CN205069864U - 一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线 - Google Patents
一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆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的上表面，接地板在介质基板背面下方，辐射贴片包括设置在环形贴片内部的弧形贴片和第一竖矩形贴片，以及第二竖矩形贴片，环形贴片底部通过第二矩形贴片与介质基板底部相连接，弧形贴片为顶部开口的弧形，其底部通过第一竖矩形贴片与环形贴片内部的下端相连接；接地板由拱形板和带有圆形缺陷块的矩形板拼接而成，拱形板顶部被一条水平线截平为一平面。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(DefectedGroundStructure，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。
发明内容
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不规则椭圆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不规则椭圆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，所述辐射贴片包括环形贴片、弧形贴片、第一竖矩形贴片、第二竖矩形贴片，所述的弧形贴片和第一竖矩形贴片设置在环形贴片内部，其中所述的环形贴片底部通过第二矩形贴片与介质基板底部相连接，所述的弧形贴片为顶部开口的弧形，其底部通过第一竖矩形贴片与环形贴片内部的下端相连接；
以上所述的接地板由拱形板和带有圆形缺陷块的矩形板拼接而成，所述的拱形板顶部被一条水平线截平为一平面。
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0.8mm。
进一步的，所述的环形贴片为不规则椭圆形，其外椭圆长轴半径B2为8.8mm，短轴半径A2为11mm，内椭圆长轴半径B1为8mm，短轴半径A1为10mm，外椭圆焦点与内椭圆焦点在介质基板中心线的距离L5为0.7mm；所述的弧形贴片外圆半径R2为5mm，内圆半径R1为5.5mm，内圆圆心与外圆圆心在介质基板中心线的距离L3为0.7mm；所述的内椭圆焦点与内圆圆心在介质基板中心线的距离L4为3mm，内圆圆心与介质基板底边距离L2为19.5mm。
进一步的，所述的第一竖矩形贴片的长L1为2.5mm，宽W1为1.2mm，所述的第二竖矩形贴片的长Lf为12mm，宽Wf为2.4mm。
进一步的，所述的接地板中的矩形板的长W为25mm，宽Lg为7mm；所述的接地板中的拱形板的半径R4为20mm，所述的拱形板上端截平的平面与介质基板底部距离L7为10mm；所述圆形缺陷块圆心设置在介质基板的中心线上，其半径R3为1.5mm，圆形缺陷块底部切线与介质基板底部距离L6为4.1mm。
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所示为本实用新型基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线正面结构示意图。
图2所示为本实用新型基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线背面结构示意图。
图3所示为本实用新型基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线正面各项参数示意图。
图4所示为本实用新型基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线背面各项参数示意图。
图5所示为本实用新型基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带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。
图中：1.介质基板；2.接地板；3.环形贴片；4.弧形贴片；5.第一竖矩形贴片；6.第二竖矩形贴片；7.矩形板；8.拱形板；9.缺陷块。
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。
如图1和图2所示，本实用新型包括介质基板1、辐射贴片和接地板2，所述辐射贴片和所述接地板沿所述介质基板1中心线对称布置，所述辐射贴片位于所述介质基板1的上表面，所述接地板2在所述介质基板1背面下方，所述辐射贴片包括环形贴片3、弧形贴片4、第一竖矩形贴片5、第二竖矩形贴片6，所述的弧形贴片4和第一竖矩形贴片5设置在环形贴片3内部，其中所述的环形贴片3底部通过第二竖矩形贴片6与介质基板1底部相连接，所述的弧形贴片4为顶部开口的弧形，其底部通过第一竖矩形贴片5与环形贴片3内部的下端相连接；
以上所述的接地板2由拱形板8和带有圆形缺陷块9的矩形板7拼接而成，所述的拱形板8顶部被一条水平线截平为一平面。
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2的合适位置蚀刻由矩形板7和带有圆形缺陷块9的拱形板8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：
介质基板的长L为35mm，宽W为25mm，厚为0.8mm；
所述的环形贴片3为不规则椭圆形，其外椭圆长轴半径B2为8.8mm，短轴半径A2为11mm，内椭圆长轴半径B1为8mm，短轴半径A1为10mm，外椭圆焦点与内椭圆焦点在介质基板1中心线的距离L5为0.7mm；所述的弧形贴片4外圆半径R2为5mm，内圆半径R1为5.5mm，内圆圆心与外圆圆心在介质基板1中心线的距离L3为0.7mm；所述的内椭圆焦点与内圆圆心在介质基板1中心线的距离L4为3mm，内圆圆心与介质基板1底边距离L2为19.5mm。
所述的第一竖矩形贴片5的长L1为2.5mm，宽W1为1.2mm，所述的第二竖矩形贴片6的长Lf为12mm，宽Wf为2.4mm。
所述的接地板2中的矩形板7的长W为25mm，宽Lg为7mm；所述的接地板2中的拱形板8的半径R4为20mm，所述的拱形板8上端截平的平面与介质基板1底部距离L7为10mm；所述圆形缺陷块9圆心设置在介质基板1的中心线上，其半径R3为1.5mm，圆形缺陷块9底部切线与介质基板1底部距离L6为4.1mm。
本实用新型提供的三频微带天线提供了0.18GHz、0.38GHz和0.79GHz三个阻抗带宽，工作频段分别为2.39～2.57GHz、3.34～3.72GHZ和5.42～6.21GHz，谐振频率分别为2.48GHz、3.48GHz和5.82GHz。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-23.5dB,-20.48dB和-49.62dB，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 (6)
1.一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线，包括介质基板(1)、辐射贴片和接地板(2)，所述辐射贴片和所述接地板沿所述介质基板(1)中心线对称布置，所述辐射贴片位于所述介质基板(1)的上表面，所述接地板(2)在所述介质基板(1)背面下方，其特征在于，所述辐射贴片包括环形贴片(3)、弧形贴片(4)、第一竖矩形贴片(5)、第二竖矩形贴片(6)，所述的弧形贴片(4)和第一竖矩形贴片(5)设置在环形贴片(3)内部，其中所述的环形贴片(3)底部通过第二竖矩形贴片(6)与介质基板(1)底部相连接，所述的弧形贴片(4)为顶部开口的弧形，其底部通过第一竖矩形贴片(5)与环形贴片(3)内部的下端相连接；
以上所述的接地板(2)由拱形板(8)和带有圆形缺陷块(9)的矩形板(7)拼接而成，所述的拱形板(8)顶部被一条水平线截平为一平面。
2.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线，其特征在于：所述介质基板(1)为FR4环氧板。
3.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线，其特征在于：所述介质基板(1)的长L为35mm，宽W为25mm，厚H为0.8mm。
4.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线，其特征在于：所述的环形贴片(3)为不规则椭圆形，其外椭圆长轴半径B2为8.8mm，短轴半径A2为11mm，内椭圆长轴半径B1为8mm，短轴半径A1为10mm，外椭圆焦点与内椭圆焦点在介质基板(1)中心线的距离L5为0.7mm；
所述的弧形贴片(4)外圆半径R2为5mm，内圆半径R1为5.5mm，内圆圆心与外圆圆心在介质基板(1)中心线的距离L3为0.7mm；
以上所述的内椭圆焦点与内圆圆心在介质基板(1)中心线的距离L4为3mm，内圆圆心与介质基板(1)底边距离L2为19.5mm。
5.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线，其特征在于：所述的第一竖矩形贴片(5)的长L1为2.5mm，宽W1为1.2mm，所述的第二竖矩形贴片(6)的长Lf为12mm，宽Wf为2.4mm。
6.如权利要求1所述的一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线，其特征在于：所述的接地板(2)中的矩形板(7)的长W为25mm，宽Lg为7mm；所述的接地板(2)中的拱形板(8)的半径R4为20mm，所述的拱形板(8)上端截平的平面与介质基板(1)底部距离L7为10mm；所述圆形缺陷块(9)圆心设置在介质基板(1)的中心线上，其半径R3为1.5mm，圆形缺陷块(9)底部切线与介质基板(1)底部距离L6为4.1mm。
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