 电气性能， 在该频段附近带宽下平均达到 9.7dBi;
[0017] 具体实际测试结果如下表 HFSS软件仿真得到： 测试频带段在 2.2GHz、 2.4GHz 、 5.0GHz、 5.2GHz的四个频点频带内前后比分别是: 31.222dB、 32.325dB、 38.1 47dB、 38.500dB， 对应增益分别是： 9.4001dBi、 9.5352dBi、 9.9225dBi、 9.7750d Bi; 而其他电气性能也有较为优异的结果， 其回波损耗在 2.4-2.48GHZ频段以及 5. 15-5.875GHz频段的回波损耗均优于 -10dB ; 其在 2.4-2.48GHz和 5.15-5.875GHz频 段的隔离损耗都优于 -18dB ; 证明该天线本身具备较好的性能； 另外， 当在反射 板 cl背面涂上银层后， 其回波损耗和隔离度均表现出更佳的性能， 具体如图 5， 其回波损耗在 2.4-2.48GHz频段以及 5.15-5.875GHz频段的回波损耗均优于 -15dB ; 如图 4， 隔离度在 2.4-2.48GHZ和 5.15-5.875GHZ频段的隔离损耗都优于 -20dB。 这 里值得一提的是， 银层涂于其他天线背面吋， 普通天线效果电性能改善不大或 不改善， 因此本天线与背面镀银方式互相匹配和促进作用明显。 另外， 本天线 其方向性也好， 如图 5和图 6所示， 其两个频段下均为全向性天线。
[0018] 本通信天线为非尺寸要求天线， 上述以图 3作为参考方向， 只要在弯折方向上 、 设置的孔、 洞的方式上达到上述要求； 但如果需要更佳稳定的性能吋， 本天 线的具体尺寸可以优化为： 反射板 cl的长和宽分别为： 117.5mm， 66.5mm; 底 臂 c2的半径为： 4.7mm; 第一矩形臂 c3的高和宽分别为： 4.8mm、 7.45mm, 第 二矩形臂 c4高为 8.6mm， 宽为 12.8mm; 第一矩形凹槽 c42的深和宽分别为： 1.3m m和 3.2mm; 第一连接臂和第二连接臂不做尺寸要求， 不长于 5mm即可； 第一斜 臂 c5线宽为 2.7mm， 单边长为 21.8mm; 第一垂直臂 c6线宽为 2.7mm， 单边长为 20 .6mm; 第一连接带不做尺寸要求， 不长于 5mm即可； 第一耦合臂 c61为正方形， 边长为 4.2mm; 第二斜臂 c7的线宽为 2.7mm， 单边长为 16.2mm; 第一斜臂 c5和第 二斜臂 c7与水平面夹角均为 60度。 横向辐射臂 c8的线宽也为 2.7mm， 长为 17mm ， 第二垂直臂 c81的线宽为 2.7mm， 长为： 14.8mm; 第二耦合臂 c82的线宽为 2.7 mm, 长均是： 9.2mm; 半圆形缺口的半径为 1.5mm， 六边形阻流孔 c41的边长为 ： lmm, 两个相邻的六边形阻流孔 c41中心距离为： 2.6mm; U形杆 C83的线宽为 0.5mm, 最长边为 20mm， 其横臂的长度为： 3mm; 幵槽 c31不做要求， T形杆 C7 1的线宽为 0.5mm， 横杆长度为 2mm， 纵杆长度为： 5mm。 上述以图 3作为参考方 向。 其他未标明尺寸不做要求。
[0019] 优选的， 还包括有一直角 Z字型的寄生振子臂 c9， 寄生振子臂 c9的一个横杆向 下延伸出有半圆形寄生振子单元。 提高带宽， 降低驻波比。 寄生振子臂总长度 不宽于振子单元宽度。
[0020] 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] 一种微带振子， 其特征在于： 通信天线包括有一个反射板， 所述反射 板上设有四个呈中心对称的振子单元， 每个振子单元包括有一个半圆 形的底臂， 底臂向上延伸出有第一矩形臂， 第一矩形臂向上延伸出有 第二矩形臂， 第二矩形臂的顶部上设有第一矩形凹槽； 所述底臂与第 一矩形臂连接处向反射板中间的一侧延伸出有第一连接臂， 第一连接 臂斜向上延伸出有第一斜臂， 第一斜臂自由端向下延伸出有第一垂直 臂， 第一垂直臂的自由端向底臂一侧延伸出有第一连接带， 第一连接 带向底臂的一侧延伸出有矩形的第一耦合臂； 所述底臂与第一矩形臂 连接处向远离反射板中间的一侧延伸出有第二连接臂， 第二连接臂斜 向上延伸出有第二斜臂， 第二斜臂自由端横向延伸出有横向辐射臂， 横向辐射臂自由端向下延伸出有第二垂直臂， 第二垂直臂的一侧向靠 近底臂的一侧延伸出有三个矩形的第二耦合臂， 最上面的第二耦合臂 的顶侧和最下面的第二耦合臂的低侧均设有半圆形缺口； 所述第二矩 形臂的两侧均设有排成一排的三个六边形的六边形阻流孔； 第二垂直 臂的自由端设有一个幵口与底臂圆弧面反向设置的 u形杆。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的一种微带振子， 其特征在于： 还包括有一 Z字 型的寄生振子臂， 寄生振子臂的一个横杆向下延伸出有半圆形寄生振 子单元。
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