CN213753051U - 一种宽频带高增益印刷天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽频带高增益印刷天线，主要解决现有印刷天线增益低的问题，其包括两块介质基板(1)，每块介质板两面分别印制有辐射单元(2)及微带馈电巴伦结构(3)，两块介质基板(1)呈十字交叉放置。天线辐射单元(2)由一对L形辐射阵子(5)组成，该对L形辐射阵子的正上方1/8波长处设有引向阵子(4)，以改善天线的输入阻抗匹配，提高增益，该引向阵子(4)中间开有隔离槽(7)，且两块介质板上的隔离槽方向相反，以避免两块介质基板(1)正交安装时引向阵子(4)之间的电接触。本实用新型显著改善了天线的输入阻抗匹配及辐射效率，提高了天线的增益，可用于无线通信设备。
Description
技术领域
本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种宽频带高增益印刷天线，可用于无线通信设备。
背景技术
随着无线通信技术的发展，对基站天线的指标要求也越来越高。现代无线通信***不仅要求基站天线具有宽频带、高增益、双极化、小型化等特点，还要求天线易于加工安装，并且组成天线阵列以后电气性能较好。传统的偶极子天线、八木天线等天线结构由于其体积较大等缺点，使得基站天线发展受到了阻碍。而印刷天线由于其体积小，重量轻，便于集成化及能与载体共形等特点被广泛应用于各种无线通信***中。然而，现有的印刷天线也存在着相对带宽较窄，损耗较大，增益较低等缺点。
为了增大印刷偶极子天线的带宽，国内外许多专家学者在改变馈电结构方面做出了许多研究。Bo Pan等在其“Equivalent-Circuit Analysis of a Broadband PrintedDipole With Adjusted Integrated Balun and an Array for Base StationApplications”(IEEE Transactions on Antennas and Propagation.)一文中采取直接采用50欧姆微带阻抗线从天线下端馈电的方式，克服了从天线上端对其进行阻抗匹配的难题，但是其VSWR≤2阻抗匹配带宽仅有40％。2017年公布的专利CN103531895B中揭示了一种新颖分支线集成馈电巴伦的宽带印刷偶极子天线,该天线包括SMA接头、介质板、辐射单元、以及微带线馈电集成巴伦。辐射单元和微带线集成巴伦分别对应印制在介质板的正面和反面且分别对应于SMA接头的外部和内芯焊接进行馈电。该发明采取在L形微带馈电中心添加分支线的方式，等效于串联电阻，改善了天线的阻抗匹配，扩展了带宽，VSWR≤1.5的带宽不低于50％，实现了宽带特性。然而，该结构虽然提高了带宽，但由于采用串联电阻使得损耗增加，最大增益显著下降到只有不足5.5dBi。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种宽频带高增益印刷天线，以在保证宽频带的同时提高天线的增益。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。
1.一种宽频带高增益印刷天线，包括两块介质基板，每块介质板两面分别印制有辐射单元及微带馈电巴伦结构；其特征在于：
所述辐射单元的上端带有引向阵子，以改善天线的输入阻抗匹配，提高增益；
所述引向阵子中间中间开有隔离槽，且两块介质板上的隔离槽方向相反，以避免两块介质基板正交安装时引向阵子之间的电接触。
进一步，所述天线辐射单元由一对L形辐射阵子组成；引向阵子位于一对L形辐射阵子的正上方1/8波长处。
进一步，所述每块介质基板的中间开有安装槽，且两块介质基板开槽方向相反，用于将两块介质基板进行交叉正交安装。
进一步，所述一对L型辐射阵子结构相同，且在竖直方向上呈镜像对称。
进一步，所述微带馈电巴伦结构包括与SMA接头相连的馈电口、50欧姆阻抗线、阻抗匹配变换段及开路短截线。
进一步，所述微带馈电巴伦结构中间部分弯曲，且两块介质基板上微带馈电巴伦结构的弯曲方向相反，以避免两块介质基板正交安装时微带馈电巴伦结构之间的电接触。
进一步，所述介质基板采用相对介电常数为2～4.4，厚度0.7～0.8mm的FR4介质板。
与现有技术相比，本实用新型由于在辐射阵子正上方1/8波长处增设了引向阵子，改变了天线本身的电阻，从而改善了天线的输入阻抗匹配，提高了天线辐射效率，减少了损耗，同时增强了方向性，使得半功率波束宽度变窄，天线最大增益提高。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构示意图；
图2为本实用新型中辐射单元结构示意图；
图3为本实用新型中馈微带馈电巴伦结构示意图；
图4为本实用新型实施例1的S参数仿真值-频率曲线图；
图5为本实用新型实施例1在不同频点处的E面仿真方向图；
图6为本实用新型实施例1最大增益仿真值-频率曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
参照图1，本实施例包括两块介质基板1、辐射单元2、微带馈电巴伦结构3和引向阵子4。每块介质基板1均选用介电常数为3、厚度为0.762mm，高为40mm，宽为51mm的FR4介质板。辐射单元2、微带馈电巴伦结构3分别印制于同一块介质基板的两面，引向阵子4位于辐射单元正上方。每块介质基板中间均开有0.9mm宽的安装槽6，且方向相反。两块介质基板呈十字交叉垂直立于地面上。
参照图2，辐射单元2由一对结构相同的L形辐射阵子5组成，这两个L型辐射阵子长度均为1/4波长，高度均为半波长，且在竖直方向上呈镜像对称。所述的引向阵子4位于L形辐射阵子的正上方1/8波长处，宽度为2mm,长度为半波长，其中间开有0.8mm宽的隔离槽7，且两块介质基板上的隔离槽7方向相反，用来避免将两片介质基板进行正交安装时引向阵子之间的电接触。
参照图3，所述微带馈电巴伦结构3包括馈电口31、50欧姆阻抗线32、阻抗匹配变换段33及开路短截线34，该阻抗匹配变换段33中间部分弯曲，且两块介质基板上的阻抗匹配变换段33上的弯曲方向相反，用来避免将两片介质基板进行正交安装时馈电结构之间的电接触。馈电口31位于介质基板的右下方。50欧姆阻抗线32高为1/4波长，且位于馈电口31正上方。阻抗匹配变换段33位于50欧姆阻抗线32正上方，且两侧分别与开路短截线34和50欧姆阻抗线32相连。开路短截线34位于阻抗匹配变换段33下方，且与50欧姆阻抗线32平行。
工作时，SMA接头内芯与微带馈电巴伦结构3相连接，外芯与辐射单元2相连。馈电时，微带馈电巴伦结构3上的电流经由介质基板1，传导至辐射单元2并激励辐射单元2产生电磁场。辐射单元2产生的电磁场又激励上方的引向阵子4，使其产生另一电磁场。两电磁场相互叠加及干扰，从而改变了天线的内部阻抗。
实施例2
参照图1、图2、图3，本实施例的结构与实施例1基本相同。不同之处在于，每块介质基板1均选用介电常数为2、厚度为0.7mm的FR4介质板；介质基板中间的安装槽6宽度为0.8mm；引向阵子4宽度为1.5mm,其中间开有隔离槽7的宽度为1mm。
实施例3
参照图1、图2、图3，本实施例的结构与实施例1基本相同。不同之处在于，每块介质基板1均选用介电常数为4.4、厚度为0.8mm的FR4介质板；介质基板中间的安装槽6宽度为0.9mm；引向阵子4宽度为2mm,其中间开有隔离槽7的宽度为1.2mm。
本实用新型的效果可通过以下仿真实验进一步说明。
仿真1，对本实用新型实施例1的S参数用仿真软件进行仿真，结果如图4所示。从图4可以看出，在2.45GHz～3.25GHz频带内，端口1的回波损耗S11和端口2的回波损耗S22优于-15dB，端口1和端口2间的隔离度S21优于-30dB。
仿真2，在不同频点对本实用新型实施例1的E面方向图用仿真软件进行仿真，结果如图5所示，其中：
图5a为本实用新型实施例1在2.5GHz频点处的E面仿真方向图；
图5b为本实用新型实施例1在2.8GHz频点处的E面仿真方向图；
图5c为本实用新型实施例1在3.2GHz频点处的E面仿真方向图。
从图5可以看出，本实用新型实施例提供的宽频带高增益天线具有良好的辐射特性。
仿真3，对本实用新型实施例1的最大增益使用仿真软件进行仿真，结果如图6所示。从图6可以看出，本实用新型实施例1在2.45GHz～3.25GHz频带内，最大增益在8.0dBi～9.4dBi范围内，比现有的宽带印刷偶极子天线提高了2～4dBi。
综合，本实用新型的宽频带高增益印刷天线，实现了宽带和高增益的特性，且实现了良好的辐射特性。
Claims (10)
1.一种宽频带高增益印刷天线，包括两块介质基板(1)，每块介质基板两面分别印制有辐射单元(2)及微带馈电巴伦结构(3)；其特征在于：
所述辐射单元(2)的上端带有引向阵子(4)，以改善天线的输入阻抗匹配，提高增益；
所述引向阵子(4)中间开有隔离槽(7)，且两块介质板上的隔离槽方向相反，以避免两块介质基板(1)正交安装时引向阵子(4)之间的电接触。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述辐射单元(2)由一对L形辐射阵子(5)组成；引向阵子(4)位于一对L形辐射阵子的正上方1/8波长处。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：每块介质基板(1)的中间开有安装槽(6)，且两块介质板开槽方向相反，用于将两块介质基板(1)进行交叉正交安装。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：一对L型辐射阵子(5)结构相同，且在竖直方向上呈镜像对称；且L型辐射阵子(5)长度为1/4波长，高度为半波长。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：微带馈电巴伦结构(3)包括与SMA接头相连的馈电口(31)、50欧姆阻抗线(32)、阻抗匹配变换段(33)及开路短截线(34)。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：微带馈电巴伦结构(3)中间部分弯曲，且两块介质基板上微带馈电巴伦结构的弯曲方向相反，以避免两块介质基板(1)正交安装时微带馈电巴伦结构(3)之间的电接触。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：介质基板(1)采用相对介电常数为2～4.4，厚度0.7～0.8mm的FR4介质板。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：
所述引向阵子(4)的长度为1/2波长，宽度为1～2mm。
9.根据权利要求5所述的天线，其特征在于：
所述50欧姆阻抗线(32)的高度为1/4波长。
10.根据权利要求3所述的天线，其特征在于：
所述安装槽(6)宽度为0.8～0.9mm；
所述隔离槽(7)的宽度为0.8～1.2mm。
Priority Applications (1)
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| CN202022531759.6U CN213753051U (zh) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | 一种宽频带高增益印刷天线 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112310630A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-02 | 西安电子科技大学 | 宽频带高增益印刷天线 |
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2020
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