CN210576435U

CN210576435U - 一种紧凑型低剖面宽带共口径天线

Info

Publication number: CN210576435U
Application number: CN201920182588.5U
Authority: CN
Inventors: 黄贝; 张俊; 李谟超; 黄嘉禄; 林伟锋; 章国豪
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-02-01

Abstract

本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种紧凑型低剖面宽带共口径天线，所述天线包括矩形槽、矩形贴片、馈电偶极子、地板、第一基板、第二基板，所述矩形槽、矩形贴片设于第一基板的同侧表面上，所述馈电偶极子设于第一基板的与矩形槽或矩形贴片相对的另一侧表面上，地板设于第二基板的下表面；所述天线设有由矩形槽、矩形贴片、馈电偶极子被馈电端口同时激励起的三种工作模式。本实用新型提供一种紧凑型低剖面共口径天线，通过矩形槽、矩形贴片和馈电偶极子同时被激励起三种模式的设置，天线剖面降低的同时带宽得到有效拓展。

Description

一种紧凑型低剖面宽带共口径天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种紧凑型低剖面宽带共口径天线。

背景技术

在天线实际应用中，如船舶、飞机、卫星、移动终端和移动基站往往面临的一个问题是空间大小有限、空间形状不规则，所以对有限空间的利用率方面提出了很高的要求，这就极大的约束着天线的重量、形状及物理尺寸。如果把多副多频段天线安装在有限空间内，天线之间存在较强的电磁耦合，导致天线之间相互干扰，影响天线及阵列性能。多天线技术是未来移动通信基站的发展方向，在小型化的同时多频段多制式也是基站天线的要求。共口径天线能共用同一物理口径，与多副天线单独放置相比，大大节省了天线所占的空间。由于共口径天线可减小天线尺寸，减轻天线重量，特别适合多频段多极化应用。这有利于节省基站天线的数量，使得基站站址选择更为灵活，有助于移动小区覆盖的规划。

保持天线尺寸和剖面的同时拓展天线带宽是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种紧凑型低剖面宽带共口径天线，通过矩形槽、矩形贴片和馈电偶极子同时被激励起三种模式的设置，使得天线剖面降低的同时带宽得到有效拓展。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种紧凑型低剖面宽带共口径天线，所述天线包括矩形槽、矩形贴片、馈电偶极子、地板、第一基板、第二基板，所述矩形槽、矩形贴片设于第一基板的同侧表面上，所述馈电偶极子设于第一基板的与矩形槽或矩形贴片相对的另一侧表面上，地板设于第二基板的下表面；所述天线设有由矩形槽、矩形贴片、馈电偶极子被馈电端口同时激励起的三种工作模式。

优选地，所述第一基板悬空设于第二基板的上表面，所述第一基板与第二基板放置的间距H为0.11λc～0.16λc，其中λc为中心频点在自由空间中的波长。优选地，所述第一基板与第二基板放置的间距H为0.14λc。需要说明的是，这只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述天线的工作频带内的增益范围为8.80dBi～9.12dBi。优选地，所述天线在仿真软件中得到在工作频带内最低增益为8.80dBi，最高增益可达9.12dBi。需要说明的是，这只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述矩形槽S_L的长度为0.35λc～0.38λc，宽度S_W为0.02λc～0.04λc。优选地，所述矩形槽的长度S_L＝0.37λc，宽度S_W＝0.027λc。需要说明的是，这只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述矩形贴片的长度P_L为0.31λc～0.34λc，宽度P_W为0.46λc～0.49λc。优选地，矩形贴片的长度P_L＝0.33λc，宽度P_W＝0.47λc。需要说明的是，这只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述馈电偶极子的臂长D_L的长度值为0.30λc～0.33λc，宽度D_W为0.01λc～0.02λc。优选地，馈电偶极子的长度D_L＝0.31λc，宽度D_W＝0.014λc。需要说明的是，这只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述第一基板的长度L₁的长度值为0.75λc～0.88λc，宽度W₁的宽度值为0.75λc～0.88λc；第二基板的长度L₂长度值为1.49λc～1.76λc，宽度W₂宽度值为1.49λc～1.76λc。优选地，第一基板、第二基板的材料为相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度为1.2mm～2mm。优选地，两块基板均采用相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度h₁＝h₂＝1.6mm。第一基板的长度L₁＝0.81λc，宽度W₁＝0.81λc；第二基板的长度L₂＝1.63λc，宽W₂＝1.63λc；第一第二基板的间距H为0.14λc。需要说明的是，这只是优选，并不是限制性的规定。

优选地，所述三种工作模式包括槽模式、贴片模式和偶极子模式。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种紧凑型低剖面宽带共口径天线，它包括矩形槽、矩形贴片、馈电偶极子、地板和两块基板。矩形槽和矩形贴片设于第一基板的上表面，馈电偶极子设于第一基板的下表面，地板设于第二基板的下表面，两块基板的间距H为0.14λc。矩形槽、矩形贴片和馈电偶极子同时被激励起三种模式，使得保持天线尺寸和剖面的同时拓展天线带宽。所述天线在仿真软件中得到在工作频带内最低增益为8.80dBi，最高增益可达9.12dBi。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的紧凑型低剖面宽带共口径天线结构示意图；

图2为图1所述天线的俯视图；

图3为图1所述天线的侧视图；

图4为图1所述天线的表面电流分布图；

图5为图1所述天线的关键参数扫描图；

图6为图1所述天线的反射系数和增益图；

图7为图1所述天线的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。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，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，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。

本实用新型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；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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，不能理解为对本专利的限制，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。

实施例

如图1至7为一种紧凑型低剖面宽带共口径天线的实施例，其中图1至3表示所述天线的结构示意图，天线包括矩形槽1、矩形贴片2、馈电偶极子3、地板4、第一基板5、第二基板6，矩形槽1、矩形贴片2设于第一基板5的同侧表面上，馈电偶极子3设于第一基板5的与矩形槽1或矩形贴片2相对的另一侧表面上，地板4设于第二基板6的下表面；天线设有由矩形槽1、矩形贴片2、馈电偶极子3被馈电端口同时激励起的三种工作模式

具体地：天线包括矩形槽1、矩形贴片2、馈电偶极子3、地板4、第一基板5、第二基板6，矩形槽1、矩形贴片2设于第一基板5的上表面，馈电偶极子3设于第一基板5的下表面，地板4设于第二基板6的下表面；天线设有由矩形槽1、矩形贴片2和馈电偶极子3同时被激励起的三种工作模式。另外，三种工作模式包括槽模式、贴片模式和偶极子模式。需要说明的是这三种工作模式只是优选，并不是限制性的规定。

其中，第一基板5悬空设于第二基板6的上方，第一基板5与第二基板6放置的间距H为8mm～12mm。其中，天线中心频率为4.065GHz。

另外，天线的工作频带内的增益范围为8.80dBi～9.12dBi。

其中，矩形槽1的长度S_L的长度值为26mm～28mm，宽度S_W的宽度值为1.5mm～2.5mm。

另外，矩形贴片2的长度PL的长度值为23mm～25mm，宽度PW的宽度值为34mm～36mm。

其中，馈电偶极子3的臂长DL的长度值为22mm～24mm，宽度DW的宽度值为0.5mm～1.5mm。

另外，第一基板5的长度L₁的长度值为55mm～65mm，宽度W₁的宽度值为55mm～65mm；第二基板6的长度L2长度值为110mm～130mm，宽度W₂宽度值为110mm～130mm。

其中，第一基板5、第二基板6的材料为相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度为1.2mm～2mm。

具体如下：

在本实施中，矩形槽1的长度S_L＝27mm，宽度S_W＝2mm。矩形贴片2的长度PL＝24mm，宽度P_w＝35mm。馈电偶极子3的长DL＝23mm，宽Dw＝1mm。两块基板都采用相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度h₁＝h₂＝1.6mm。第一基板5的长度L₁＝60mm，宽度W₁＝60mm。第二基板6的长度L₂＝120mm，宽度W₂＝120mm。

图4为本实用新型所述天线实施例典型频率的表面电流分布图。在2.8GHz(a)时，槽附近电流幅度最大，因此槽模式为主模；在4.2GHz(b)时，贴片和槽附近电流幅度分别最大，但贴片模式有更大的幅度，因此贴片模式为主模；在5.4GHz(c)时，槽和偶极子起主要辐射作用，偶极子模式为主模。因此，本实用新型天线工作在混合模式下并具有较高的增益。

图5为图1所述天线的关键参数扫描图。图(a)为矩形槽的长度SL对反射系数的影响。当SL＝26mm时，3.90GHz～4.60GHz频段内反射系数未小于-10dB；当SL＝28mm时，3.00GHz～3.25GHz频段内反射系数未小于-10dB；因此，SL＝27mm为优选。也就是说，矩形槽长度影响天线的低频。图(b)为矩形贴片的长度PL对反射系数的影响。当PL＝23mm时，3.00GHz～3.17GHz频段内反射系数未小于-10dB；当PL＝25mm时，4.10GHz～4.50GHz频段内反射系数未小于-10dB；因此，PL＝24mm为优选。也就是说，贴片尺寸影响天线的中频。图(c)为偶极子的长度DL对反射系数的影响。当DL＝22mm时，3.00GHz～3.21GHz和4.60GHz～5.00GHz频段内反射系数未小于-10dB；当DL＝24mm时，4.18GHz频点时反射系数未小于-10dB；因此，DL＝23mm为优选。也就是说，偶极子尺寸影响天线的高频。

图6为本实用新型所述天线实施例的反射系数和增益图。在2.94GHz～5.19GHz频段内反射系数均小于-10dB，中心频率为4.065GHz，相对带宽为55.35％。在工作频段内增益非常平稳，最低增益为8.80dBi，最高增益为9.12dBi。

图7为本实用新型所述天线实施例的辐射方向图。实线为xoz面的方向图，虚线为yoz面的方向图。结果显示，无论天线工作在槽模式、贴片模式还是偶极子模式，一直都保持稳定的方向图和较宽的3dB波束宽度，因此本实用新型天线有良好的辐射特性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述天线包括矩形槽(1)、矩形贴片(2)、馈电偶极子(3)、地板(4)、第一基板(5)、第二基板(6)，所述矩形槽(1)、矩形贴片(2)设于第一基板(5)的同侧表面上，所述馈电偶极子(3)设于第一基板(5)的与矩形槽(1)或矩形贴片(2)相对的另一侧表面上，地板(4)设于第二基板(6)的下表面；所述天线设有由矩形槽(1、)矩形贴片(2、)馈电偶极子(3)被馈电端口同时激励起的三种工作模式。

2.根据权利要求1所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述第一基板(5)悬空设于第二基板(6)的上表面，所述第一基板(5)与第二基板(6)放置的间距为0.11λc～0.16λc，λc为中心频点在自由空间中的波长。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述天线的工作频带内的增益范围为8.80dBi～9.12dBi。

4.根据权利要求2所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述矩形槽(1)的长度S_L为0.35λc～0.38λc，宽度S_W为0.02λc～0.04λc。

5.根据权利要求2所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述矩形贴片(2)的长度P_L为0.31λc～0.34λc，宽度P_W为0.46λc～0.49λc。

6.根据权利要求2所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述馈电偶极子(3)的臂长D_L的长度值为0.30λc～0.33λc，宽度D_W的宽度值为0.01λc～0.02λc。

7.根据权利要求2所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述第一基板(5)的长度L₁的长度值为0.75λc～0.88λc，宽度W₁的宽度值为0.75λc～0.88λc；第二基板(6)的长度L₂的长度值为1.49λc～1.76λc，宽度W₂的宽度值为1.49λc～1.76λc。

8.根据权利要求1所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，第一基板(5、)第二基板(6)的材料为相对介电常数4.4、损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度为1.2mm～2mm。

9.根据权利要求1所述的紧凑型低剖面宽带共口径天线，其特征在于，所述三种工作模式包括槽模式、贴片模式和偶极子模式。