CN204257817U - 基于缺陷地结构的三频微带天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于缺陷地结构的三频微带天线，包括有介质基板、辐射贴片和接地板，辐射贴片和接地板沿介质基板中心线对称布置，接地板在介质基板背面下方，所述辐射贴片由正十二边形环贴片、正方形环贴片、双连箭头贴片和条带贴片构成，介质基板正面上方设有正十二边形环贴片，正十二边形环贴片的内环中有45°倾斜的正方形环贴片，正方形环贴片下角与双连箭头贴片顶端重叠连接，条带贴片从双连箭头贴片的底边向下连接正十二边形环贴片，并延伸至介质基板的下底边缘，所述接地板中部有一个等腰三角形空白块，上边有圆弧形凸包。本实用新型的技术效果是：能降低回波损耗，增加了天线带宽，天线具有三个工作频段，能够满足RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种微带天线。
背景技术
缺陷地结构(DGS：Defected Ground Structure)是微波领域新近发展的热门技术之一，它是由光子带隙结构(PBG)发展而来。该结构通过在微带线等传输线接地平面上蚀刻周期性或非周期性图形，来改变接地电流的分布，从而改变传输线的频率特性，可实现激发谐振频率，抑制谐波，增加带宽等作用。缺陷接地结构在微波电路和天线设计中有着十分广泛的应用。
微带天线具有质量轻、体积小、易于制作等优点。但是普通的微带天线一般尺寸较大、频带较窄、损耗较高。为此，微带天线在降低回波损耗、增加天线带宽和减小结构尺寸等方面有待改进。
实用新型内容
针对现有微带天线的不足，本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于缺陷地结构的三频微带天线，它能降低回波损耗，增加天线带宽，能满足RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用的三个工作频段。
本实用新型所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有介质基板、辐射贴片和接地板，辐射贴片和接地板沿介质基板中心线对称布置，接地板在介质基板背面下方，所述辐射贴片由正十二边形环贴片、正方形环贴片、双连箭头贴片和条带贴片构成，介质基板正面上方设有正十二边形环贴片，正十二边形环贴片的内环中有45°倾斜的正方形环贴片，正方形环贴片下角与双连箭头贴片顶端重叠连接，条带贴片从双连箭头贴片的底边向下连接正十二边形环贴片，并延伸至介质基板的下底边缘，所述接地板中部有一个等腰三角形空白块，上边有圆弧形凸包。
介质基板为环氧树脂板（FR4），相对介电常数εr=4.4，介质损耗为0.02。条带贴片为馈电传输线，特性阻抗为50Ω。
本实用新型的技术效果是：能降低回波损耗，增加了天线带宽，天线具有三个工作频段，能够满足RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为本实用新型的正面图；
图2为本实用新型的背面图；
图3为微带天线结构设计过程图；
图3a为天线I的正反两面合并图；
图3b为天线II的正反两面合并图；
图3c为本实用新型的正反两面合并图；
图4为图3中的三种天线所对应的回波损耗图；
图5为实施例的天线在2.45GHz时的E面和H面辐射方向图；
图6为实施例的天线在3.5 GHz时的E面和H面辐射方向图；
图7为实施例的天线在5.5 GHz时的E面和H面辐射方向图。
图中：1.介质基板；2.接地板；3.正十二边形环贴片；4.正方形环贴片；5.双连箭头贴片；6.条带贴片；i.天线I的回波损耗曲线；j.天线II的回波损耗曲线；k.本实用新型的回波损耗曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
如图1和图2所示，本实用新型包括有介质基板1、辐射贴片和接地板2，辐射贴片和接地板沿介质基板中心线对称布置，接地板2在介质基板1背面下方，所述辐射贴片由正十二边形环贴片3、正方形环贴片4、双连箭头贴片5和条带贴片6构成，介质基板1正面上方设有正十二边形环贴片3，正十二边形环贴片3的内环中有45°倾斜的正方形环贴片4，正方形环贴片4下角与双连箭头贴片5顶端重叠连接，条带贴片6从双连箭头贴片5的底边向下连接正十二边形环贴片3，并延伸至介质基板1的下底边缘，所述接地板2中部有一个等腰三角形空白块，上边有圆弧形凸包。
图3为微带天线结构设计过程图；图3a为天线I的正反两面合并图，天线I为初始设计的天线结构，它包括正十二边形环贴片、矩形地板和条带贴片，条带贴片从正十二边形环辐射贴片下角伸至介质基板的下底边缘。辐射单元通过SMA接头馈电后，电流从馈电点流经条带贴片直至正十二边形环贴片顶端,该电流流经的路径长为42.21mm，此时天线工作在一个频段，但回波损耗参数不好，不能覆盖RFID、WLAN和WiMAX技术领域任何一个工作频段。
图3b为天线II的正反两面合并图；天线II是在图3a所示的天线I基础上，在正十二边形环贴片内部增加45°倾斜的正方形环贴片和双连箭头贴片，正方形环贴片下角连接双连箭头贴片顶端，条带贴片向上伸至双连箭头贴片的底边，天线I激发出的谐振频率消失而另一个谐振频率被激发出来，此时电流从馈电点流经条带贴片和双连箭头贴片直至正方形环贴片顶端, 该电流流经的路径长为31mm，得到一个靠近RFID 2.4GHz工作频段的频谱段。
为了获取三个工作频段，同时改善上面获得的工作频段，如图3c所示的正反两面合并图，在矩形地板上采用了等腰三角形和圆弧形凸包的缺陷地板结构，缺陷三角形底a=3.2mm，高b=3mm。三角形缺陷的尺寸和位置在一定程度上影响了天线的谐振频率和阻抗带宽。通过在圆弧形凸包缺陷地结构的合适位置蚀刻三角形缺陷，仿真发现天线共出现了三个频段且带宽较宽，匹配较好，因为缺陷地结构能够激发和改善谐振频率。此时电流从馈电点流经条带贴片直至双连箭头贴片底端, 该电流流经的路径长为13mm，由于缺陷地结构，改变了此处的频率特性，从而获得了三个频段。这样，在没有增加整体体积的情况下得到覆盖RFID、WLAN和WiMAX工作频段的天线。
使用网络分析仪对天线的回波损耗参数进行测试，三种天线的回波损耗曲线如图4 所示。图4中曲线i为天线I的回波损耗曲线，由曲线i看出：天线I工作在一个工作频段为4.77～5.07GHz，谐振频率分别为4.93 GHz，天线在谐振点处的回波损耗为-14.54dB。图4中曲线j为天线II的回波损耗曲线，由曲线j看出：天线II的工作频段为2.32～2.41GHz，谐振频率为2.37GHz，天线在谐振点处的回波损耗为-11.38dB。图3中曲线k为本实用新型的回波损耗曲线，由曲线k看出：本实用新型天线工作频段分别为2.4～2.5GHz、3.16～4.1GHZ和4.96～6.24GHz，谐振频率分别为2.46GHz、3.43GHz和5.8GHz。本实用新型天线在谐振点处的回波损耗分别为-23.07dB,-40.21dB和-33.02dB，相比天线I和天线II，回波损耗很低，显示出天线良好的匹配特性。
实施例
参见图1，介质基板长度L=34mm，宽度W=25mm，板厚0.8mm。
应用高频仿真软件HFSS对不同天线结构参数进行仿真计算和优化设计，得以下结构尺寸：
参见图1，正十二边形环贴片的外环外接圆半径R2=11mm，内环外接圆半径R1=9.8mm，外环外接圆圆心高于内环外接圆圆心的距离N3=0.1mm；正方形环贴片的外环外接圆半径R3=3.7mm，内环外接圆半径R4=2mm，正方形环贴片的中心至介质基板下底边的长度L1=23mm；双连箭头贴片顶端至双连箭头贴片底边的长度N4=7.5mm，双连箭头贴片底边长 W1=5.2mm，双连箭头贴片中的一个箭头顶点到箭头底边的高度 N1=4.5mm；正方形环贴片下角与双连箭头贴片顶端重叠连接的长度N2=1.2mm；
条带贴片的宽度Wf=1.5mm，从正十二边形环贴片外环至介质基板下底边的条带贴片长度Lf=10.4mm。
参见图2，接地板的矩形块宽度W=25mm，高度L2=5mm，等腰三角形空白块的底边长a=3.2mm，高度b=3mm，等腰三角形空白块的底边到介质基板下底边的距离L3=3.7mm，等腰三角形空白块的底边中点向左偏移介质基板中心线0.44mm，圆弧形凸包的半径R5=10.95mm，圆弧形凸包与矩形块的交点到介质基板侧边的距离W2=3.34mm。
图5、图6、图7分别为本实施例的天线在2.45GHz、3.5 GHz、5.5 GHz时的E面和H面辐射方向图。从图5、图6、图7看出：本实施例的天线的方向图特性在2.4～2.5GHz、3.16～4.1GHZ和4.96～6.24GHz工作频段内相对稳定，具有良好的方向性。所以，本实用新型天线具有了三个工作频段，能够满足RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用。
Claims (7)
1.基于缺陷地结构的三频微带天线，包括有介质基板（1）、辐射贴片和接地板（2），辐射贴片和接地板沿介质基板中心线对称布置，接地板（2）在介质基板（1）背面下方，其特征是：所述辐射贴片由正十二边形环贴片（3）、正方形环贴片（4）、双连箭头贴片（5）和条带贴片（6）构成，介质基板（1）正面上方设有正十二边形环贴片（3），正十二边形环贴片（3）的内环中有45°倾斜的正方形环贴片（4），正方形环贴片（4）下角与双连箭头贴片（5）顶端重叠连接，条带贴片（6）从双连箭头贴片（5）的底边向下连接正十二边形环贴片（3），并延伸至介质基板（1）的下底边缘，所述接地板（2）中部有一个等腰三角形空白块，上边有圆弧形凸包。
2.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的三频微带天线，其特征是：所述介质基板（1）的长度L=37mm，宽度W=25mm，厚度0.8mm。
3.根据权利要求2所述的基于缺陷地结构的三频微带天线，其特征是：所述正十二边形环贴片（3）的外环外接圆半径R2=11mm，内环外接圆半径R1=9.8mm，外环外接圆圆心高于内环外接圆圆心的距离N3=0.1mm。
4.根据权利要求3所述的基于缺陷地结构的三频微带天线，其特征是：所述正方形环贴片（4）的外环外接圆半径R3=3.7mm，内环外接圆半径R4=2mm，正方形环贴片的中心至介质基板下底边的长度L1=23mm。
5.根据权利要求4所述的基于缺陷地结构的三频微带天线，其特征是：所述双连箭头贴片（5）顶端至双连箭头贴片底边的长度N4=7.5mm，双连箭头贴片（5）底边长 W1=5.2mm，双连箭头贴片（5）中的一个箭头顶点到箭头底边的高度 N1=4.5mm；正方形环贴片（4）下角与双连箭头贴片（5）顶端重叠连接的长度N2=1.2mm。
6.根据权利要求5所述的基于缺陷地结构的三频微带天线，其特征是：所述接地板（2）的矩形块宽度W=25mm，高度L2=5mm，等腰三角形空白块的底边长a=3.2mm，高度b=3mm，等腰三角形空白块的底边到介质基板下底边的距离L3=3.7mm，等腰三角形空白块的底边中点向左偏移介质基板中心线0.44mm，圆弧形凸包的半径R5=10.95mm，圆弧形凸包与矩形块的交点到介质基板侧边的距离W2=3.34mm。
7.根据权利要求6所述的基于缺陷地结构的三频微带天线，其特征是：所述条带贴片（6）的宽度Wf=1.5mm，从正十二边形环贴片外环至介质基板下底边的条带贴片长度Lf=10.4mm。
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|---|---|---|---|---|
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