CN216085339U - 一种全向环形缝隙阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全向环形缝隙阵列天线，包括有上层介质基板、下层介质基板、上层金属接地板、下层金属接地板及微带馈线，所述上层金属接地板和下层金属接地板分别贴装于上层介质基板的上表面和下层介质基板的下表面，所述微带馈线嵌入上层介质基板、下层介质基板之间，所述上层金属接地板和下层金属接地板均蚀刻有缝隙单元，所述缝隙单元由圆环加载双Y枝节缝隙构成。本实用新型提供的一种全向环形缝隙阵列天线，具有宽带宽，高增益的特点。

Description

一种全向环形缝隙阵列天线

技术领域

本实用新型涉及无线电设备中天线技术领域，尤其涉及一种全向环形缝隙阵列天线。

背景技术

全向天线因其能在水平面产生360°的均匀辐射而在无线通信领域有着广泛的应用，目前的全向天线朝着宽带的方向发展，以满足更多的设备工作。提高天线的带宽主要有三种方法：1)降低品质因数Q，即降低天线介质基板的介电常数或提高其厚度；2)将天线设计为阵列形式；3)改进天线的馈电结构。4)改变天线的辐射结构。第一种方法对于天线带宽的提高非常有限，而第三种方法使得天线的设计变得复杂。研究者针对上述问题提出了缝隙天线。

平面缝隙天线是一种在金属接地板上开缝隙的天线，其显著特征是通过缝隙向外辐射电磁波，通过改变缝隙的结构可以提高天线的带宽，通过调整单元结构之间的距离使其等幅同相辐射，从而实现在远场的全向辐射。它具有以下优点：

1.缝隙单元进行组阵实现稳定高效的高增益辐射。

2.结构简单，重量轻、体积小、成本低，易于制造。

由于具有以上优点，平面缝隙全向天线已经广泛地被人们进行了研究。如：XingChen等人在论文“A Novel Planar Slot Array Antenna With OmnidirectionalPattern”中采用了单一的矩形环缝隙辐射结构，通过在平行的接地板上蚀刻8对背靠背的缝隙实现了4.6％的带宽；Yuan-Ming Cai等人在论文“A wideband compact horizontallypolarized omnidirectional antenna for 2G/3G/LTE”中提出了在接地板上蚀刻十字形缝隙辐射结构，通过添加寄生缝隙，天线的带宽得到了拓宽，但其馈电结构较为复杂；综上所述，目前的缝隙天线的突出问题是无法在简单的馈电结构基础上进一步提高天线的带宽，这成为制约缝隙全向天线广泛应用的主要因素。

实用新型内容

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种全向环形缝隙阵列天线，具有宽带宽，高增益的特点。

为实现本实用新型目的而提供的一种全向环形缝隙阵列天线，包括有上层介质基板、下层介质基板、上层金属接地板、下层金属接地板及微带馈线，所述上层金属接地板和下层金属接地板分别贴装于上层介质基板的上表面和下层介质基板的下表面，所述微带馈线嵌入上层介质基板、下层介质基板之间，所述上层金属接地板和下层金属接地板均蚀刻有缝隙单元，所述缝隙单元由圆环加载双Y枝节缝隙构成。

作为上述方案的进一步改进，所述上层介质基板和下层介质基板均为聚四氟乙烯基板。

作为上述方案的进一步改进，所述圆环加载双Y枝节缝隙由圆环和Y形枝节构成，所述圆环加载双Y枝节缝隙等间距在上层金属接地板和下层金属接地板上蚀刻有多个。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型产生的天线电流从同轴馈电点流入，沿着带状的微带馈线流动并衰减，电磁能量从中心微带馈线耦合至多对等间距圆环加载双Y枝节缝隙，最终同相叠加，从而实现高增益的全向辐射，缝隙单元的Y形枝节在高频产生了新的谐振，增加了天线的带宽。还具有如下优点：

1.本实用新型在上层介质基板、下层介质基板上蚀刻8对圆环加载双Y枝节缝隙，引入了新的Y形枝节形成谐振结构，增加了新的同相分布电流，拓宽了天线的带宽，天线的带宽达到了7.41％(频率范围5.60GHz-6.03GHz)；

2.本实用新型的上层介质基板、下层介质基板、上层金属接地板、下层金属接地板及微带馈线形成简单的悬置微带线结构，其馈电方式简单，克服了传统宽带天线需要复杂馈电网络的缺点；

3.本实用新型的缝隙单元-圆环加载双Y枝节缝隙在垂直平面中为等间距共线分布，这使得天线在水平平面中在保证天线带宽拓宽的基础上，实现了高增益的全向辐射；

4.本实用新型为平面缝隙阵列天线，其结构简单，应用简单的平面印刷技术，易于加工，成本低。

附图说明

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的一种全向环形缝隙阵列天线的三维结构图；

图2天线的圆环加载双Y枝节缝隙的平面图；

图3天线反射系数的仿真结果；

图4在频率为5.8GHz时本实用新型的E面的仿真方向图；

图5在频率为5.8GHz时本实用新型的H面的仿真方向图；

图6在带宽范围内本实用新型增益随频率变化的曲线图；

其中，1-上层介质基板，2-下层介质基板，3-上层金属接地板，4-下层金属接地板，5-圆环加载双Y枝节缝隙，6-微带馈线，7同轴馈电点。

具体实施方式

本实用新型的一种全向环形缝隙阵列天线的三维结构及缝隙平面结构如图1、图2所示，包括有上层介质基板1、下层介质基板2、上层金属接地板3、下层金属接地板4及微带馈线6，其中，上层介质基板1和下层介质基板2均为聚四氟乙烯基板，上层金属接地板3和下层金属接地板4分别贴装于上层介质基板1的上表面和下层介质基板2的下表面，微带馈线6嵌入上层介质基板1、下层介质基板2之间，上层金属接地板3和下层金属接地板4均蚀刻有缝隙单元，缝隙单元由圆环加载双Y枝节缝隙5构成，圆环加载双Y枝节缝隙5由圆环和Y形枝节构成，圆环加载双Y枝节缝隙5等间距在上层金属接地板3和下层金属接地板4上蚀刻有多个。

其中，上层介质基板1和下层介质基板2为介电常数为2.5、损耗正切角为0.002的聚四氟乙烯基板。其长×宽×高＝273mm×20.16mm×1.5mm。

上层金属接地板3印刷在上层介质基板1的上表面，下层金属接地板4印刷在下层介质基板2的下表面，两块金属接地板的长和宽与介质基板完全相同。

上层金属接地板3与下层金属接地板4上蚀刻有8对圆环加载双Y枝节缝隙5，所述圆环加载双Y枝节缝隙5由外径为8.41mm，环宽为1.72mm的圆环和一对长为4mm，宽为1.2mm，弧形部分角度为103.6°的Y形枝节构成。其中，第一个圆环加载双Y枝节缝隙5距同轴馈电点7之间的距离为20mm，两两缝隙单元之间的距离为31.61mm，缝隙单元距左右两侧边缘的距离为1.67mm，最后一个缝隙单元距离上边缘的距离为14.86mm。

上层介质基板1与下层介质基板2之间为微带馈线6，其特征阻抗为50欧姆。在同轴馈电点7处通过SMA接头直接馈电。

图3是本实施例中天线的反射系数仿真结果。图中包含一条曲线|S₁₁|，由图可知，通带的中心频率约为5.8GHz，回波损耗为-13.54dB。天线的工作频带为5.60GHz～6.03GHz，相对带宽为7.41％。

图4是本实施例中天线的E面的仿真方向图，天线的波束宽度为10.1°旁瓣比主瓣低12.6dB。

图5是本实施例中天线的H面的仿真方向图，天线的全向性良好，交叉极化水平低于-15dB。

图6是本实施例中天线的增益随频率变化的曲线，天线在中心频率5.8GHz处的峰值增益为10.78dBi，在整个工作频带内天线的峰值增益均大于9.8dBi，相邻频点的增益变化低于0.2dB，说明本实用新型所提出的天线具有稳定的全向辐射性能。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种全向环形缝隙阵列天线，其特征在于：包括有上层介质基板、下层介质基板、上层金属接地板、下层金属接地板及微带馈线，所述上层金属接地板和下层金属接地板分别贴装于上层介质基板的上表面和下层介质基板的下表面，所述微带馈线嵌入上层介质基板、下层介质基板之间，所述上层金属接地板和下层金属接地板均蚀刻有缝隙单元，所述缝隙单元由圆环加载双Y枝节缝隙构成。

2.根据权利要求1所述的一种全向环形缝隙阵列天线，其特征在于：所述上层介质基板和下层介质基板均为聚四氟乙烯基板。

3.根据权利要求1或2所述的一种全向环形缝隙阵列天线，其特征在于：所述圆环加载双Y枝节缝隙由圆环和Y形枝节构成，所述圆环加载双Y枝节缝隙等间距在上层金属接地板和下层金属接地板上蚀刻有多个。

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