CN109411881A - 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线 - Google Patents

一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线 Download PDF

Info

Publication number
CN109411881A
CN109411881A CN201811332739.7A CN201811332739A CN109411881A CN 109411881 A CN109411881 A CN 109411881A CN 201811332739 A CN201811332739 A CN 201811332739A CN 109411881 A CN109411881 A CN 109411881A
Authority
CN
China
Prior art keywords
feed structure
antenna
radiation patch
ground plate
medium substrate
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.)
Pending
Application number
CN201811332739.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李海雄
刘汉烨
崔娟娟
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.)
Yulin University
Original Assignee
Yulin University
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 Yulin University filed Critical Yulin University
Priority to CN201811332739.7A priority Critical patent/CN109411881A/zh
Publication of CN109411881A publication Critical patent/CN109411881A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • 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

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，属于无线通讯技术领域。包括介质基板，介质基板的一面附有金属接地板，另一面为圆形辐射贴片和T形馈电结构；T形馈电结构由能量耦合臂和矩形臂组成，能量耦合臂为弧形，弧度与圆形辐射贴片相同，能量耦合臂与圆形辐射贴片存在间隙；矩形臂与金属接地板构成微带线结构。本发明采用耦合馈电结构，使天线的带宽得到了拓展，在1.31GHz～3.27GHz的频率范围内天线的端口反射系数都小于‑10dB；结构简单，设计合理，便于制造加工，可以批量生产。

Description

一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线
技术领域
本发明属于无线通讯技术领域，具体涉及一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线。
背景技术
无线通信技术在近年来得到飞速发展，已经从最初的模拟无线通信发展到现在的5G无线通信。而且人们对无线通信的依赖性越来越强，当前人们的生产生活已经无法离开无线通信。作为无线电子通信设备的重要组成部件，天线承担着无线电波的接收和发射功能，实现高频电流和电磁波间的相互转换。人们对无线通信设备的要求越来越高，尤其是移动无线通信设备中的天线也需要不断的更新换代。
宽带无线通信技术具有诸多技术优势，因而能获得广泛关注并被大量应用到许多军民用电子通信设备中。这些技术优点包括：1)传输速率高。宽带信号带宽达数GHz，可以提供较大的***容量。2)穿透能力强。宽带电磁波具有很强的穿透树叶等障碍物的能力，宽带技术还能用于探地雷达和实现隔墙成像等。3)隐蔽性好。由于超宽带信号的发射功率十分低，信号被隐蔽在环境噪声以及其他信号中，很难被敌方检测到，因此超宽带信号被拦截和侦察到的概率很低，可以应用于隐身电子设备或安全保密通信。4)多径分辨能力很强。超宽带信号为持续时间很短的脉冲并且占空比很低，多径分量在时间上是能够分离的。在接收端宽带***能够实现多径信号的分集接收，降低由于多径干扰引起的性能损失。5)定位能力强。信号的距离分辨能力和信号的带宽成正比。超宽带***的距离分辨精度可以达到其他***的成百上千倍。6)***结构简单，且成本低，容易数字化。正是由于宽带技术具有上面诸多优点，宽带无线通信技术被广泛地应用于无线通信、雷达、探测成像、高精度定位甚至医学应用等领域。宽带无线通信技术具有重要的应用前景和理论研究价值，被学术界和工业界人士普遍看好。
宽带天线作为宽带无线电子通信***的关键部件，其性能直接决定了整个宽带无线电子通信***的性能，然而目前常用的宽带天线的频带均较窄，因此设计一种性能优异的宽带天线就显得尤为重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，包括介质基板，介质基板的一面附有金属接地板，另一面为圆形辐射贴片和T形馈电结构；T形馈电结构由能量耦合臂和矩形臂组成，能量耦合臂为弧形，弧度与圆形辐射贴片相同，能量耦合臂与圆形辐射贴片存在间隙；矩形臂与金属接地板构成微带线结构。
优选地，能量耦合臂与圆形辐射贴片的间隙等于能量耦合臂宽度的0.05％～0.1％。
优选地，金属接地板的长度与介质基板的长度相等，金属接地板的宽度为介质基板宽度的14％～17％。
优选地，矩形臂与金属接地板构成的微带线结构的特征阻抗为50±10％Ω。
优选地，介质基板的材料为介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃布层压板。
优选地，介质基板、圆形辐射贴片和金属接地板均采用印刷结构。
优选地，圆形辐射贴片、T形馈电结构和金属接地板的材质为铜或银。
优选地，圆形辐射贴片位于介质基板的中部。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，包括介质基板，介质基板的一面附有金属接地板，另一面为圆形辐射贴片和T形馈电结构；T形馈电结构由能量耦合臂和矩形臂组成，能量耦合臂为弧形，弧度与圆形辐射贴片相同，能量耦合臂与圆形辐射贴片存在间隙；矩形臂与金属接地板构成微带线结构。本发明采用耦合馈电结构，使天线的带宽得到了拓展，在目前通信常用的1.31GHz～3.27GHz频率范围内，天线的端口反射系数都小于-10dB；结构简单，设计合理，便于制造加工，可以批量生产。天线相对带宽达85.6％；采用缝隙耦合馈电结构，天线的辐射结构和馈电结构分离，实现了天线圆形辐射结构(即辐射特性)和馈电结构(即端口匹配特性)的独立分别调节。天线的圆形辐射贴片位于介质基板的中心位置，T形馈电结构可以分别设置于介质基板的任意一个边界处，使该天线使用时便于安装。
进一步地，能量耦合臂与圆形辐射贴片的间隙等于能量耦合臂宽度的0.05～0.1％，使得能量耦合臂与辐射贴片间的能量耦合效率提高，同时也改善了该发明天线的端口匹配特性，即在工作频带内获得了较小的端口反射系数S11。
进一步地，金属接地板的长度与介质基板相等，金属接地板的宽度为介质基板的14～17％，使得常规的接地板尺寸减小，进一步拓展了天线的带宽。
进一步地，矩形臂与金属接地板构成的微带线结构的特征阻抗为50±10％Ω，使得该天线在应用时能够便于与其他设备连接，无需增加阻抗变换设备，减小了该天线的应用复杂度和应用成本。
进一步地，介质基板的材料为介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃布层压板，该材料能够满足使用需要，而且价格低廉，易于购买。
进一步地，介质基板、圆形辐射贴片和金属接地板均采用印刷结构，使得该天线制作成本降低，并且便于实现大规模生产。
进一步地，圆形辐射贴片、T形馈电结构和金属接地板的材质为铜或银，使得该天线的能量损耗减小，增加了天线的辐射效率，极大地减小了能量消耗。
进一步地，圆形辐射贴片位于介质基板的中部，使得该天线在应用时便于安装，该天线在使用时可以随意旋转改变放置方向而其特性不变。
附图说明
图1为本发明的单极子天线的正面结构示意图；
图2为本发明的单极子天线的反面结构示意图；
图3为本发明的单极子天线的侧面结构示意图；
图4为用仿真软件HFSS对本发明的单极子天线进行仿真后所得的天线端口反射系数随频率的变化曲线；
图5为用仿真软件HFSS对本发明的单极子天线***进行仿真后的2.07GHzE-plane上的远场辐射方向图；
图6为用仿真软件HFSS对本发明的单极子天线***进行仿真后的2.07GHzH-plane上的远场辐射方向图；
图中，1为介质基板，2为圆形辐射贴片，3为T形馈电结构，4为金属接地板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所做是对技术方案的解释而不是限定，所引入的“正面”、“反面”、“底面”、“上”、“下”、“左”、“右”等位置限定词只是为了方便描述而采用的相对位置，不能理解为是对技术方案的限定性：
为了解决无线移动终端天线工作频带过窄，增加天线的工作带宽，本发明中的平面结构天线采用弧形缝隙耦合馈电技术，并且减小了天线背面接地板的大小，增加了天线的辐射范围。
如图1、图2、图3所示为本发明的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，包括介质基板1，介质基板1的材料优选采用介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃布层压板，介质基板1的一面附有金属接地板4，另一面为圆形辐射贴片2和T形馈电结构3；圆形辐射贴片2优选位于介质基板1的中部。金属接地板4的长度与介质基板1相等，金属接地板4的宽度为介质基板1的14％～17％。T形馈电结构3由能量耦合臂和矩形臂组成，能量耦合臂为弧形，弧度与圆形辐射贴片2相同，能量耦合臂与圆形辐射贴片2存在间隙，间隙的尺寸优选为能量耦合臂宽度的0.05％～0.1％。；矩形臂与金属接地板4构成微带线结构，微带线结构的特征阻抗为50±10％Ω。介质基板1、圆形辐射贴片2和金属接地板4均采用印刷结构。圆形辐射贴片2、T形馈电结构3和金属接地板4的材质优选采用铜或银。
具体实施方法为：
选长50±1％mm，宽50±1％mm，高0.8±1％mm的介质基板，介质基板材料为FR-4，在介质基板正表面下沿，距离介质基板左右边界分别为24±1％mm处选为天线的端口，在介质基板上表面下沿端口处刻蚀一条宽度为2±1％mm，长度为8±1％mm的矩形，矩形位于介质基板的上表面；在距离介质基板上表面下沿8±1％mm处，刻蚀一个圆弧形金属臂结构，金属臂的宽度为1.9±2％mm，金属臂的圆弧内壁长为18.5±1％mm，金属臂的圆弧外壁长为20.9±1％mm。以介质基板上表面几何中心为圆心，刻蚀一个半径为15±3％mm的金属圆形结构，该金属圆形结构的边界距离介质基板上下左右边界都为10.0±3％mm。圆形金属贴片和弧形金属臂之间存在一个宽度为0.1±2％mm的缝隙。选长50±1％mm，宽8±1％mm的金属接地板，金属接地板位于介质基板的反面。
用电磁仿真软件HFSS对本发明天线结构进行仿真验证：
图4为本发明的单极子天线进行仿真后所得的天线端口反射系数随频率的变化曲线，从图中可以看出，本发明设计的天线结构在频带1.31GHz～3.27GHz内的端口散射参数都小于-10.0dB。并且在f＝2.07GHz处，端口反射系数S11达到最小值为-14.5dB。
图5为用仿真软件HFSS对本发明的天线***进行仿真后的2.07GHzE-plane上的远场辐射方向图。由图可知，本发明设计的天线结构在频率2.07GHz处的主要辐射方向为垂直于天线平面的两个方向上，并且具有一定的对称性。交叉极化分量在全部方向上都小于-40dB,能够满足应用的参数要求。图中曲线a表示远场辐射方向图中的主极化分量，曲线b表示远场辐射方向上的交叉极化分量。
图6为用仿真软件HFSS对本发明的天线***进行仿真后的2.07GHzH-plane上的远场辐射方向图。由图可知，本发明设计的天线结构在频率2.07GHz处的辐射能量主要集中在垂直于天线平面的两个方向上。图中曲线a表示远场辐射方向图中的主极化分量，曲线b表示远场辐射方向上的交叉极化分量。图中显示，天线的远场辐射中交叉极化分量远远小于主极化分量。天线的极化纯度较高。
综上，本发明设计的单极子天线在垂直于天线辐射贴片平面的两个相反方向上辐射能量较大，而在天线辐射贴片所在平面上天线辐射能量较小，工作频带的拓宽源于天线馈电采用缝隙耦合馈电技术；在垂直于贴片的两个方向上出现较大辐射而不是只在一个方向上出现最大辐射是因为金属接地板减小的缘故。

Claims (8)

1.一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，包括介质基板(1)，介质基板(1)的一面为金属接地板(4)，另一面为圆形辐射贴片(2)和T形馈电结构(3)；T形馈电结构(3)由能量耦合臂和矩形臂组成，能量耦合臂为弧形，弧度与圆形辐射贴片(2)相同，能量耦合臂与圆形辐射贴片(2)存在间隙；矩形臂与金属接地板(4)构成微带线结构。
2.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，能量耦合臂与圆形辐射贴片(2)的间隙等于能量耦合臂宽度的0.05％～0.1％。
3.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，金属接地板(4)的长度与介质基板(1)的长度相等，金属接地板(4)的宽度为介质基板(1)宽度的14％～17％。
4.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，矩形臂与金属接地板(4)构成的微带线结构的特征阻抗为50±10％Ω。
5.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，介质基板(1)的材料为介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃布层压板。
6.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，介质基板(1)、圆形辐射贴片(2)和金属接地板(4)均采用印刷结构。
7.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，圆形辐射贴片(2)、T形馈电结构(3)和金属接地板(4)的材质为铜或银。
8.根据权利要求1所述的带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线，其特征在于，圆形辐射贴片(2)位于介质基板(1)的中部。
CN201811332739.7A 2018-11-09 2018-11-09 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线 Pending CN109411881A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811332739.7A CN109411881A (zh) 2018-11-09 2018-11-09 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811332739.7A CN109411881A (zh) 2018-11-09 2018-11-09 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109411881A true CN109411881A (zh) 2019-03-01

Family

ID=65472506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811332739.7A Pending CN109411881A (zh) 2018-11-09 2018-11-09 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109411881A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112467352A (zh) * 2020-11-19 2021-03-09 辽宁工程技术大学 一种扳手形陷波可重构超宽带天线
CN114069206A (zh) * 2020-07-29 2022-02-18 电子科技大学 一种宽带耦合天线的馈电结构和esr测试***
CN114094326A (zh) * 2021-11-04 2022-02-25 天津大学 用于wlan应用的uwb天线增益改进结构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1588693A (zh) * 2004-09-23 2005-03-02 上海交通大学 小型宽频印刷单极天线
CN201222537Y (zh) * 2008-07-17 2009-04-15 上海联能科技有限公司 基于复合左右手传输线的微带天线
CN105356055A (zh) * 2015-11-18 2016-02-24 西北工业大学 缝隙耦合馈电高隔离度极化分集mimo天线
CN205122771U (zh) * 2015-11-30 2016-03-30 成都信息工程大学 一种新型微带天线
CN105680168A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 西北工业大学 一种井字型贴片双端口馈电高隔离度平面天线
CN107611604A (zh) * 2017-08-30 2018-01-19 武汉虹信通信技术有限责任公司 一种边馈微带贴片天线及5g密集天线阵列

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1588693A (zh) * 2004-09-23 2005-03-02 上海交通大学 小型宽频印刷单极天线
CN201222537Y (zh) * 2008-07-17 2009-04-15 上海联能科技有限公司 基于复合左右手传输线的微带天线
CN105356055A (zh) * 2015-11-18 2016-02-24 西北工业大学 缝隙耦合馈电高隔离度极化分集mimo天线
CN205122771U (zh) * 2015-11-30 2016-03-30 成都信息工程大学 一种新型微带天线
CN105680168A (zh) * 2016-01-14 2016-06-15 西北工业大学 一种井字型贴片双端口馈电高隔离度平面天线
CN107611604A (zh) * 2017-08-30 2018-01-19 武汉虹信通信技术有限责任公司 一种边馈微带贴片天线及5g密集天线阵列

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MAHESH P. ABEGAONKAR 、V. KRISHNA ADITYA 、ANANJAN BASU 、SHIBAN: "Parametric Study of a Parasitically-fed Broadband Monopole Patch Antenna", 《FIRST INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL AND INFORMATION SYSTEMS》 *
赵晋宁: "一种典型的圆形单极子平面超宽带天线的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114069206A (zh) * 2020-07-29 2022-02-18 电子科技大学 一种宽带耦合天线的馈电结构和esr测试***
CN112467352A (zh) * 2020-11-19 2021-03-09 辽宁工程技术大学 一种扳手形陷波可重构超宽带天线
CN112467352B (zh) * 2020-11-19 2023-07-07 辽宁工程技术大学 一种扳手形陷波可重构超宽带天线
CN114094326A (zh) * 2021-11-04 2022-02-25 天津大学 用于wlan应用的uwb天线增益改进结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9142889B2 (en) Compact tapered slot antenna
CN106848554B (zh) 一种基于交指型紧耦合偶极子单元的超宽带宽角天线阵
US6292153B1 (en) Antenna comprising two wideband notch regions on one coplanar substrate
CN203690485U (zh) 一种宽带水平极化全向天线
CN206059652U (zh) 一种小型化超宽带高增益Vivaldi天线
CN206558683U (zh) 一种加载圆形介质板的宽带维瓦尔第天线
CN103700929A (zh) 一种宽带水平极化全向天线
CN109411881A (zh) 一种带有弧形耦合馈电结构的宽带单极子天线
CN215600567U (zh) 一种加载寄生结构的宽带贴片天线
CN106876924A (zh) 一种基于缺陷地结构的uwb天线
CN112490652B (zh) 一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线
CN106356616A (zh) 一种应用于wlan频段的介质谐振器天线
CN106972249A (zh) 新型超宽带高增益对跖维瓦尔第天线
CN110165401A (zh) 集成基片间隙波导馈电缝隙耦合超表面圆极化天线
CN201117819Y (zh) 一种矩形基片集成波导背腔线极化天线
CN113270716A (zh) 一种应用于5g新型mimo毫米波圆极化贴片天线
CN201117804Y (zh) 一种尺寸缩减的低轮廓背腔线极化天线
CN107579346B (zh) 一种超宽带低雷达截面的微带天线
WO2019080535A1 (zh) 一种微带天线
CN113178688B (zh) 一种空心六角星超宽带天线
CN209709179U (zh) 紧耦合缝隙宽带天线
CN108258409A (zh) 一种翼形终端八边形缝隙三频平面缝隙天线
Yang et al. An omni-directional antenna with high gain for WiFi-6 applications
CN109149088A (zh) 一种圆极化天线
CN208723104U (zh) 一种s波段超宽带穿墙雷达天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190301