CN109994828A - 一种宽带缝隙耦合天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带缝隙耦合天线，介质底板、介质馈电支架、差分馈电支线、辐射体、馈电枝节、接地焊盘、短路柱、馈电耦合缝隙；介质底板的下表面为金属地，并在金属表面上刻有馈电耦合缝隙，上表面印刷有差分馈电支线和馈电枝节；馈电枝节位于介质底板的上表面，通过缝隙耦合的方式完成对差分馈电支线的馈电；馈电支架位于介质底板与辐射体之间，与金属辐射体连接并对金属辐射体进行馈电；接地焊盘位于介质底板的上表面，通过金属短路柱与介质底板下表的金属地短路连接；所述馈电耦合缝隙实现了天线的差分馈电，并改善了天线的工作带宽。本发明结构简单，容易加工，体积小并且可实现宽频段的无线通信***，降低了通信***天线的复杂性。

Description

一种宽带缝隙耦合天线
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种宽带缝隙耦合天线，可以应用于无线通信天线设计中。
背景技术
随着移动无线通信***的发展，***的性能要求越来越高，天线作为无线通信***中重要组成部分也受到越来越多的关注。目前，天线正朝着宽频带、小型化、低功耗的方向发展，如何设计出具有高性能、低成本的天线，已经成为天线设计者的开发目标。近年来，由于线极化天线自身特有的优点，具有***灵敏度高和交叉极化低的优点，已经获得了天线设计者和消费者的广泛青睐。此外，缝隙耦合宽带天线具有较宽的工作带宽，能够满足多通道或者不同频率的信号同时工作，可以节省无线通信设备中天线数量，因此，宽频带天线已经成为无线通信设计中的优选天线。
天线作为通信***的前端部件，在保证自身性能的前提下也要尽量与***集成，这也给天线设计师提出了挑战，小型化、宽频带也已经成为了当前天线的发展趋势。尤其在军用通信中，为了避免敌军的干扰，保证通信的连续性，多采用跳频、扩频等通信技术手段，随着跳频速率越来越高，跳频范围越来越大，原来的窄带天线已不再能满足当前的通信要求，因此，对于宽频带天线的需求也日益迫切；另外，由于舰载、机载通讯设备越来越多，为了降低不同频段、不同天线间的互耦，宽频带天线也受到越来越多的关注。再者，在现代机载无线通信设备的设计中，需在保证通信质量的前提下，为了满足空气动力学的要求，需要设计出共形天线或低剖面天线。因此，如何在保证天线性能的前提下降低天线的尺寸及剖面，这是目前重要又迫切的工作。综上所述，天线的宽带化、小型化、低剖面已经成为天线领域内一项重要的研究课题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种实现宽带低剖面天线，本发明合理地利用缝隙耦合技术，拓展天线阵列的工作频段，同时改善工作频带内的阻抗匹配特性，降低天线剖面，从而实现天线的低剖面、小型化。
本发明是根据以下技术方案实现的：
一种宽带缝隙耦合天线，其特征在于，包括：介质底板、介质馈电支架、差分馈电支线、辐射体、馈电枝节、接地焊盘、短路柱、馈电耦合缝隙；其中，所述介质底板的下表面为金属地，并在金属表面上刻有馈电耦合缝隙，上表面印刷有差分馈电支线和馈电枝节；所述馈电枝节位于介质底板的上表面，通过缝隙耦合的方式完成对所述差分馈电支线的馈电；所述馈电支架位于介质底板与辐射体之间，与所述金属辐射体连接并对所述金属辐射体进行馈电；所述接地焊盘位于介质底板的上表面，通过金属的短路柱与介质底板下表的金属地短路连接；通过所述馈电耦合缝隙实现天线的差分馈电，并改善了天线的工作带宽，使得天线增益的最大辐射方向为垂直于金属辐射体的方向。
上述技术方案中，所述介质底板采用介电常数为2.2的聚四氟乙烯板材。
上述技术方案中，所述宽带缝隙耦合天线高度H，所述H的范围为0.14λc～0.15λc，其中λc为工作频段的中心频率。
上述技术方案中，所述介质底板为矩形结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明由于利用支架式馈电结构，该结构既可以对辐射体起到支撑作用，又可通过该支架对辐射体直接馈电。
2、本发明由于引入缝隙耦合差分馈电方法，很好地改善了交叉极化，并使得天线的辐射方向图并未偏离天线法线方向。
3、本发明由于利用了缝隙耦合技术，从而改善了阻抗匹配，拓宽了天线工作带宽，降低了天线剖面。因此，我们获得了一款小型化的低剖面天线。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明天线单元的三维图；
图2是本发明天线单元的端口回波损耗；
图3是本发明天线单元在2.2GHz的H面方向图；
图4是本发明天线单元在2.2GHz的E面方向图；
图中：102金属地；201、203、204、205馈电支架单元；202差分馈电支线；302天线辐射单元；401馈电枝节；402金属焊盘；403短路柱；501耦合缝隙；其中，101、301为介质基板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的一种宽带缝隙耦合天线，包括：介质底板、介质馈电支架、差分馈电支线、辐射体、馈电枝节、接地焊盘、短路柱、馈电耦合缝隙；其中，介质底板的下表面为金属地，并在金属表面上刻有馈电耦合缝隙，上表面印刷有差分馈电支线和馈电枝节；馈电枝节位于介质底板的上表面，通过缝隙耦合的方式完成对差分馈电支线的馈电；馈电支架位于介质底板与辐射体之间，与金属辐射体连接并对金属辐射体进行馈电；接地焊盘位于介质底板的上表面，通过金属的短路柱与介质底板下表的金属地短路连接；通过所述馈电耦合缝隙实现天线的差分馈电，并改善了天线的工作带宽，使得天线增益的最大辐射方向为垂直于金属的辐射体的方向。
具体地，参照图1，形成天线单元，其中辐射单元尺寸S1＝0.43λ，天线剖面高度H＝0.15λ，在介质基板301的下表面印制有辐射单元的金属地302；信号由馈电枝节401经由耦合缝隙501耦合至差分馈电支线202，并通过与馈电支线相连接的馈电支架203、204对金属辐射体302馈电。在介质底板101的上表面印有馈电枝节401，下表面为金属地102，并在该金属地上蚀刻有耦合缝隙501，通过缝隙耦合的方式将信号耦合至差分馈电支线，从而形成差分馈电信号。在馈电线401的末端与同轴电缆的内芯焊接在一起，同轴线的外表皮与焊盘402焊接在一起；矩形介质板采用介电常数为2.2的聚四氟乙烯板材，厚度为1.2mm。本发明的效果可以结合仿真结果作进一步说明：
1、仿真内容
1.1利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述实施方式中所采用的天线辐射单元的端口回波损耗进行仿真计算，结果如图2所示。
1.2利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述实施方式中所采用天线辐射单元的远场辐射方向图进行仿真计算，结果如图3所示，其中:图3为实例中所采用的天线辐射单元在2.2GHz的H面辐射方向图。
1.3利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述实施方式中所采用天线辐射单元的远场辐射方向图进行仿真计算，结果如图3所示，其中:图3为实例中所采用的天线辐射单元在2.2GHz的E面辐射方向图。
2、仿真结果
参照图2，以|S11|小于-10dB为标准，实施方式中所选取的天线单元，天线工作频段为1.62GHz～2.82GHz，其公共相对带宽为54.5％。
参照图3,为实施方式中所选取的天线在2.2GHz处H面的远场辐射方向图，从图中看出的最大辐射方向始终与Z轴平行，没有任何偏离，交叉极化低于主极化至少25dB，表明双极化单元具有较低的交叉极化。
参照图4，为实施方式中所选取的双极化单元天线在2.2GHz处E面的远场辐射方向图，从图中看出的最大辐射方向始终与Z轴平行，没有任何偏离，交叉极化低于主极化至少25dB，表明双极化单元具有较低的交叉极化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种宽带缝隙耦合天线，其特征在于，包括：介质底板、介质馈电支架、差分馈电支线、辐射体、馈电枝节、接地焊盘、短路柱、馈电耦合缝隙；其中，所述介质底板的下表面为金属地，并在金属表面上刻有馈电耦合缝隙，上表面印刷有差分馈电支线和馈电枝节；所述馈电枝节位于介质底板的上表面，通过缝隙耦合的方式完成对所述差分馈电支线的馈电；所述馈电支架位于介质底板与辐射体之间，与所述金属辐射体连接并对所述金属辐射体进行馈电；所述接地焊盘位于介质底板的上表面，通过金属的短路柱与介质底板下表的金属地短路连接；通过所述馈电耦合缝隙实现天线的差分馈电，并改善了天线的工作带宽，使得天线增益的最大辐射方向为垂直于金属的辐射体的方向。
2.根据权利要求1所述的一种宽带缝隙耦合天线，其特征在于，所述介质底板采用介电常数为2.2的聚四氟乙烯板材。
3.根据权利要求1所述的一种宽带缝隙耦合天线，其特征在于，所述宽带缝隙耦合天线高度H，所述H的范围为0.14λc～0.15λc，其中λc为工作频段的中心频率。
4.根据权利要求1所述的一种宽带缝隙耦合天线，其特征在于，所述介质底板为矩形结构。
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