CN105870632B - 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线 - Google Patents

一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线 Download PDF

Info

Publication number
CN105870632B
CN105870632B CN201610343552.1A CN201610343552A CN105870632B CN 105870632 B CN105870632 B CN 105870632B CN 201610343552 A CN201610343552 A CN 201610343552A CN 105870632 B CN105870632 B CN 105870632B
Authority
CN
China
Prior art keywords
media substrate
circular media
substrate
circular
electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610343552.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105870632A (zh
Inventor
唐明春
庞佑兵
张振
刘虹
理查德·齐奥尔科夫斯基
王浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 24 Research Institute
Original Assignee
CETC 24 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 24 Research Institute filed Critical CETC 24 Research Institute
Priority to CN201610343552.1A priority Critical patent/CN105870632B/zh
Publication of CN105870632A publication Critical patent/CN105870632A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105870632B publication Critical patent/CN105870632B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/18—Vertical disposition of the antenna
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，包括平行设置的圆形介质基板I和介质基板II，还包括垂直于圆形介质基板I和介质基板II的矩形介质基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子；所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接；沿圆形介质基板I的直径由圆心向两端延伸形成沟槽，该沟槽的长度小于环状介质基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上；本发明通过电偶极子和磁偶极子的结合，有效地实现了惠更斯源天线，具有良好的匹配，有着良好的辐射特性，具有十分好的定向性。

Description

一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线
技术领域
本发明涉及一种天线结构，特别是一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线。
背景技术
电小天线由于其紧凑的结构、较小的尺寸，能够满足许多无线通信平台对于天线小型化、紧凑化的要求，因此有着巨大的应用前景，得到了越来越广泛的关注和研究。然而，根据相关理论分析，由于天线的电尺寸远小于天线的工作波长，其辐射特性(峰值可实现增益、前后比)会变的比较差，尤其是由电小的电偶极子和磁偶极子得到的辐射场。
目前，用以提升电小天线方向性的方法主要可以分为以下三类：第一类是放置“媒介”/“反射器”，例如：RIS、EBG等结构在辐射器下面；第二类是通过使用2到3个具有类似结构的辐射器构成阵列；第三类是利用电偶极子和磁偶极子的结合构成惠更斯源天线。和其它两种方法相比，惠更斯源天线由于不需要周期性的结构和多个辐射器，因此更易实现低剖面、电小的设计目标，具有更为紧凑的结构，适用于远距离无线通信、点对点通信等领域。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线。
本发明的目的通过如下技术方案来实现的：一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，包括平行设置的圆形介质基板I和圆形介质基板II，还包括垂直于环状圆形基板I和圆形介质基板II的矩形介质基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子；所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接；沿圆形介质基板I的直径由圆心向两端延伸形成一沟槽，该沟槽的长度小于圆形介质基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上。
进一步，所述电偶极子包括关于沟槽对称设置的两个电偶极子单元，所述电偶极子单元包括两弧形段和连接两弧形段的连接段，所述连接段平行于沟槽设置；所述弧形段由圆形介质基板I的边缘向圆形介质基板I的圆心延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定端，所述固定端与连接段连接，同一电偶极子单元的两弧形段的自由端具有一定间距。
进一步，所述电偶极子单元的两弧形段和连接段位于同一个半圆内。
进一步，所述电偶极子单元的两弧形段的弧长相等。
进一步，所述磁偶极子为沿矩形介质基板的边缘向里延伸形成的矩形环状结构，矩形环状结构的下端设置有裂口。
进一步，所述激励源包括设置于圆形介质基板II的下表面的两个矩形金属条带，两个矩形金属条带关于圆形介质基板II的圆心对称；所述同轴线缆包括内芯和外芯，内芯和外芯分别连接激励源一矩形金属条带。
进一步，内芯和外芯连接于矩形金属条带的端部，该端部靠近圆形介质基板II的圆心设置。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：
(1)通过电偶极子和磁偶极子的有机结合，实现了低剖面的电小惠更斯源天线，天线的电尺寸ka＝0.645，剖面高度仅为4.90％λ0；
(2)天线不仅具有良好的匹配，而且有着良好的辐射特性，峰值可实现增益3.30dBi，前后比18.76dB，辐射效率71.60％，具有十分好的定向性，使得天线可以良好的应用于远距离无线通信、点对点通信；
(3)天线还具有结构紧凑、简单，易于制造等优势。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的整体结构三维视图；
图2为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的侧视图；
图3为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线电偶极子单元的俯视图；
图4为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线激励源的仰视图；
图5为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的S参数曲线图；
图6为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的E平面辐射场方向图；
图7为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的H平面辐射场方向图；
图中：1-电偶极子，2-磁偶极子，3-激励源，4-同轴线缆，5-沟槽，6-连接段，7-固定端。8-弧形段，9-自由端，10-裂口，11-矩形金属条带。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，包括平行设置的圆形介质基板I和圆形介质基板II，还包括垂直于圆形介质基板I和圆形介质基板II的矩形介质基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子；所述电偶极子包括关于沟槽对称设置的两个电偶极子单元，所述电偶极子单元包括两弧形段和连接两弧形段的连接段，两弧形段的弧长相等。所述连接段平行于沟槽设置；所述弧形段由圆形介质基板I的边缘向圆形介质基板I的圆心延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定端，所述固定端与连接段连接，同一电偶极子单元的两弧形段的自由端具有一定间距。所述电偶极子单元的两弧形段和连接段位于同一个半圆内。所述磁偶极子为沿矩形介质基板的边缘向里延伸形成的矩形环状结构，矩形环状结构的下端设置有裂口。
所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接；沿圆形介质基板I的直径由圆形介质基板I的圆心向两端延伸形成一沟槽，该沟槽的长度小于圆形介质基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上。
所述激励源包括设置于圆形介质基板II的下表面的两个矩形金属条带，两个矩形金属条带关于圆形介质基板II的圆心对称；所述同轴线缆包括内芯和外芯，内芯和外芯分别连接激励源一矩形金属条带。内芯和外芯连接于矩形金属条带的端部，该端部靠近圆形介质基板II的圆心设置。
在本发明中，3个介质基板的材料均选用The Rogers Duroid 5880，相对介电常数为2.2，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0009。所述电偶极子单元、磁偶极子、激励源的矩形金属条带均为厚度相同的覆铜薄膜。
在本发明中，记圆形介质基板I的直径为R1，厚度为h3，圆心到弧形段内侧的距离为R2，圆心到弧形段外侧的距离为R3，弧形段的宽度为W3，两弧形段的距为G3，连接段的宽度为W2，两连接段的距离为G2。记圆形介质基板II的直径为R4，矩形金属条带的长度为L2，宽度为W4。记矩形介质基板的长度为L1，宽度为h1，矩形环状结构的宽度为W1，裂口的宽度为G1，圆形介质基板II到矩形环状结构的距离为h2，圆形介质基板II的厚度为h4。
完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过仿真优化之后得到各项参数尺寸如下表所示：
表1本发明各参数最佳尺寸表
参数 尺寸(mm)
L1 33.4
L2 6
W1 1.25
W2 1.5
W3 1.55
W4 1
R1 20.5
R2 20.5
R3 19
R4 16.7
h1 9
h2 4.545
h3 0.787
h4 0.787
G1 1.25
G2 1.6
G3 8.8
依照上述参数，使用HFSS对所设计的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的反射系数|S11|特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：
图5为本发明的仿真得到的S参数随频率变化的曲线图。如图所示，所涉及的天线谐振频点为1.502GHz，反射损耗值为-19.41dB，-10dB带宽为8.5MHz；图6为仿真的天线在谐振频点1.502GHz时在E面的方向图，图7为仿真的天线在谐振频点1.502GHz时在H面的方向图。从图中可以看出，天线在E面、H面均具有朝天线正上方的辐射方向；在谐振频点处，天线的最大增益值为3.30dBi，前后比为18.76dB，辐射效率为71.60％。可见天线有着良好的辐射性能，同时有着较低的剖面，紧凑的结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：包括平行设置的圆形介质基板I和圆形介质基板II，还包括垂直于圆形介质基板I和圆形介质基板II的矩形介质基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子；所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接；沿圆形介质基板I的直径由圆心向两端延伸形成沟槽，该沟槽的长度小于圆形介质基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上；
所述电偶极子包括关于沟槽对称设置的两个电偶极子单元，所述电偶极子单元包括两弧形段和连接两弧形段的连接段，所述连接段平行于沟槽设置；所述弧形段由圆形介质基板I的边缘向圆形介质基板I的圆心延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定端，所述固定端与连接段连接，同一电偶极子单元的两弧形段的自由端具有一定间距。
2.根据权利要求1所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：所述电偶极子单元的两弧形段和连接段位于同一个半圆内。
3.根据权利要求2所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：所述电偶极子单元的两弧形段的弧长相等。
4.根据权利要求1所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：所述磁偶极子为沿矩形介质基板的边缘向里延伸形成的矩形环状结构，矩形环状结构的下端设置有裂口。
5.根据权利要求1所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：所述激励源包括设置于圆形介质基板II的下表面的两个矩形金属条带，两个矩形金属条带关于圆形介质基板II的圆心对称；所述同轴线缆包括内芯和外芯，内芯和外芯分别连接激励源一矩形金属条带。
6.根据权利要求5所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：内芯和外芯连接于矩形金属条带的端部，该端部靠近圆形介质基板II的圆心设置。
CN201610343552.1A 2016-05-23 2016-05-23 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线 Active CN105870632B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610343552.1A CN105870632B (zh) 2016-05-23 2016-05-23 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610343552.1A CN105870632B (zh) 2016-05-23 2016-05-23 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105870632A CN105870632A (zh) 2016-08-17
CN105870632B true CN105870632B (zh) 2018-08-28

Family

ID=56634661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610343552.1A Active CN105870632B (zh) 2016-05-23 2016-05-23 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105870632B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106252861B (zh) * 2016-08-31 2023-04-07 重庆大学 电小平面惠更斯源天线
CN106229657B (zh) * 2016-08-31 2023-04-07 重庆大学 惠更斯源天线
CN106252860A (zh) * 2016-08-31 2016-12-21 重庆大学 多层pcb电小惠更斯源天线
CN106252862B (zh) * 2016-08-31 2023-04-07 重庆大学 边射天线
CN112164870B (zh) * 2020-09-27 2022-04-29 重庆大学 一种边射惠更斯源二元天线阵列
CN112436269B (zh) * 2020-11-16 2022-07-05 重庆大学 一种频率捷变方向图可重构的惠更斯源电小天线
CN114976614B (zh) * 2022-05-26 2023-04-25 四川大学 一种同时用于无线能量传输和无线通信的惠更斯元电小天线

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104134859A (zh) * 2014-08-18 2014-11-05 重庆大学 一种宽带高效率高方向性电小天线
CN105206911A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 桂林电子科技大学 零阶谐振器和低剖面零阶谐振器全向圆极化天线

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104134859A (zh) * 2014-08-18 2014-11-05 重庆大学 一种宽带高效率高方向性电小天线
CN105206911A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 桂林电子科技大学 零阶谐振器和低剖面零阶谐振器全向圆极化天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Low Profile，Broadside Radiating，Electrically Small Huygens Source Antennas";RICHARD W. ZIOLKOWSKI;《IEEE Access》;20151204;第2645-2649页，图1、5、8 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105870632A (zh) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105870632B (zh) 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线
US9793611B2 (en) Antenna
Li et al. Study of printed elliptical/circular slot antennas for ultrawideband applications
CN205811043U (zh) 一种m形三频带平面印刷单极天线
CN106252861B (zh) 电小平面惠更斯源天线
US8669907B2 (en) Ultra-wideband miniaturized omnidirectional antennas via multi-mode three-dimensional (3-D) traveling-wave (TW)
WO2015096702A1 (zh) 一种多频阵列天线
US10084240B2 (en) Wideband wide beamwidth MIMO antenna system
Wu et al. On the performance of printed dipole antenna with novel composite corrugated-reflectors for low-profile ultrawideband applications
KR101345764B1 (ko) 쿼시 야기 안테나
CN106067596A (zh) 基于共面波导馈电的小型化宽频带介质谐振器天线
Suganthi et al. Design and analysis of rectangular microstrip patch antenna for GSM application
Chen et al. Square loop antenna under even-mode operation: modelling, validation and implementation
CN106229618A (zh) 用于产生射频oam波束的圆环形椭圆微带结构天线及复用器
KR101314250B1 (ko) 무선 통신 시스템에서 패치 안테나 및 그 제조 방법
EP2458682A1 (en) Dipole antenna
CN106410394A (zh) 一种共形双频单极子天线结构
KR100669249B1 (ko) 반원 확장을 이용한 ｕｗｂ 슬롯 안테나
JP4814271B2 (ja) キャビティースロットアンテナ装置
CN111244612A (zh) 一种电磁聚焦的高增益牛眼天线
US20230010074A1 (en) Electromagnetic band-gap structure
TWI559614B (zh) Dual - frequency directional antenna device and its array
KR20140024026A (ko) Lte 대역에서 높은 격리도 및 광대역을 갖는 mimo 안테나
Nguyen-Trong et al. Wideband millimeter-wave antennas with magnetic-dipole patterns integrated in metallic structures
Ta et al. A hybrid of T-dipole and quasi-Yagi antenna for dual-band WLAN access point

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant