CN116345157A - 一种低仰角全向微带天线 - Google Patents

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antenna
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高翔
胡承刚
张倩
袁煜林
张恒
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Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
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Chongqing University of Post and Telecommunications
Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
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Abstract

本发明涉及一种低仰角全向微带天线，属于无线通信技术领域。该天线包括微带辐射单元、介质基板、短路销钉和接地面。其中微带辐射单元由圆形贴片及环带组成，环带环绕在圆形贴片外；接地面与微带辐射单元的结构相同。短路销钉穿过介质基板连接所述微带辐射单元与所述接地面。本发明通过在接地面与微带辐射单元的圆形贴片外同时加载环带，并引入短路销钉结构，实现了较小的横截面与较低的剖面的结构特点，具有低仰角、垂直极化、全向辐射的辐射特性，并且结构简单、便于制作。

Description

一种低仰角全向微带天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种低仰角全向微带天线
背景技术
垂直极化全向天线在移动通信***和无线通信***中都有着广泛的应用。全向天线具有在水平方向上均匀辐射的特性，即在水平面上其方向图近似为圆形，并且其水平方向上增益的大小也决定了天线辐射的覆盖范围。相较于定向天线可应用于远距离、点到点的通信场景，全向天线更适宜被应用于区域型、点到多点的场景，如室内通信***、智慧交通***等。由于水平极化波在近地传播的过程中会与地面产生感应电流，从而产生较强的信号衰减，因此与水平极化全向天线比，垂直极化全向天线的应用更为普遍，常见于车载天线中。
中心馈电的圆形微带天线具有垂直极化及全向辐射的辐射特性。然而，带有限接地面的全向天线的辐射仰角总是上翘于水平面，并且导致水平方向增益较低。因此，这限制了该种类型的天线在移动通信***中的性能与应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有低剖面、低仰角、垂直极化、全向辐射特性的微带天线，适用于近地无线通信应用中。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低仰角全向微带天线，改天先包括微带辐射单元1、介质基板2、短路销钉3和接地面4。其中微带辐射单元和接地面分别位于介质基板的两侧，通过穿过介质基板的短路销钉连接。
可选地，微带辐射单元包括圆形贴片和环绕圆形贴片设置的环带。
可选地，环绕圆形贴片的环带有多条，多条环带的宽度逐渐变化，由内向外等差减小。环带宽度为1.5～2.5mm，相邻环带宽度差额为0.1～0.2mm。此外，多条环带的相间距离逐渐变化，由内向外等差增大。相邻环带间隙为0.1～1mm，相邻环带间隙差额为0.～0.2mm。
可选地，该天线还包括TNC接头，其探针与微带辐射单元的圆形贴片连接，其馈电点设置于接地面的中心。
可选地，接地面的结构与微带辐射单元的结构相同。
可选地，穿过介质基板的多个短路销钉为圆柱体，其半径为0.1～0.5mm，短路销钉呈环型等距分布。
可选地，介质基板的材料为环氧玻璃纤维布(FR4)，环带的材料为铜。
本发明的有益效果在于：本发明在传统的圆形微带贴片天线的基础上，引入短路销钉结构，并加载多条宽度渐变的环带，并且在接地面也加载同样的环带。本发明具有良好的辐射特性，其最大辐射方向基本位于水平面方向，同时本发明结构简单，易于制作，在近地无线通信领域中有广泛的应用场景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为低仰角全向微带天线的整体结构示意图；
图2为低仰角全向微带天线的s11仿真图象；
图3为低仰角全向微带天线的辐射特性仿真图，(a)为低频fL＝5800MHz处辐射特性的增益仿真方向图，(b)为谐振频点f0＝5900MHz处辐射特性的增益仿真方向图，(c)为高频fH＝6000MHz处辐射特性的增益仿真方向图；
图4为低仰角全向微带天线谐振频点f0＝5900MHz处辐射特性的仿真三维增益方向图。
附图标记：1-微带辐射单元；2-介质基板；3-短路销钉；4-接地面。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，为一种低仰角全向微带天线，改天线自上而下包括微带辐射单元、介质基板、短路销钉和接地面。其中，短路销钉穿过介质基板连接微带辐射单元与接地面。微带辐射单元、短路销钉和接地面的材料均为铜；介质基板的材料为环氧玻璃纤维布(FR4)。
微带辐射单元由圆形贴片及环带组成。圆形贴片半径为16.105mm，在圆形贴片外加载有4条环带。环带的宽度由内到外等差减小，本实施例中，设置相邻环带宽度差额为0.1mm，最大环带宽度为2.4mm；环带间隙宽度由内到外等差增大，相邻环带间隙差额为0.1mm，最小间隙宽度为0.2mm。
接地面结构与微带辐射单元相同。
短路销钉数量为12个，半径均为0.3mm，呈环型等距分布。
本实施例中，低仰角全向微带天线的工作频率为5800-6000MHz。
本实施例还采用了全波电磁仿真软件对该天线进行了性能仿真，仿真实验结果验证了本发明所提出的结构的可行性和有效性。
具体地，该天线的5800-6000MHz频段的S11仿真图像如图2所示，图中可知，本发明的S11在整个频段内均小于-10dB，满足天线的性能要求。图3(a)-图3(c)为天线在低频5800MHz、谐振频点5900MHz和高频6000MHz的天线辐射方向图。在低频5800MHz处，该天线的辐射仰角约为0°；在谐振频点5900MHz处，该天线的辐射仰角约为0°，水平增益约为-0.4dBi；在高频6000MHz处，该天线的辐射仰角约为18°。在5800-6000MHz整个频段内，其辐射仰角均小于20°。图4为天线在谐振频点处的3D方向图，其具有良好的全向辐射特性。根据仿真结果，证明了本发明所提出的低仰角全向微带天线具有良好的低仰角辐射特性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种低仰角全向微带天线，其特征在于：包括微带辐射单元(1)、介质基板(2)、短路销钉(3)和接地面(4)；
所述微带辐射单元(1)和接地面(4)分别位于所述介质基板(2)的两侧，通过穿过介质基板(2)的短路销钉(3)连接。
2.根据权利要求1所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：所述微带辐射单元(1)包括圆形贴片和环绕圆形贴片设置的环带。
3.根据权利要求2所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：环绕圆形贴片的环带有多条，多条环带的宽度逐渐变化，由内向外等差减小。
4.根据权利要求2所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：环绕圆形贴片的环带有多条，多条环带的相间距离逐渐变化，由内向外等差增大。
5.根据权利要求1所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：该天线还包括TNC接头，其探针与所述微带辐射单元(1)的圆形贴片连接，馈电点设置于所述接地面(4)的中心。
6.根据权利要求1所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：所述接地面(4)的结构与所述微带辐射单元(1)的结构相同。
7.根据权利要求1所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：穿过介质基板(2)的多个短路销钉(3)为圆柱体，呈环型等距分布。
8.根据权利要求1所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：所述介质基板(2)的材料为环氧玻璃纤维布。
9.根据权利要求2～4中任一项所述的低仰角全向微带天线，其特征在于：所述环带的材料为铜。
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