CN113178688B - 一种空心六角星超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心六角星超宽带天线，涉及无线通讯的技术领域，本发明旨在解决小型化设计的问题，本发明包括介质基板、辐射贴片、微带馈线和接地板，所述辐射贴片和微带馈线均印制在所述介质基板的正面，所述接地板印制在所述介质基板的背面，所述微带馈线与所述辐射贴片的底部直接相连接。本发明采用单极子天线结构作为辐射贴片，实现了超宽带天线的小型化，且结构及其简单；通过对矩形贴片进行改进，实现了该天线的宽带化，具有小型化、结构简单、抗干扰能力强、辐射特性好的优点，具有较高的实用价值，可以应用于多种超宽带通信***。
Description
技术领域
本发明涉及空心六角星超宽带天线的技术领域，具体是一种空心六角星超宽带天线。
背景技术
近年来，无线通信技术随着人们工作生活的需求日益发展更新，终端设备小型化、低成本、高效率的发展趋势也逐渐凸显，使得天线必将朝着小型化和宽带化的目标迈进。超宽带技术因具有传输速率高、功耗低、分辨率高等优点，广泛应用于雷达遥感和军事通信领域。美国联邦通信委员会(FCC)于1934年作为美国政府的独立机构而建立，自2002年FCC将3.1～10.6GHz的超宽带频带划分到民用通信领域后，超宽带通信技术成为了学术界和无线通信领域的重点研究对象。超宽带天线作为***的核心部件，其性能的好坏直接影响着整个***的传输质量。同时，为了满足当今电子产品日益小型化和便携化的要求，实现超宽带天线的小型化设计是目前国内外的研究热点。
为了满足天线的小型化与宽带化，专家学者们设计出多种天线。例如参考文献“侯翔宇，张兴红，李奕锐，李三，刘淼源.基于U形槽的超宽带三陷波天线的设计[J].重庆理工大学学报,2021,”中提出的一种三陷波超宽带天线，天线采用单极子天线结构作为辐射单元，其天线的整体尺寸为30*30*1mm3，天线尺寸相较于近年来的通信发展，尺寸仍然较大。
再如专利名称为一种超宽带天线、申请号为202011172051.4的中国专利，提出了一种超宽带天线，该天线由圆形辐射单元、接地板和同轴线等组成，通过用螺旋阻抗变换线将辐射单元相连，实现超宽带频段仅为2GHz-7 GHz，在高频处性能不能很好实现。
发明内容
为解决上述问题，即解决上述背景技术提出的问题，本发明提出了一种空心六角星超宽带天线，包括介质基板、辐射贴片、微带馈线和接地板，所述辐射贴片和微带馈线均印制在所述介质基板的正面，所述接地板印制在所述介质基板的背面，所述微带馈线与所述辐射贴片的底部直接相连接，所述微带馈线通过激励端口与接地板进行馈电，所述辐射贴片为矩形结构，所述辐射贴片的内部刻蚀有空心六角星结构，且辐射贴片的内部挖有圆形槽。
本发明的进一步设置为：所述空心六角星结构位于所述圆形槽的中心位置，且空心六角星结构与圆形槽相连接。
本发明的进一步设置为：所述圆形槽的半径为3.9mm。
本发明的进一步设置为：所述空心六角星的水平宽度为8mm，竖直高度为7.8mm，内部空心圆半径为1.4mm。
本发明的进一步设置为：所述微带馈线为特性阻抗为50Ω的微带馈线，所述微带馈线的长度为8mm，宽度为1.2mm。
本发明的进一步设置为：所述接地板的水平长度为11mm，竖直高度为5.4mm。
本发明的进一步设置为：所述介质基板的厚度为1mm，所述介质基板的长度和宽度分别为18mm和11mm。
本发明的有益技术效果为：采用改进的矩形结构作为辐射贴片，利用单极子天线空间占用小且易改进的特点有效扩展天线带宽并减小天线尺寸；辐射贴片上开设圆形槽，并刻蚀空心六角星结构可扩展天线的低频段带宽，进一步提高天线性能，且节省制作材料，实现了天线的小型化与宽带化。本发明的天线具有小型化、宽带化、结构简单、辐射特性好、抗干扰能力强等优点，采用简单矩形接地板结构，该结构可产生谐振特性，使天线从一个谐振模式到另一谐振模式产生平稳过渡，从而进一步提高天线性能，采用平面化结构，尺寸较小，整体结构仅为18*11*1mm3，结构紧凑，便于实现与射频前端电路的集成。
附图说明
图1示出了本发明的正面结构示意图。
图2示出了本发明的侧面结构示意图。
图3示出了本发明的背面结构示意图。
图4示出了本发明的回波损耗曲线图。
图5示出了本发明在3GHz频点的辐射方向图。
图6示出了本发明在6.5GHz频点的辐射方向图。
图7示出了本发明在10.5GHz频点的辐射方向图。
附图标记10、介质基板，20、辐射贴片，21、圆形槽，22、空心六角星结构，30、微带馈线，40、接地板。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明提出了一种空心六角星超宽带天线，包括介质基板10、辐射贴片20、微带馈线30和接地板40，辐射贴片20和微带馈线30均印制在介质基板10的正面，接地板40印制在介质基板10的背面，微带馈线30与辐射贴片20的底部直接相连接，微带馈线30通过激励端口与接地板40进行馈电，辐射贴片20为矩形结构，辐射贴片20的内部刻蚀有空心六角星结构22，且辐射贴片20的内部挖有圆形槽21，如图1所示，辐射贴片20采用中部开圆形槽并刻蚀空心六角星矩形结构，辐射贴片20上挖去圆形槽21并刻蚀一空心六角星22，其圆形槽21的半径为3.7-4.2mm，圆形槽21的半径优选为3.9mm。
空心六角星结构22位于圆形槽21的中心位置，且空心六角星结构22与圆形槽21相连接，圆形槽21的半径为3.7-4.2mm，空心六角星22的水平宽度为7.7-8.2mm，竖直高度为7.7-8.1mm，内部空心圆半径为1.2-1.5mm。刻蚀空心六角星结构22的位置如图1所示，设置在圆形槽21的正中心且与圆形槽相接，其中，空心六角星结构22的水平宽度为7.7-8.2mm，其竖直高度为7.7-8.1mm，内部小圆形半径为1.2-1.5mm，在具体实施中，将空心六角星22的水平宽度定为8mm，竖直高度定为7.8mm，小圆形半径为1.4mm。
微带馈线30为特性阻抗为50Ω的微带馈线，微带馈线30的长度为7.8-8.2mm，宽度为1.2mm，辐射贴片20的底部与特性阻抗为50Ω的微带馈线30相连，微带馈线30的长度为7.8-8.2mm，其宽度为1.2mm，优选地，微带馈线30的长度为8mm。采用50Ω的微带线馈电，通过调整微带线的宽度、长度以及与馈电端口的距离等参数实现良好的带宽特性，调节过程灵活。
接地板40的水平长度为10.8-11.2mm，竖直高度为5.3-5.5mm，介质基板10的厚度为1mm，介质基板10的长度和宽度分别为18mm和11mm，接地板40印制在介质基板10背面的下侧，矩形的接地板40的位置如图2-3所示，上述矩形接地板40的长度为18mm，高度优选为5.5mm。采用如上简单矩形接地板40的结构可产生谐振特性，使天线从一个谐振模式到另一谐振模式产生平稳过渡，从而进一步提高天线的性能。
本实施例中的超宽带天线印制在长、宽、厚分别为18mm、11mm、1mm的FR4环氧树脂材料的介质基板10上，介质基板10的相对介电常数为4.4，介电损耗正切值为0.024。
为了进一步说明本发明的具有空心六角星超宽带天线良好的性能，利用电磁仿真软件HFSS15.0对本发明进行了射频特性的建模仿真。
参见图4，本发明的超宽带天线回波损耗小于-10dB的带宽为1.7-11.2GHz，完全满足FCC规定的超宽带频带范围，能够良好的实现超宽带特性。
参见图5，提供了本发明实施例中超宽带天线在3GHz时的辐射方向图，由图5可知，天线的E面方向图呈现形状为“8”字的定向辐射，天线H面方向图近似圆形，呈现全向辐射特性。
参见图6，提供了本发明实施例中超宽带天线在6.5GHz时的辐射方向图，由图6可知，天线的E面方向图呈现形状为“8”字的定向辐射，天线H面方向图近似圆形，呈现全向辐射特性。
参见图7，提供了本发明实施例中超宽带天线在10.5GHz时的辐射方向图，由图7可知，天线的E面方向图呈现形状为“8”字的定向辐射，天线H面方向图近似圆形，呈现全向辐射特性，该天线在整个通带频段内均具有较好的全向辐射特性。
以上仿真分析表明，本发明天线的带宽为1.7-11.2GHz，工作带宽完全满足3.1-10.6GHz的超宽带频段范围，且在通带频段内具有基本稳定的峰值增益和全向辐射特性，使得该天线具有更大的实用价值。
上述实施例揭示采用改进的单极子天线结构作为辐射贴片的天线具有小型化、宽带化、结构简单、辐射特性好、抗干扰能力强、性能稳定等优点，实现了超宽带***的通信。采用单极子天线结构作为辐射贴片20，实现了超宽带天线的小型化，通过对矩形贴片进行开槽并刻蚀新颖结构，实现了天线带宽的扩展。在辐射贴片20上挖去圆形槽21并刻蚀空心六角星结构22，在很大程度上改变天线表面电流分布特性，增加了天线表面电流路径，扩展了天线低频段带宽。本发明的天线接地板采用最简单矩形接地板40结构，设计工艺简单，加工方便，便于生产，同时展现了天线良好性能，具有较高的实用价值，可以应用于多种超宽带通信***。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种空心六角星超宽带天线，包括介质基板(10)、辐射贴片(20)、微带馈线(30)和接地板(40)，所述辐射贴片(20)和微带馈线(30)均印制在所述介质基板(10)的正面，所述接地板(40)印制在所述介质基板(10)的背面，其特征在于：所述微带馈线(30)与所述辐射贴片(20)的底部直接相连接，所述微带馈线(30)通过激励端口与接地板(40)进行馈电，所述辐射贴片(20)为矩形结构，所述辐射贴片(20)的内部刻蚀槽形成空心六角星结构(22)，且辐射贴片(20)的内部挖有圆形槽(21)，所述空心六角星结构(22)位于所述圆形槽(21)中，且空心六角星结构(22)与圆形槽(21)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种空心六角星超宽带天线，其特征在于：所述空心六角星结构(22)位于所述圆形槽(21)的中心位置，且空心六角星结构(22)与圆形槽(21)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种空心六角星超宽带天线，其特征在于：所述圆形槽(21)的半径为3.7-4.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种空心六角星超宽带天线，其特征在于：所述空心六角星(22)的水平宽度为7.7-8.2mm，竖直高度为7.7-8.1mm，内部空心圆半径为1.2-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种空心六角星超宽带天线，其特征在于：所述微带馈线(30)为特性阻抗为50Ω的微带馈线，所述微带馈线(30)的长度为7.8-8.2mm，宽度为1.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种空心六角星超宽带天线，其特征在于：所述接地板(40)的水平长度为10.8-11.2mm，竖直高度为5.3-5.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种空心六角星超宽带天线，其特征在于：所述介质基板(10)的厚度为1mm，所述介质基板(10)的长度和宽度分别为18mm和11mm。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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