CN111653872B - 一种宽频超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽频超宽带天线，增益高、体积小。本发明天线，包括矩形介质基板(1)、天线贴片层(2)、金属接地板(3)和馈电端口(4)；天线贴片层(2)包括一至六辐射贴片(211‑216)、一至四角馈线(221‑224)、一至三微带线(231‑233)和微带馈线(24)；一至六辐射贴片(211‑216)在矩形介质基板(1)上表面长度方向分三列、宽度方向分两行均匀布置；长度方向相邻辐射贴片之间以角馈线(221‑224)相连，宽度方向相邻辐射贴片之间以微带线(231‑233)相连；与所述馈电端口(4)相邻的一行辐射贴片(214‑216)的中间一个辐射贴片(215)通过微带馈线(24)与之相连。

Description

一种宽频超宽带天线
技术领域
本发明属于超宽带天线技术领域，特别是一种增益高、体积小的宽频超宽带天线。
背景技术
超宽带天线是超宽带无线通信***设备的关键部件，也是超宽带无线***中不可缺少的微波器件。近年来随着军用和民用通信技术的发展，超宽带天线不断地向小型化和宽频化方向发展，成为目前研究的热点。
采用多级阶梯式结构是一种更有效拓展带宽和减小尺寸的方法，也是一种有效实现超宽带的方法。由于贴片的强电流主要分布在边缘处，因此在贴片的边缘处进行处理，会对天线的电流分布造成较大的影响，从而展宽其工作带宽。
然而，现有的多级阶梯式超宽带天线的研究主要集中在天线阻抗带宽的优化，而这些天线的增益普遍较低。例如文献“V.Prashanth K,Tejasri A,Sandeep K,etal.Design of UWB Antenna with WLAN&X-Band Notch for Wireless Communication[J].International Journal of Engineering&Technology,2018,7(2.7).”中设计的五级阶梯式天线，带宽范围2.3GHz-12.8GHz，但增益只有3dB左右。再如文献“Small MonopoleAntenna with Modified Slot Ground Plane for UWB Applications,20th IranianConference on Electrical Engineering,(ICEE2012),May 15-17,2012,Tehran,Iran”设计的四级阶梯式天线，带宽范围2.78GHz-19.38GHz，频带内的增益也都不超过3dB。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽频超宽带天线，增益高、体积小。
实现本发明目的的技术方案为：
一种宽频超宽带天线，包括矩形介质基板1、贴覆于所述介质基板1上表面的天线贴片层2、贴于所述介质基板1下表面的金属接地板3和置于所述介质基板1一长边侧面的馈电端口4。
优选地，
所述天线贴片层2包括第一至第六辐射贴片211-216，还包括第一至第四角馈线221-224、第一至第三微带线231-233和微带馈线24；
所述第一至第六辐射贴片211-216在矩形介质基板1上表面长度方向分三列、宽度方向分两行均匀布置；长度方向相邻辐射贴片之间以角馈线221-224相连，宽度方向相邻辐射贴片之间以微带线231-233相连；
与所述馈电端口4相邻的一行辐射贴片214-216的中间一个辐射贴片215通过微带馈线24与所述馈电端口4相连。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、结构紧凑、体积小：本发明采用角馈线阵与串馈阵结合的方式，无需馈网，角馈线直接将贴片相连，减小天线的总尺寸，实现小型化。
2、频带宽、增益高：本发明在贴片边缘处进行五级阶梯式处理来增大带宽，通过调整阶梯尺寸实现10GHz-38GHz的超宽带带宽范围，增益最大达到9.55dB，并且将六元辐射贴片组阵，与单个天线相比，天线增益大大提高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明宽频超宽带天线的结构示意图。
图2为实施例宽频超宽带天线的回波损耗仿真结果。
图3为工作频带内，实施例宽频超宽带天线在不同频率时的最大增益。
图中，矩形介质基板1、天线贴片层2、金属接地板3、馈电端口4；第一至第六辐射贴片211-216、第一至第四角馈线221-224、第一至第三微带线231-233、微带馈线24。
具体实施方式
如图1所示，本发明宽频超宽带天线，包括矩形介质基板1、贴覆于所述介质基板1上表面的天线贴片层2、贴于所述介质基板1下表面的金属接地板3和置于所述介质基板1一长边侧面的馈电端口4。
优选地，如图1所示，所述天线贴片层2包括第一至第六辐射贴片211-216，还包括第一至第四角馈线221-224、第一至第三微带线231-233和微带馈线24；
所述第一至第六辐射贴片211-216在矩形介质基板1上表面长度方向分三列、宽度方向分两行均匀布置；长度方向相邻辐射贴片之间以角馈线221-224相连，宽度方向相邻辐射贴片之间以微带线231-233相连；
与所述馈电端口4相邻的一行辐射贴片214-216的中间一个辐射贴片215通过微带馈线24与所述馈电端口4相连。
优选地，所述第六辐射贴片216包括沿宽边依次连接的五个矩形金属片，所述五个矩形金属片的长边尺寸依次减小，每个矩形金属片长边尺寸等于天线谐振点处频率所对应介质波长的二分之一.
所述第一至第六辐射贴片211-216大小、形状完全相同。
所述第一至第四角馈线221-224为大小、形状相同的金属微带线。
所述第一至第三微带线231-233为大小、形状相同的金属微带线。
所述金属接地板3为矩形，一长边与馈电端口4所在介质基板1长边下沿平齐，两短边分别与该长边相邻的介质基板1两短边下沿平齐，另一长边在介质基板1上表面的投影位于馈电端口4和与所述馈电端口4相邻的一行辐射贴片214-216之间；
作为改进，该长边中部设有向馈电端口4凹陷的凹槽。
由于本发明所采用的辐射贴片比较复杂，常规的矩形接地板与辐射贴片的耦合作用不能满足带宽条件。所以在矩形接地板的基础上用开矩形槽的办法保证它仍然具备良好的阻抗匹配和超宽带的带宽。
优选地，所述介质基板(1)材料为Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
这验证本发明的技术效果，下面以具体实施例加以说明。
实施例中各单元具体尺寸如下：
五级阶梯式贴片211-216所含五个矩形金属片从上至下，长边依次为：7mm、6mm、5mm、4mm、3mm，短边依次为：7mm、0.5mm、0.5mm、0.5mm、0.5mm；
角馈线221、222、223、224边长：1mm，宽度：4mm；
微带线231、232、233长边：5mm，短边：0.3mm；
微带馈线24长边：5mm，短边：0.5mm；
接地板3长边：36mm，短边：4.7mm，矩形凹槽长边：1mm，短边0.3mm；
仿真结果如图2、图3所示。图2为回波损耗仿真结果图，从图2可看出天线能够工作在10-38GHz，且阻抗匹配良好；图3为不同频率时的天线增益结果，可以看出，天线在10GHz时增益最小，为4.45dB，在24GHz时增益最大，达到9.55dB，有效实现了增益的提高。
综上所述，本发明一种高增益的小型宽频超宽带天线，在贴片边缘处进行多级阶梯式处理来增大带宽，实现了10-38GHz的超宽带设计，同时横向上采用角馈线阵，纵向上串联馈电，将贴片直接相连组成阵列，减小了天线的总尺寸，实现了小型化设计，且有效提高了增益。最终设计出一个高增益、频带宽、体积小、结构紧凑的超宽带天线，对超宽带无线***有重要的实际应用意义。

Claims (5)

1.一种宽频超宽带天线，包括矩形介质基板(1)、贴覆于所述介质基板(1)上表面的天线贴片层(2)、贴于所述介质基板(1)下表面的金属接地板(3)和置于所述介质基板(1)一长边侧面的馈电端口(4)；其特征在于：
所述天线贴片层(2)包括第一至第六辐射贴片(211-216)，还包括第一至第四角馈线(221-224)、第一至第三微带线(231-233)和微带馈线(24)；
所述第一至第六辐射贴片(211-216)在矩形介质基板(1)上表面长度方向分三列、宽度方向分两行均匀布置；长度方向相邻辐射贴片之间以角馈线(221-224)相连，宽度方向相邻辐射贴片之间以微带线(231-233)相连；
与所述馈电端口(4)相邻的一行辐射贴片(214-216)的中间一个辐射贴片(215)通过微带馈线(24)与所述馈电端口(4)相连。
2.根据权利要求1所述的宽频超宽带天线，其特征在于：
所述第六辐射贴片(216)包括沿宽边依次连接的五个矩形金属片，所述五个矩形金属片的长边尺寸依次减小，每个矩形金属片长边尺寸等于天线谐振点处频率所对应介质波长的二分之一。
3.根据权利要求2所述的宽频超宽带天线，其特征在于：
所述第一至第六辐射贴片(211-216)大小、形状完全相同。
4.根据权利要求1所述的宽频超宽带天线，其特征在于：
所述第一至第四角馈线(221-224)为大小、形状相同的金属微带线。
5.根据权利要求1所述的宽频超宽带天线，其特征在于：
所述第一至第三微带线(231-233)为大小、形状相同的金属微带线。
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