CN110085978A - 一种e形折叠超宽带贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种E形折叠超宽带贴片天线，其包括接地金属板，接地金属板上方设置有与其平行的顶部贴片，顶部贴片与接地金属板之间连接有短路片，顶部贴片上开设有两个矩形的槽口两个槽口将顶部贴片分割成第二支片和两块相同的第一支片；第二支片上连接有折叠贴片，折叠贴片包括第一直角片和第二直角片，第二直角片上设置有同轴线馈电端。本方案在顶部贴片的边沿开设两个矩形的槽口，形成E形结构的天线，再加上下方的直角折叠贴片，实现三个谐振频率构成超宽带，带宽可以达到71.4％。

Description

一种E形折叠超宽带贴片天线
技术领域
本发明涉及贴片天线技术领域，具体涉及一种E形折叠超宽带贴片天线。
背景技术
与传统微波天线相比，微带贴片天线具有外形小、重量轻、成本低等优点。超宽带(UWB)频率范围从3.10GHz到10.6GHz已经对民用开放；UWB通信***以其功耗低、数据传输速率高、对其它***干扰小等优点受到关注，5G通信正是使用USB通信频带。
小型超宽带通信***也一直是人们所期望的，天线作为通信***的信号辐射器件，对于通信性能影响至关重要。各种超宽带天线被提出，比如U型缝隙天线，E型缝隙天线，波导馈电平面天线，但大多数为二分之一波长天线，天线尺寸仍较大。而小尺寸天线如四分之一波长E弄或U型缝隙贴片天线，带宽大多在30％左右，此类宽带带宽小，辐射波动大。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种超高宽带、辐射方向具有全向性的E形折叠超宽带贴片天线。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种E形折叠超宽带贴片天线，其包括接地金属板，接地金属板上方设置有与其平行的顶部贴片，顶部贴片与接地金属板之间连接有短路片，顶部贴片的同侧边沿上开设有两个矩形的槽口，两个槽口将顶部贴片分割成第二支片和两块相同的第一支片；第二支片上连接有直角结构的折叠贴片，折叠贴片包括与第二支片连接的第一直角片和与第一直角片垂直的第二直角片，第二直角片位于第一直角片和短路片之间，第二直角片与接地金属板之间设置有间隙，且第二直角片上设置有同轴线馈电端。
进一步地，顶部贴片为矩形结构，顶部贴片的尺寸为：长L1×宽W1＝0.338λ0×0.338λ0，短路片与顶部贴片上槽口相对的边垂直连接，且短路片的高度H1＝0.1588λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
进一步地，同轴线馈电端位于第二直角片沿Y方向的中心线上，且同轴线馈电端距离第一直角片的距离P＝0.068λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
进一步地，第一直角片与第二支片垂直，第二直角片距离接地金属板的高度H2＝0.056λ0，第二直角片的边沿与槽口的底部平齐，且槽口的深度L2＝0.09λ0，第一支片与第二支片的宽度S相同，且S＝0.034λ0，第二支片的宽度W2＝0.225λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
进一步地，地金属板与顶部贴片之间和折叠贴片之间的介质为空气或其他介质。
本发明的有益效果为：本方案在顶部贴片的边沿开设两个矩形的槽口，形成E形结构的天线，使贴片天线具有两个接近的谐振频率，从而具有宽带特性；再加上下方的直角折叠贴片，实现三个谐振频率构成超宽带，带宽可以达到71.4％；折叠贴片的馈电点位于第二直角片的中央处，降低了天线在高频上辐射方向的交叉极化，改善高频的交叉极化。
短路片垂直与顶部贴片连接，第一直角片与第二支片垂直，使得贴片天线更易于构造，方便仿真与实物生产。贴片天线的物理尺寸成比例增大，天线的中心频率下降，而天线的带宽，辐射方向图特电特性基本保持不变。在折叠贴片上引入同轴线馈电端，避免在顶层贴片上接入馈电端而增加同轴线馈电端的长度，减小同轴线馈电端的电感，使天线带宽等电特性更优。
本发明具有超高带宽，辐射方向具有全向性，天线在整个带宽范围辐射方向没有明显变化，具有较好增益。
附图说明
图1为E形折叠超宽带贴片天线的立体结构示意图。
图2为E形折叠超宽带贴片天线的俯视图。
图3为E形折叠超宽带贴片天线的侧视图。
图4为E形折叠超宽带贴片天线的带宽仿真图。
图5为5GHz频率下XOZ平面及YOZ平面辐射方向仿真图。
图6为7GHz频率下XOZ平面及YOZ平面辐射方向仿真图。
图7为9GHz频率下XOZ平面及YOZ平面辐射方向仿真图。
其中，1、接地金属板，2、短路片，3、顶部贴片，4、槽口，5、第一支片，6、第二支片，7、第一直角片，8、第二直角片，9、同轴线馈电端。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，E形折叠超宽带贴片天线包括接地金属板1，接地金属板1上方设置有与其平行的顶部贴片3，顶部贴片3与接地金属板1之间连接有短路片2，顶部贴片3上开设有两个矩形的槽口4，两个槽口4均位于顶部贴片3同一边的边沿，两个槽口4将顶部贴片3分割成第二支片6和两块相同的第一支片5。
第二支片6的边沿连接有直角结构的折叠贴片，折叠贴片包括第一直角片7和第二直角片8，第一直角片7与第二支片6连接，第二直角片8位于第一直角片7和短路片2之间，第二直角片8与接地金属板1之间设置有间隙，第二直角片8与接地金属板1之间为空气介质，地金属板1与顶部贴片3之间和折叠贴片之间的介质为空气或其他介质，且第二直角片8上设置有同轴线馈电端9。
如图2和图3所示，顶部贴片3为矩形结构，顶部贴片3的尺寸为：长L1×宽W1＝0.338λ0×0.338λ0，短路片2与顶部贴片3上槽口4相对的边沿连接，且短路片2与顶部贴片3垂直，短路片2的高度H1＝0.1588λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
同轴线馈电端9位于第二直角片8沿Y方向的中心线上，且同轴线馈电端9距离第一直角片7的距离P＝0.068λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
第一直角片7与第二支片6垂直，第二直角片8距离接地金属板1的高度H2＝0.056λ0，第二直角片8的边沿与槽口4底部平齐，且槽口4的深度L2＝0.09λ0，第一支片5和第二支片6的宽度S相同，且S＝0.034λ0，第二支片6的宽度W2＝0.225λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
短路片垂直与顶部贴片连接，第一直角片与第二支片垂直，使得贴片天线更易于构造，方便仿真与实物生产。贴片天线的物理尺寸成比例增大，天线的中心频率下降，而天线的带宽，辐射方向图特电特性基本保持不变。
天线的性能在相应的尺寸下有相对应的表现，如果尺寸更改，天线的性能就会产生变化，下表1给出了本设计天线尺寸的一个优化解。
表1
以上表1的尺寸建立仿真模型，空气作为贴片天线的介质，通过三维电磁仿真软件模拟分析，如图4所示，E形折叠超宽带贴片天线的带宽图，E形折叠超宽带贴片天线电压驻波比(VSWR)，有三个谐振频率大约在4.8GHz 6.5GHz和8.6GHz，天线带宽为(VSWR≤2)71.4％，工作频率为4.34GHz到9.16GHz之间。
如图5至图6所示，给出了E形折叠超宽带贴片天线在5GHz、7GHz和9GHz频率下XOZ平面及YOZ平面辐射方向图，可以看出尽管带宽为71.4％，辐射方向图基本上保持了稳定。图4为E形折叠超宽带贴片天线的最大增益图，平均增益约为6.4dB。
本方案在顶部贴片3的边沿开设两个矩形的槽口4，形成E形结构的天线，使贴片天线具有两个接近的谐振频率，从而具有宽带特性；再加上下方的直角折叠贴片，实现三个谐振频率构成超宽带，带宽可以达到71.4％；折叠贴片的馈电点位于第二直角片8的中央处，降低了天线在高频上辐射方向的交叉极化，改善高频的交叉极化。在折叠贴片上引入同轴线馈电端，避免了在顶层贴片上接入馈电端而增加同轴线馈电端的长度，减小同轴线馈电端的电感，使天线带宽等电特性更优。
本发明具有超高带宽，辐射方向具有全向性，天线在整个带宽范围辐射方向没有明显变化，具有较好增益。

Claims (5)

1.一种E形折叠超宽带贴片天线，其特征在于，包括接地金属板(1)，所述接地金属板(1)上方设置有与其平行的顶部贴片(3)，所述顶部贴片(3)与接地金属板(1)之间连接有短路片(2)，所述顶部贴片(3)的同侧边沿上开设有两个矩形的槽口(4)，两个所述槽口(4)将顶部贴片(3)分割成第二支片(6)和两块相同的第一支片(5)；所述第二支片(6)上连接有直角结构的折叠贴片，所述折叠贴片包括与第二支片(6)连接的第一直角片(7)和与第一直角片(7)垂直的第二直角片(8)，所述第二直角片(8)位于第一直角片(7)和短路片(2)之间，所述第二直角片(8)与接地金属板(1)之间设置有间隙，且第二直角片(8)上设置有同轴线馈电端(9)。
2.根据权利要求1所述的E形折叠超宽带贴片天线，其特征在于，所述顶部贴片(3)为矩形结构，所述顶部贴片(3)的尺寸为：长L1×宽W1＝0.338λ0×0.338λ0，所述短路片(2)与顶部贴片(3)上槽口(4)相对的边垂直连接，且短路片(2)的高度H1＝0.1588λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
3.根据权利要求1所述的E形折叠超宽带贴片天线，其特征在于，所述同轴线馈电端(9)位于第二直角片(8)沿Y方向的中心线上，且同轴线馈电端(9)距离第一直角片(7)的距离P＝0.068λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
4.根据权利要求1所述的E形折叠超宽带贴片天线，其特征在于，所述第一直角片(7)与第二支片(6)垂直，所述第二直角片(8)距离接地金属板(1)的高度H2＝0.056λ0，所述第二直角片(8)的边沿与槽口(4)的底部平齐，且槽口(4)的深度L2＝0.09λ0，所述第一支片(5)与第二支片(6)的宽度S相同，且S＝0.034λ0，所述第二支片(6)的宽度W2＝0.225λ0，λ0为中心频率所对应的自由空间波长。
5.根据权利要求1所述的E形折叠超宽带贴片天线，其特征在于，所述地金属板(1)与顶部贴片(3)之间和折叠贴片之间的介质为空气或其他介质。
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