CN204361257U - 一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，包括介质基板、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，其特征在于，所述辐射贴片包括第一圆环贴片、第二圆环贴片、圆弧形贴片、第一条形贴片、第二条形贴片、第一竖矩形贴片和第二竖矩形贴片，所述接地板由矩形板和带有正三角形缺陷块的拱形板拼接而成，所述拱形板上端被一条水平线截平。该实用新型提供的三频微带天线质量轻、体积小，能有效降低回波损耗，发射较高的频段带宽，同时具有多频段特性及稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于天线领域，具体涉及一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线。
背景技术
目前在无线通信技术领域，实现多频的方法有两种：一种是利用超宽带天线将所有频段全部覆盖，但是该方法仅仅适用于多个频段相距比较近的情况，有很大的局限性；另一种方法是让***中的天线分别独立覆盖这些频段，此方法比较常见，但是存在很多技术难点，如天线单元之间的互耦与干扰问题，且占用空间加大。所以我们希望能够在单天线上实现双频或多频，从而避免天线之间相互干扰的问题。
缺陷接地结构(Defected Ground Structure，DGS)，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，频率单一、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尺寸等方面有待改进。
实用新型内容
本实用新型目的之一在于提供一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，本实用新型提供的三频微带天线质量轻、体积小，能有效降低回波损耗，发射较高的频段带宽，同时具有多频段特性及稳定性。
本实用新型提供的一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，包括介质基板、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，辐射贴片位于介质基板上表面，接地板在介质基板背面下方，所述辐射贴片包括第一圆环贴片、第二圆环贴片、圆弧形贴片、第一条形贴片、第二条形贴片、第一竖矩形贴片和第二竖矩形贴片，所述接地板由矩形板和带有正三角形缺陷块的拱形板拼接而成，所述拱形板上端被一条水平线截平；
第一环形贴片通过第二竖矩形贴片与介质基板底端相连，圆弧形贴片、第一条形贴片、第二条形贴片、第二圆环贴片和第一竖矩形贴片位于第一圆环贴片内侧，圆弧形贴片下面两端分别与第一条形贴片和第二条形贴片上端相连，第一条形贴片和第二条形贴片的下端相交，第一条形贴片和第二条形贴片相交一端与第二圆环贴片的顶端相连，第二圆环贴片下段通过第一竖矩形贴片与第一圆环贴片的底端相连。
进一步的，介质基板为FR4环氧板，相对介电常数εr为4.4，介质损耗为0.02，特性阻抗为50Ω。
进一步的，介质基板的长L为38mm，宽W为23mm，厚为1.6mm。
进一步的，第一圆环贴片的内半径R3为9.5mm，外半径R4为10.5mm；圆弧形贴片的内半径R5为1.6mm，外半径R6为2.1mm，圆弧形贴片的圆心高于第一圆环贴片圆心的距离L5为1mm；第二圆环贴片的内半径R1为1.8mm，外半径R2为2.5mm；第一竖矩形贴片的长L1为2.2mm。宽W1为1.4mm；第二竖矩形贴片的长Lf为14.1mm，宽Wf为2.8mm。
进一步的，接地板中的矩形板的长与介质基板的宽W长度相等为23mm，宽L6为6mm；接地板中的拱形板的半径R7为10mm，拱形板上端截得的水平边长W2为8.72mm；正三角形缺陷块成倒三角状，边长L8为4.25mm，正三角形缺陷块的中心距接地板底端的距离L7为9.1mm，正三角形缺陷块的水平边距拱形板上端的水平边的距离L9为1.65mm。
本实用新型的有益效果为，该三频微带天线质量轻、体积小，能有效降低回波损耗，发射较高的频段带宽，同时具有多频段性及稳定性。
附图说明
图1所示为本实用新型天线正面结构示意图。
图2所示为本实用新型天线背面结构示意图。
图3所示为本实用新型天线正面各项参数示意图。
图4所示为本实用新型天线背面各项参数示意图。
图5所示为本实用新型天线的回波损耗特征曲线图。
图6所示为本实用新型天线在2.45GHz时在E平面的辐射方向图。
图7所示为本实用新型天线在2.45GHz时在H平面的辐射方向图。
图8所示为本实用新型天线在3.5GHz时在E平面的辐射方向图。
图9所示为本实用新型天线在3.5GHz时在H平面的辐射方向图。
图10所示为本实用新型天线在5.5GHz时在E平面的辐射方向图。
图11所示为本实用新型天线在5.5GHz时在H平面的辐射方向图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例详细描述本实用新型。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
图1所示为本实用新型天线正面结构示意图。
图2所示为本实用新型天线背面结构示意图。
如图1和图2所示，本实用新型提供的一种基于缺陷地结构的三频微带天线，包括介质基板1、辐射贴片和接地板2，辐射贴片和接地板2沿介质基板中心线对称布置，辐射贴片位于介质基板1上表面，接地板2在介质基板1背面下方，所述辐射贴片包括第一圆环贴片3、第二圆环贴片4、圆弧形贴片5、第一条形贴片6、第二条形贴片7、第一竖矩形贴片8和第二竖矩形贴片9，所述接地板2由矩形板和带有正三角形缺陷块10的拱形板拼接而成，所述拱形板上端被一条水平线截平；
第一环形贴片3通过第二竖矩形贴片9与介质基板1底端相连，圆弧形贴片5、第一条形贴片6、第二条形贴片7、第二圆环贴片4和第一竖矩形贴片8位于第一圆环贴片3内侧，圆弧形贴片5下面两端分别与第一条形贴片6和第二条形贴片7上端相连，第一条形贴片6和第二条形贴片7的下端相交，第一条形贴片6和第二条形贴片7相交一端与第二圆环贴片4的顶端相连，第二圆环贴片4下端通过第一竖矩形贴片8与第一圆环贴片3的底端相连。
介质基板1为FR4环氧板，相对介电常数εr＝4.4，介质损耗为0.02，馈电方式为微带线馈电，特性阻抗为50Ω。
缺陷地结构可以激发和改善谐振频率，增加阻抗带宽。本实用新型的缺陷地结构是通过在接地板的合适位置蚀刻由横矩形和等边三角形组成的缺陷块10得到的，因此天线共出现了三个频段且带宽较宽，匹配较好。本实用新型在没有增加整体体积的情况下得到了覆盖蓝牙、RFID、WLAN和WiMAX工作频段的天线。
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，获得以下最佳尺寸和调谐的关系，如图3和图4：
图3所示为本实用新型天线正面各项参数示意图。
图4所示为本实用新型天线背面各项参数示意图。
介质基板的长L为39mm，宽W为21mm，厚为1.6mm；
第一圆环贴片的内半径R3为9.5mm，外半径R4为10.5mm；圆弧形贴片的内半径R5为1.6mm，外半径R6为2.1mm，圆弧形贴片的圆心高于第一圆环贴片圆心的距离L5为1mm；第二圆环贴片的内半径R1为1.8mm，外半径R2为2.5mm；第一竖矩形贴片的长L1为2.2mm。宽W1为1.4mm；第二竖矩形贴片的长Lf为14.1mm，宽Wf为2.8mm。
接地板2中的矩形板的长与介质基板的宽W长度相等为23mm，宽L6为6mm；接地板2中的拱形板的半径R7为10mm，拱形板上端截得的水平边长W2为8.72mm；正三角形缺陷块成倒三角状，边长L8为4.25mm，正三角形的中心距接地板2底端的距离L7为9.1mm，正三角形的水平边距拱形板上端的水平边的距离L9为1.65mm。
本实用新型提供的三频微带天线提供了0.24GHz、0.99GHz和0.94GHz三个阻抗带宽，工作频段分别为2.31～2.55GHz、3.22～4.21GHZ和4.99～5.93GHz，谐振频率分别为2.44GHz、3.5GHz和5.53GHz。图5所示为本实用新型天线的回波损耗特征曲线图，如图5所示，本实用新型的天线在谐振点处的回波损耗分别为-20.4dB,-30.18dB和-34.58dB，由此显示出天线良好的匹配特性。图6和图7分别是天线在2.45GHz时分别在E平面和H平面的辐射方向图，图8和图9分别是天线在3.5GHz时在E平面和H平面的辐射方向图，图10和图11分别是天线在5.5GHz时在E平面和H平面的辐射方向图。由图可知，该实用新型提供的三频微带天线的辐射方向图特性在所有的工作频段内相对稳定，具有良好的方向性。综上所述，缺陷地结构能够增加天线的带宽，使其具有多频段特性和良好的匹配特性及稳定性。
本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。
Claims (5)
1.一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，包括介质基板、辐射贴片和接地板，所述辐射贴片和所述接地板沿所述介质基板中心线对称布置，所述辐射贴片位于所述介质基板上表面，所述接地板在所述介质基板背面下方，其特征在于，所述辐射贴片包括第一圆环贴片、第二圆环贴片、圆弧形贴片、第一条形贴片、第二条形贴片、第一竖矩形贴片和第二竖矩形贴片，所述接地板由矩形板和带有正三角形缺陷块的拱形板拼接而成，所述拱形板上端被一条水平线截平；
所述第一圆环贴片通过所述第二竖矩形贴片与所述介质基板底端相连，所述圆弧形贴片、所述第一条形贴片、所述第二条形贴片、所述第二圆环贴片和所述第一竖矩形贴片位于所述第一圆环贴片内部，所述圆弧形贴片下面两端分别与所述第一条形贴片和所述第二条形贴片上端相连，所述第一条形贴片和所述第二条形贴片的下端相交，所述第一条形贴片和所述第二条形贴片相交一端与所述第二圆环贴片的顶端相连，所述第二圆环贴片下段通过所述第一竖矩形贴片与所述第一圆环贴片的底端相连。
2.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，其特征在于，所述介质基板为FR4环氧板，相对介电常数εr为4.4，介质损耗为0.02，特性阻抗为50Ω。
3.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，其特征在于，所述介质基板的长L为38mm，宽W为23mm，厚为1.6mm。
4.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，其特征在于，所述第一圆环贴片的内半径R3为9.5mm，外半径R4为10.5mm；所述圆弧形贴片的内半径R5为1.6mm，外半径R6为2.1mm，所述圆弧形贴片的圆心高于所述第一圆环贴片圆心的距离L5为1mm；所述第二圆环贴片的内半径R1为1.8mm，外半径R2为2.5mm；所述第一竖矩形贴片的长L1为2.2mm，宽W1为1.4mm；所述第二竖矩形贴片的长Lf为14.1mm，宽Wf为2.8mm。
5.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为环状的三频微带天线，其特征在于，所述接地板中的矩形板的长与所述介质基板的宽W长度相等为23mm，宽L6为6mm；所述接地板中的拱形板的半径R7为10mm，所述拱形板上端截得的水平边长W2为8.72mm；所述正三角形缺陷块成倒三角状，边长L8为4.25mm，所述正三角形缺陷块的中心距所述接地板底端的距离L7为9.1mm，所述正三角形缺陷块的水平边距离所述拱形板上端水平边的距离L9为1.65mm。
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