CN102110892A

CN102110892A - 低驻波比超宽带平面缝隙天线

Info

Publication number: CN102110892A
Application number: CN2010106112017A
Authority: CN
Inventors: 钟顺时; 孔令兵
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102110892B

Abstract

本发明涉及一种低驻波比超宽带平面缝隙天线，它由由介质基板（3）、在介质基板（3）正面印制的微带馈线导带及椭圆环形馈源终端（2）以及贴附在介质基板（3）背部的金属地板构成。。微带馈线导带由一段50欧姆微带线、一段特性阻抗从50欧姆线性渐变到R（约60～100）欧姆的渐变微带线和三叉微带线导带组成。宽缝隙为多边形外加半椭圆形组合缝隙，其下边向内凸起。金属地板上设置有SMA或N型同轴接头，接头内导体（探针）穿过介质基片与天线正面的50欧姆微带线导带相连。该接头外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。本天线在780～3000MHz频段内电压驻波比均不大于1.5，从而满足国内移动通信***对驻波比性能标准的要求，可覆盖移动通信各个通用频段。它具有平面印刷结构，剖面低，制作简单，成本低，适合大规模批量生产。

Description

低驻波比超宽带平面缝隙天线

技术领域

本发明涉及一种用于移动通信***的新颖美化平面天线，特别涉及满足***通信的低驻波比超宽带平面天线。

背景技术

微带天线具有平面结构、剖面低、重量轻、容易制造、能与微波电路集成等诸多优点,已在常规环境下获得广泛应用（参见钟顺时编著，微带天线理论与应用，西安电子科技大学出版社，西安，1991）。近年来并已发展了很多宽频带天线技术（参见钟顺时、梁仙灵、延晓荣，超宽带平面天线技术，电波科学学报，第22卷,第2期, pp.308–315,2007.4）, 文献(J.-Y. Sze and K.-L. Wong, Bandwidth enhancement of a microstrip line-fed printed wide-slot antenna, IEEE Trans. Antennas Propag. Vol. 49, No. 7, pp. 1020–1024, Jul. 2001) 对一微带线馈电的宽缝天线用叉形微带枝节来展宽频带，文献(F.W.Yao,S.S.Zhong,W.Wang and X.L.Liang,Wideband slot antenna with a novel microstrip feed ,Microwave Optical Technology Letters,46(3),pp.275-278,Aug.2005) 用扇形微带馈源和一微带枝节来展宽缝隙微带天线的频带。以上超宽带天线的带宽均以电压驻波比不大于2为标准。

欧美等许多国家对移动通信天线电压驻波比要求为小于2。按此标准，国内外很多公司已研制出很多室内覆盖超宽带微带天线。但是，我国移动通信天线对电压驻波比性能要求比较严格，要求在带宽内其驻波比要不大于1.5。而现有室内覆盖天线大多尚不能满足我国移动通信***对此低驻波比性能的要求。

发明内容

本发明目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种低驻波比超宽带平面缝隙天线。它在800～3000MHz频段内驻波比均不大于1.5，从而可覆盖在800～3000MHz通用频段内各移动通信***的频带，如GSM（890～960MHz）、DCS（1710～1880MHz）、PCS（1850～1990MHz）、UMTS（1920～2170MHz、WLAN（2400～2484MHz）和LTE（2600～2700MHz）等。它具有平面印刷结构，剖面低，结构简单，成本低，制造一致性好，适合大规模批量生产。

本发明构思是：基于超宽带天线原理，实现有限长度最小化及对角度依赖性最大化的实际应用。本发明采用专门设计的宽缝隙，该宽缝隙为多边形外加半椭圆形组合缝隙，缝隙下边向上凸出，凸起部分为梯形；该梯形底角大小对天线驻波比具有关键性作用，调谐该角度的大小来实现超宽带阻抗特性。微带馈线导带由一段50欧姆微带线、一段渐变微带线和三叉微带线导带依次连接构成，微带馈线终端为椭圆环形馈源，这保证了天线与50欧姆馈线的超宽带匹配。

根据上述的发明构思，本发明采用了下述技术方案：

一种低驻波比超宽带平面缝隙天线，由介质基板、在介质基板正面印制的微带馈线导带及椭圆环形馈源终端以及贴附在介质基板背部的金属地板构成。其特征在于：

a. 微带馈线导带由一段50欧姆微带线、特性阻抗从50欧姆线性渐变到R欧姆的渐变微带线和三叉微带线导带组成；

b. 所述馈源终端为椭圆环形金属贴片；

c. 所述金属地板为开有宽缝隙的金属贴片；

d. 所述宽缝隙为多边形外加半椭圆形组合形状，该形状底部向内凸起为梯形，该梯形上底边正处于微带馈线导带与椭圆环形馈源终端相连处。

微带馈线导带由一段50欧姆微带线、一段特性阻抗从50欧姆线性渐变到R欧姆的渐变微带线和三叉微带线导带依次相连接构成。微带馈线导带中一段50欧姆微带线导带的长度为2mm～15mm；从50欧姆到R欧姆渐变线导带的长度为20mm～40mm；三叉微带线导带纵向长度为3mm～20mm，横向长度为5mm～30mm；R约为60~100（欧姆）。

与微带线导带相连的终端为椭圆环形金属贴片，其外椭圆的长半轴为13mm～25mm，短半轴为1mm～15mm；内椭圆的长半轴为13mm～25mm，短半轴为1mm～15mm。

所述介质基板的相对介电常数为2～10；厚度只有0.5mm～3mm量级。

所述宽缝隙为多边形外加半椭圆形组合缝隙，其形状主要以长方形为基形，该长方形的顶部为半椭圆形，其底部向内凸起，凸起部分为梯形，梯形的上底与三叉微带线导带的横边投影距离为0.5mm～5mm。

在底面金属地板上设置有SMA或N型同轴接头，接头内导体穿过介质基片与天线正面的50欧姆微带线导带相连；该接头外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明可实现780～3000MHz频带内驻波比均不大于1.5,从而满足国内移动通信***对天线低驻波比性能的要求，可覆盖移动通信的各个通用频段。本发明采用了专门设计的多边形外加半椭圆形组合形状的缝隙与椭圆环形馈源终端的组合，主要通过改变多边形向内凸起部分的底角a大小，实现了天线阻抗匹配的超宽带特性，并具有平面印刷结构，剖面低，结构简单，成本低，适合大规模批量生产。

附图说明

图1 本发明天线的正视图；

图2 本发明天线的侧视图；

图3 本发明天线实例的具体实施尺寸图；

图4 天线实例的驻波比曲线图；

图5 天线实例的880MHz方向图；

图6 天线实例的2150MHz方向图。

具体实施方式与实例

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：参见图1和图2，本地驻波比超宽带平面缝隙天线一种低驻波比超宽带平面缝隙天线，由介质基板3、在介质基板3正面印制的微带馈线导带及椭圆环形馈源终端2以及贴附在介质基板3背部的金属地板构成。微带馈线导带由一段50欧姆微带线、特性阻抗从50欧姆线性渐变到R欧姆的渐变微带线和三叉微带线导带组成；所述馈源终端2为椭圆环形金属贴片；所述金属地板6为开有宽缝隙1的金属贴片；所述宽缝隙1为多边形外加半椭圆形组合形状，该形状底部向内凸起为梯形，该梯形上底边正处于微带馈线导带与椭圆环形馈源终端2相连处。

实施例二：本实施例与例1基本相同，本低驻波比超宽带平面缝隙天线由印制在介质基板3正面的微带馈线导带及椭圆环形馈源终端5、介质基板3、与开有宽缝隙1的金属地板2构成。微带馈线导带由一段50欧姆微带线、特性阻抗从50欧姆线性渐变到R（约60～100）欧姆的渐变微带线和三叉微带线导带组成。宽缝隙1为多边形外加半椭圆形组合缝隙，其形状主要以长方形为基形，该长方形的底部向内凸起。金属地板2上设置有SMA或N型同轴接头4，接头4内导体（探针）穿过介质基片与天线正面的50欧姆微带线导带相连。该接头4外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。

实例天线的具体尺寸示于图3中。该实例天线的介质基板材料为FR-4，其相对介电常数为4.4，基板厚度为1.6mm。

图4是该具体天线实例仿真的驻波比图。由图可见，在780MHz～3000MHz频段内驻波比均小于1.5。

图5和图6是该具体天线实例在两个频点的仿真方向图。由图可以看到，方向图的波瓣比较宽，这样有利于扩大天线的覆盖范围。

Claims

1.一种低驻波比超宽带平面缝隙天线，由介质基板（3）、在介质基板（3）正面印制的微带馈线导带及椭圆环形馈源终端（2）以及贴附在介质基板（3）背部的金属地板构成；其特征在于：

b. 所述馈源终端（2）为椭圆环形金属贴片；

c. 所述金属地板（6）为开有宽缝隙（1）的金属贴片；

d. 所述宽缝隙（1）为多边形外加半椭圆形组合形状，该形状底部向内凸起为梯形，该梯形上底边正处于微带馈线导带与椭圆环形馈源终端（2）相连处。

2.根据权利要求1所述的低驻波比超宽带平面缝隙天线，其特征在于所述微带线导带（5）中一段50欧姆微带线的长度为2mm～15mm；从50欧姆到R欧姆微带线的长度为20mm～40mm；三叉微带线导带纵向长度为3mm～20mm，横向长度为5mm～30mm ；R的取值范围为60～100欧姆。

3.根据权利要求1所述的低驻波比超宽带平面缝隙天线，其特征在于椭圆环形馈源终端（2）中，外椭圆的长半轴为13mm～25mm，短半轴为1mm～15mm；内椭圆的长半轴为13mm～25mm，短半轴为1mm～15mm。

4.根据权利要求1所述的低驻波比超宽带平面缝隙天线，其特征在于所述介质基板（3）的相对介电常数为2～10；厚度只有0.5mm～3mm量级。

5.根据权利要求1所述的低驻波比超宽带平面缝隙天线，其特征在于所述宽缝隙（1）为多边形外加半椭圆形组合形状，以长方形为基形，该长方形的顶边为半椭圆形，其底边向内凸起，凸起部分为梯形，梯形的上底与三叉微带线导带的横边投影距离为0.5mm～5mm。

6.根据权利要求1所述的低驻波比超宽带平面缝隙天线，其特征在于在底面金属地板（6）上设置有SMA或N型同轴接头（4），该接头（4）内导体穿过介质基片（3）与微带馈线（5）正面的50欧姆微带线导带相连；该接头（4）外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。