本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)與電磁波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的普及與應(yīng)用，應(yīng)用于WiMAX或WLAN頻段的天線越來(lái)越受到重視，而且由于微帶天線具有剖面低、易集成的優(yōu)點(diǎn)，使其得到了廣泛的應(yīng)用。然而應(yīng)用于室內(nèi)WiMAX或WLAN頻率的微帶天線比較少，有的微帶天線的反射系數(shù)帶寬還比較窄，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不能很好的覆蓋WiMAX或WLAN頻段的5.10GHz-5.80GHz；此外，通過(guò)改變微帶縫隙天線中縫隙的形狀，不僅能夠使天線的諧振頻率出現(xiàn)在5.26GHz左右，而且還能夠增加天線在諧振頻率附近的反射系數(shù)帶寬，還易于天線的制作和集成，因此設(shè)計(jì)一種諧振頻率在WiMAX或WLAN頻段的微帶縫隙天線具有十分重要的實(shí)踐意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作帶寬相對(duì)較寬、易于實(shí)物制作和集成的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線，包括一個(gè)介質(zhì)基板1，介質(zhì)基板的頂層設(shè)置有矩形輻射貼片2，OCSRR縫隙結(jié)構(gòu)5，1/4阻抗變換器3和微帶饋線4，其中OCSRR縫隙結(jié)構(gòu)5刻蝕在矩形輻射貼片2上，OCSRR是互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，由OSRR和CSRR共同組成；矩形輻射貼片2和微帶饋線4通過(guò)1/4阻抗變換器3相連，構(gòu)成天線的饋電部分；所述介質(zhì)基板1的底層為屏蔽導(dǎo)體。

所述OCSRR縫隙結(jié)構(gòu)5是一種互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，其縫隙結(jié)構(gòu)的寬度都是相等的，其有一個(gè)變化范圍，它的形狀可以是方形或者圓形，矩形OCSRR環(huán)的總長(zhǎng)度為2.3mm，其長(zhǎng)度也是可以改變的。其粒子的等效電路可以看成是一個(gè)開口并聯(lián)諧振電路，并且OCSRR環(huán)具有帶阻特性，它具有較大的電感值L₀和較小的電容值C_C。

所述1/4波長(zhǎng)阻抗變換器3連接輻射貼片2和微帶饋線4，其長(zhǎng)度為17.45mm，寬為1.16mm，為固定值，該阻抗變換器3可實(shí)現(xiàn)單一工作頻率的阻抗匹配。

介質(zhì)基板1的介電常數(shù)的變化范圍為2.2到4.4。

所述輻射貼片2的形狀為矩形、圓形、三角形或者任意多邊形的組合形狀。

所述微帶饋電線4為中心饋電，偏心饋電或者間隙饋入貼片內(nèi)部饋電。不同饋點(diǎn)位置的饋線對(duì)應(yīng)不同的天線阻抗匹配器。天線的微帶饋線的長(zhǎng)度為15mm，寬為2.98mm，為固定值。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明通過(guò)采用刻蝕OCSRR縫隙形成輻射貼片、微帶饋線和阻抗變換器組合構(gòu)成諧振頻率在WiMAX或WLAN頻段的微帶縫隙天線，可獲得頻率范圍為5.30GHz-5.50GHz，相對(duì)帶寬約為3.7％的工作頻帶，在獲得帶寬相對(duì)較寬的天線的同時(shí)，較之傳統(tǒng)的未刻蝕縫隙的微帶天線其諧振頻率與工作頻段都有顯著提高。本天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剖面低，制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。該天線的設(shè)計(jì)思想可以實(shí)現(xiàn)天線諧振頻率的提高，實(shí)現(xiàn)天線的諧振頻率的變化。

附圖說(shuō)明

圖1a是本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)平面示意圖與剖面圖。

圖1b是本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖2是本發(fā)明天線OCSRR縫隙結(jié)構(gòu)的平面示意圖。

圖3a是傳統(tǒng)微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)平面圖。

圖3b是傳統(tǒng)微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖4是利用高頻電磁仿真軟件HFSS計(jì)算的本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)反射系數(shù)頻率特性圖。

圖5是利用HFSS軟件計(jì)算的微帶貼片天線的反射系數(shù)頻率特性圖。

圖6a是利用HFSS軟件計(jì)算的本發(fā)明天線的E平面方向圖。

圖6b是利用HFSS軟件計(jì)算的本發(fā)明天線的H平面方向圖。

圖7a是利用HFSS軟件計(jì)算的微帶貼片天線的E平面方向圖。

圖7b是利用HFSS軟件計(jì)算的微帶貼片天線的H平面方向圖。

圖1中標(biāo)號(hào)：1是介質(zhì)基板，2是輻射貼片，3是1/4阻抗變換器，4是微帶饋線，5是OCSRR縫隙。

圖3中標(biāo)號(hào)：11是介質(zhì)基板，21是輻射貼片，31是1/4阻抗變換器，41是微帶饋線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于全球微波互聯(lián)接入(WiMAX)的微帶線饋電的縫隙天線設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于WiMAX或者無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的5.10GHz-5.80GHz頻段。天線結(jié)構(gòu)的底層是介質(zhì)基板(1)，在介質(zhì)基板(1)的頂層有輻射貼片(2)、1/4阻抗變換器(3)以及微帶饋線(4)。輻射貼片上刻蝕了一個(gè)OCSRR形狀的縫隙(5)，增加該縫隙使天線工作在5.10GHz-5.80GHz頻段。通過(guò)使用微帶線對(duì)天線進(jìn)行饋電。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)輻射貼片與饋線的阻抗匹配，采用1/4波長(zhǎng)阻抗變換器進(jìn)行阻抗變換。輻射貼片的長(zhǎng)度、寬度和OCSRR環(huán)的位置等對(duì)天線的性能均有影響。通過(guò)改變天線的這些結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以獲得一組最優(yōu)的天線參數(shù)，實(shí)現(xiàn)天線工作在WiMAX頻段，獲得較好的反射系數(shù)帶寬。

本發(fā)明設(shè)計(jì)工作頻段為5.10GHz-5.80GHz的微帶縫隙天線，增加縫隙天線的帶寬的問(wèn)題。通過(guò)改變微帶縫隙天線縫隙的形狀，將其改變成OCSRR諧振器，采用微帶線饋電，提出一種OCSRR縫隙天線。

本發(fā)明為解決以上技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

一種基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線，包括一個(gè)介質(zhì)基板，介質(zhì)基板頂層設(shè)置有多邊形輻射貼片，1/4波長(zhǎng)阻抗變換器和微帶饋線。其中多邊形輻射貼片上形成了天線的縫隙結(jié)構(gòu)，其形狀為OCSRR開口互補(bǔ)環(huán)，該環(huán)的形狀可以是方形或者圓形，其縫隙的寬度都是相等的，OCSRR環(huán)底端的縫隙的寬度與輻射貼片的寬度是相等的；輻射貼片與1/4波長(zhǎng)阻抗變換器的上端相連，下端連接微帶饋線，并且阻抗變換器和微帶饋線構(gòu)成了天線的饋電部分；所述介質(zhì)基板的底層為屏蔽導(dǎo)體。利用高頻電磁仿真軟件HFSS設(shè)置天線的仿真條件為自由空間，，最終得到天線的參數(shù)仿真圖。

作為本發(fā)明的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述輻射貼片的形狀可以是矩形，圓形或者其它多邊形的組合形狀。

作為本發(fā)明的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述輻射貼片上的縫隙是由OCSRR環(huán)構(gòu)成，它是有開口環(huán)諧振器和互補(bǔ)環(huán)諧振器組成的開口互補(bǔ)環(huán)諧振器，OCSRR環(huán)的形狀可以是方形或者圓形。

作為本發(fā)明的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述OCSRR縫隙的寬度都是相等的，其變化范圍為0.2mm到1mm。

作為本發(fā)明的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.2到4.4。

作為本發(fā)明的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述輻射貼片上的縫隙的外圈和內(nèi)圈的整體形狀均為矩形或者均為圓形的開口互補(bǔ)環(huán)諧振器。

綜合圖1、2、3所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是：天線制作在介質(zhì)基板1上，多邊形輻射貼片2，1/4阻抗變換器3和微帶饋線4關(guān)于y軸對(duì)稱；多邊形輻射貼片2，1/4阻抗變換器3和微帶饋線4相連構(gòu)成饋電結(jié)構(gòu)；其中，OCSRR結(jié)構(gòu)5作為本發(fā)明的天線的縫隙結(jié)構(gòu)，其位于多邊形輻射貼片2上，其最低端的縫隙寬度與多邊形輻射貼片2的寬度相等，該縫隙結(jié)構(gòu)由開口互補(bǔ)環(huán)諧振器組成，OCSRR結(jié)構(gòu)關(guān)于y軸互補(bǔ)對(duì)稱。本發(fā)明從上到下的結(jié)構(gòu)層次依次為多邊形輻射貼片2，OCSRR縫隙5，1/4阻抗變換器3，微帶饋線4和介質(zhì)基板1。用于構(gòu)成天線的縫隙OCSRR的寬度間距均相等，寬度變化區(qū)間為0.2mm到1mm，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于增加天線的帶寬同時(shí)提高了天線的諧振頻率。

本發(fā)明的微帶線饋電的OCSRR縫隙天線，其多變形輻射貼片的形狀為矩形、三角形或其他多邊形的組合形狀，其縫隙的形狀為矩形或者圓形。其中，OCSRR縫隙外圈的尺寸控制在一定的范圍內(nèi)，內(nèi)圈縫隙的尺寸比外圈縫隙的尺寸小0.4mm，且在附圖2中，附圖2中的灰色縫隙和白色縫隙的寬度是相等的，該設(shè)計(jì)用以達(dá)到增加天線帶寬和改變天線諧振頻率的要求。

通過(guò)改變多邊形輻射貼片和OCSRR縫隙的寬度的尺寸和縫隙整體的位置可對(duì)天線進(jìn)行阻抗帶寬的調(diào)整。當(dāng)輻射貼片的形狀為矩形時(shí)，其寬度不能小于30mm，否則會(huì)使天線的寬度性能變差。不同的縫隙位置會(huì)改變天線的諧振頻率，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)其位置獲得所需性能的天線。

如圖3所示，圖3是傳統(tǒng)微帶線饋電的天線，其結(jié)構(gòu)是：介質(zhì)基板11、矩形輻射貼片21、1/4阻抗變換器31、微帶饋線41，都關(guān)于y軸對(duì)稱；矩形輻射貼片11、1/4阻抗變換器31和微帶饋線41構(gòu)成饋電裝置；從上到下的結(jié)構(gòu)層次依次為矩形輻射貼片11、1/4阻抗變換器31和微帶饋線41，介質(zhì)基板11。

對(duì)照附圖4，附圖4給出了介質(zhì)基板按照相對(duì)介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm實(shí)施，金屬輻射貼片按照長(zhǎng)36.24毫米、寬29.21毫米實(shí)施。當(dāng)天線的各部分輪廓與附圖1一致時(shí)，利用高頻電磁仿真軟件HFSS仿真計(jì)算得到的天線反射系數(shù)頻率特性。根據(jù)圖4的結(jié)果可見(jiàn)本發(fā)明的天線的工作頻帶為5.16GHz到5.64GHz。相對(duì)工作頻帶寬度為8.9％。不僅天線的帶寬得到了增大，而且天線的諧振頻率也得到了提高。

對(duì)照附圖5，附圖5給出了介質(zhì)基板按照相對(duì)介電常數(shù)為4.4，厚度為1.6mm實(shí)施，金屬輻射貼片按照長(zhǎng)37.26毫米、寬28毫米實(shí)施。當(dāng)天線的各部分輪廓與附圖3一致時(shí)，利用高頻電磁仿真軟件HFSS仿真計(jì)算得到的天線反射系數(shù)頻率特性。根據(jù)圖5的結(jié)果可見(jiàn)傳統(tǒng)的微帶線饋電的天線的工作頻帶為2.39GHz到2.52GHz。相對(duì)工作頻帶寬度為5.2％。

對(duì)照附圖6，附圖6給出了工作頻率為5.42GHz時(shí)，天線的E平面和H平面方向圖。從附圖中可見(jiàn)，天線具有全向性，因?yàn)樘炀€結(jié)構(gòu)具有相對(duì)對(duì)稱特性，其方向圖也具有對(duì)稱特性。

對(duì)照附圖7，附圖7給出了工作頻率為2.45GHz時(shí)，天線的E平面和H平面方向圖。從附圖中可見(jiàn)，天線輻射具有全向性，其方向圖也具有對(duì)稱特性。

基于OCSRR縫隙的微帶饋電的天線克服了傳統(tǒng)微帶縫隙天線帶寬小和諧振頻率低的缺點(diǎn)，使其具有寬帶特性。天線具有全向輻射特性，而且此天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、成本低廉。按照前述實(shí)施方式制作的基于微帶線饋電的OCSRR縫隙天線工作頻帶可覆蓋WiMAX或WLAN頻段，可將該天線用做室內(nèi)短距離通信，具有廣泛的應(yīng)用前景。