一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬帶天線，更具體的說，是涉及一種新型的基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，新型的寬帶天線，發(fā)展迅速，其重要的特性是寬頻帶、大范圍覆蓋。該種天線主要用來彌補窄帶天線帶寬較窄的問題而得以提出和發(fā)展的，在無線通信系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)與其他通信設(shè)備的集成、使天線可同時工作于多種情形，因此天線的小型化和寬頻帶成為了研究的熱點。天線的抗干擾特性決定了天線必須具備寬頻帶、體積小等特點，以降低干擾，提高通訊質(zhì)量。
[0003]應(yīng)用于無線通信的寬帶天線設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際需要滿足相應(yīng)的要求。在寬帶通信系統(tǒng)中，天線的小型化、低成本、制作難度小、易于集成等特點也成為評價天線實用性和性價比的重要指標(biāo)。
[0004]共面波導(dǎo)饋電的饋電方式使得天線的輻射貼片和接地板在同一平面內(nèi)，這樣可以有效降低天線的尺寸。共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其具有比微帶天線更寬的帶寬、較為穩(wěn)定的方向性等優(yōu)點。而且，共面波導(dǎo)饋電的天線加工和調(diào)試方便、易于集成，使得其成為寬帶天線研究與應(yīng)用中不錯的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型的共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其工作頻帶覆蓋3.55-6.75GHz。在有效帶寬內(nèi)，天線均達到良好的阻抗匹配。該天線結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、易于制作，適用于無線通信系統(tǒng)，有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，包括矩形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的厚度為0.5mm，所述介質(zhì)基板的一側(cè)分別設(shè)置有輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)和接地板，所述輻射貼片包括一體形成的上部分和下部分，上部分由設(shè)置有切角的矩形構(gòu)成，下部分為“凸”字型結(jié)構(gòu);所述輻射貼片的下端與饋電網(wǎng)絡(luò)相連接，所述接地板設(shè)置在輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)的四周，所述接地板的中部設(shè)有矩形缺陷，接地板的下部設(shè)有用于饋電網(wǎng)絡(luò)通過的矩形開口。
[0008]所述接地板與饋電網(wǎng)絡(luò)之間的距離為0.8mm。
[0009]所述矩形開口的高度為6mm。所述饋電網(wǎng)絡(luò)的長度為7mm。
[0010]所述介質(zhì)基板為環(huán)氧樹脂板。所述介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)為4.4，其介電損耗正切值為0.02。
[0011]所述介質(zhì)基板的規(guī)格尺寸為28mmX 26mm。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是:
[0013]1.本發(fā)明天線中介質(zhì)基板的一側(cè)分別設(shè)置有輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)和接地板，輻射貼片包括一體形成的上部分和下部分，上部分由設(shè)置有切角的矩形構(gòu)成，下部分為“凸”字型結(jié)構(gòu)，接地板設(shè)置在輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)的四周，接地板的中部設(shè)有矩形缺陷，接地板的下部設(shè)有用于饋電網(wǎng)絡(luò)通過的矩形開口，以上設(shè)置使得該天線帶寬為3.55-6.75GHz，天線在有效帶寬內(nèi)的反射系數(shù)小于-10dB，且電壓駐波比小于2;可覆蓋部分WiMAX頻段、C波段、大容量微波通信頻段及WLAN頻段等多個頻段，能應(yīng)用于多種情形，實用性強。
[0014]2.本發(fā)明天線中對輻射貼片上部分的矩形結(jié)構(gòu)進行了切角處理，改善了天線的阻抗匹配情況，使天線能夠應(yīng)用于多種場合，增加了實用性。
[0015]3.本發(fā)明天線中各個部件及結(jié)構(gòu)的尺寸均是通過仿真實驗后精確設(shè)計得到，改變?nèi)魏纹渲幸粋€尺寸大小均會對本發(fā)明天線的性能產(chǎn)生影響，其中接地板距離饋電網(wǎng)絡(luò)的距離為0.8mm，矩形開口的高度為6mm時，天線性能最為優(yōu)異，整體設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單。
[0016]4.本發(fā)明天線具有良好的輻射性能和阻抗匹配，滿足了寬帶天線的設(shè)計要求。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明具體實施例的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。
[0020]圖4本發(fā)明中輻射單元有、無切角處理的天線的反射系數(shù)仿真結(jié)果。
[0021]圖5是僅接地板中矩形開口的高度(H)不同時的天線的反射系數(shù)仿真結(jié)果。
[0022]圖6是僅接地板與饋電網(wǎng)絡(luò)之間的距離(S)不同時的天線的反射系數(shù)仿真結(jié)果。
[0023]圖7(a)、圖7(b)和圖7(c)為本發(fā)明天線分別在4.5GHz、5.5GHz和6.5GHz三個頻率處的輻射方向圖。
[0024]附圖標(biāo)記:1_介質(zhì)基板2-輻射貼片3-饋電網(wǎng)絡(luò)4-接地板5-矩形缺陷6-矩形開口
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述:
[0026]如圖1和圖2所示，一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，包括矩形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板I，介質(zhì)基板I由環(huán)氧樹脂(FR4Epoxy)制成，其相對介電常數(shù)為4.4，其介電損耗正切值為
0.02ο
[0027]本實施例中的天線是通過蝕刻方法制作在規(guī)格尺寸為28mmX 26mm的介質(zhì)基板I上，介質(zhì)基板I的厚度為0.5mm，輻射貼片2、饋電網(wǎng)絡(luò)3和接地板4分別印刷在介質(zhì)基板I的一偵U，輻射貼片2包括一體形成的上部分和下部分，上部分由經(jīng)過切角處理的矩形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，下部分為“凸”字型結(jié)構(gòu);輻射貼片2的下端與饋電網(wǎng)絡(luò)3相連接，饋電網(wǎng)絡(luò)3的長度為7_，饋電方式采用共面波導(dǎo)饋電，輸入阻抗為50 Ω，接地板4設(shè)置在輻射貼片2和饋電網(wǎng)絡(luò)3的四周，接地板4的中部設(shè)有矩形缺陷，接地板4的下部設(shè)有用于饋電網(wǎng)絡(luò)3通過的矩形開口6。
[0028]如圖3所示:該圖表示的是本發(fā)明天線經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后的具體尺寸參數(shù)，單位均為毫米，其中介質(zhì)基板I的厚度為0.5mm。
[0029]為了研究天線的相關(guān)特性，利用全波三維電磁仿真軟件，對具有不同結(jié)構(gòu)或參數(shù)的天線進行仿真及優(yōu)化，得到天線的反射系數(shù)，并進行對比分析。對天線在4.5GHz、5.5GHz和6.5GHz頻點處進行仿真，得到天線在該頻點處的輻射方向圖，并對仿真結(jié)果進行了分析。圖4、圖5和圖6是設(shè)計的不同結(jié)構(gòu)或參數(shù)的天線的反射系數(shù)仿真結(jié)果。圖7中(a)、(b)、(c)分別為天線在4.5GHz、5.5GHz和6.5GHz頻點處的輻射方向圖仿真結(jié)果。
[0030]由圖4可以看出:當(dāng)天線的輻射貼片進行切角處理時，天線的帶寬覆蓋3.55-6.75GHz ；當(dāng)天線的福射貼片無切角處理時，天線帶寬仍為3.55-6.75GHz，但此時天線在該帶寬內(nèi)的阻抗匹配變差?？梢?，對天線的矩形輻射單元進行切角處理時，可以一定程度上改善天線的阻抗匹配情況，這樣做可以使天線能夠應(yīng)用于多種場合，增加其實用性。
[0031]由圖3和5可以看出:天線輻射貼片2和接地板4的間隔大小，即矩形開口6所對應(yīng)的接地板4下部的高度(H)對天線的性能會造成一定的影響。僅對天線的參數(shù)H進行優(yōu)化，得到優(yōu)化結(jié)果。本實施例中的H為6mm，天線的帶寬覆蓋3.55-6.75GHz ；當(dāng)H由6mm減小到5.5mm時，天線帶寬減為3.6-6.5GHz，且阻抗匹配程度變差，變化較大；當(dāng)H由6mm增加到6.5mm時，天線帶寬基本不變，但阻抗匹配程度較差?？梢姡?dāng)天線的參數(shù)H取合適的值，即6mm時，天線有良好的帶寬及阻抗匹配。
[0032]由圖3和圖6可以看出:接地板4與饋電網(wǎng)絡(luò)3之間的距離(S)的大小也會影響天線的具體性能。僅對天線的參數(shù)S進行優(yōu)化，得到優(yōu)化結(jié)果。本實施例中的S為0.8mm，天線的帶寬覆蓋3.55-6.75GHz ;當(dāng)3由0.8mm減小到0.6mm時，天線帶寬變化很小，但阻抗匹配程度變得較差；當(dāng)S由0.8mm增加到I.Imm時，天線帶寬變窄，即帶寬為3.4-5.6GHz?？梢?，要得到良好的天線性能，參數(shù)S的大小也至關(guān)重要，這里取S為0.8_。
[0033]通過以上幾種不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)的天線的回波損耗仿真結(jié)果可以看出:輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)和接地板的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)參數(shù)都能夠?qū)μ炀€的帶寬及阻抗匹配程度產(chǎn)生作用，想要得到理想的天線，就必須設(shè)定合適的天線結(jié)構(gòu)和參數(shù)，類似地，對天線其他參數(shù)進行優(yōu)化，最終得到本發(fā)明的最優(yōu)化尺寸(見圖3)。
[0034]由圖7(a)_(c)可知，天線在E面和H面的輻射方向圖分別呈近似的倒“8”字形及圓形，且天線在4.5GHz,5.5GHz和6.5GHz三個頻點處呈現(xiàn)出穩(wěn)定的輻射方向特性。其中E面是指與電場方向平行的方向圖切面;H面是指與磁場方向平行的方向圖切面。
[0035]綜上:本發(fā)明天線在3.55-6.75GHz頻段內(nèi)的反射系數(shù)小于-1OdB，阻抗匹配程度良好，并且具有良好的輻射性能，滿足寬帶天線設(shè)計的要求。
【主權(quán)項】
1.一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，包括矩形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板，其特征在于，所述介質(zhì)基板的厚度為0.5mm，所述介質(zhì)基板的一側(cè)分別設(shè)置有輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)和接地板，所述輻射貼片包括一體形成的上部分和下部分，上部分由設(shè)置有切角的矩形構(gòu)成，下部分為“凸”字型結(jié)構(gòu);所述輻射貼片的下端與饋電網(wǎng)絡(luò)相連接，所述接地板設(shè)置在輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)的四周，所述接地板的中部設(shè)有矩形缺陷，接地板的下部設(shè)有用于饋電網(wǎng)絡(luò)通過的矩形開口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其特征在于，所述接地板與饋電網(wǎng)絡(luò)之間的距離為0.8mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其特征在于，所述矩形開口的高度為6mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板為環(huán)氧樹脂板。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)為4.4，其介電損耗正切值為0.02。6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板的規(guī)格尺寸為28_ X 26mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的長度為7mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于共面波導(dǎo)饋電的寬帶天線，包括矩形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的厚度為0.5mm，所述介質(zhì)基板的一側(cè)分別設(shè)置有輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)和接地板，所述輻射貼片包括一體形成的上部分和下部分，上部分由設(shè)置有切角的矩形構(gòu)成，下部分為“凸”字型結(jié)構(gòu)；所述輻射貼片的下端與饋電網(wǎng)絡(luò)相連接，所述接地板設(shè)置在輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)的四周，所述接地板的中部設(shè)有矩形缺陷，接地板的下部設(shè)有用于饋電網(wǎng)絡(luò)通過的矩形開口。本發(fā)明寬帶天線工作頻帶覆蓋3.55-6.75GHz。在有效帶寬內(nèi)，天線均達到良好的阻抗匹配。該天線結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、易于制作，適用于無線通信系統(tǒng)，有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01Q1/48, H01Q1/38, H01Q1/50
【公開號】CN105680172
【申請?zhí)枴緾N201610173758
【發(fā)明人】金杰, 張強, 李茜
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月24日