CN106450667B - 一种零阶谐振天线和无线路由器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种零阶谐振天线和无线路由器。所述零阶谐振天线包括至少一个谐振单元，所述谐振单元包括串联电感，通过微带传输线分别与串联电感并联的并联电容和并联电感，并联电容的另一端和并联电感的的另一端均接天线地。本发明减少了加工的难度，同时提高生产的稳定性，且更易于实现小型化，结构上更加紧凑；在小于零阶谐振频率的任何频率内没有任何的负阶谐振，从而无法对零阶谐振造成干扰。

Description

一种零阶谐振天线和无线路由器

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种零阶谐振天线和无线路由器。

背景技术

现有技术的零阶谐振天线有两种，一种为水平平放的零阶谐振天线，该天线在使用时平放于水平面上，另外一种为竖直于地面摆放的零阶谐振天线，该天线产生的辐射特性与水平平放的零阶谐振天线相同。

上述两种零阶谐振天线均基于复合左右手传输的原理，复合左右手传输线是一种同时具有左手传输和右手传输特性的传输线。该类型传输线由周期性的谐振单元组成，每个谐振单元等效于图1中的电路，电路由一个串联谐振器再级联一个并联谐振器构成。复合左右手传输线的传播常数为：

综合公式(1)和(2)可知，传输常数在ω_se和ω_sh之间存在一个禁带，当ω_se＝ω_sh时则会形成平衡态，当ω<ω_se时，传输线呈现左手传输特性；当ω>ω_sh时则呈现右手传输线特性；当ω_se<ω<ω_sh则出现禁带，即β(ω)＝0，此时，电磁波无法传输。

当复合左右手传输线开路时，传输线在β(ω)＝0处的输入阻抗为：

其中Y_sh为并联谐振的导纳，N为周期数，Δz为传输线长度。

从公式(3)可知，开路复合左右手传输线的输入阻抗只与并联谐振器有关，当并联谐振器发生谐振时，Z_in＝0，且该谐振的Q值为：

因为该谐振发生于β(ω)＝0时，因此，该谐振成为零阶谐振。现有技术的零阶谐振天线就是利用公式(3)、(4)的原理设计的天线。

然而，现有技术的零阶谐振天线存在以下缺点：

串联电容导致加工的难度增加；串联电容在实际应用中容易受到PCB基板的介电常数影响，造成生产中的不一致性出现；低于零阶谐振的频率存在负阶谐振，容易对负阶谐振产生干扰，并且令设计者难以判断零阶谐振的准确位置；串联电容导致天线需要一定长度的尺寸才能满足串联电容的电容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零阶谐振天线和无线路由器，旨在解决现有技术的零阶谐振天线加工难度大、稳定性差、低于零阶谐振的频率存在负阶谐振容易对负阶谐振产生干扰和尺寸大的问题。

第一方面，本发明提供了一种零阶谐振天线，所述零阶谐振天线包括至少一个谐振单元，所述谐振单元包括串联电感，通过微带传输线分别与串联电感并联的并联电容和并联电感，并联电容的另一端和并联电感的的另一端均接天线地。

进一步地，所述串联电感和并联电感采用贴片电感或电感线圈，并联电容采用贴片电容。

进一步地，所述串联电感和并联电感是通过微带线实现的等效电感，并联电容是通过微带线实现的等效电容。

进一步地，所述零阶谐振天线包括基板，附着于基板的正面的感性微带线、与感性微带线的一端相连的天线地和与感性微带线的另一端相连的微带传输线；

微带传输线在每个谐振单元内通过自感实现等效的串联电感，感性微带线与天线地相连实现等效的并联电感，微带传输线与天线地之间实现等效的并联电容，微带传输线与天线地之间通过等效的并联电容形成共面波导结构。

进一步地，所述感性微带线呈弯折状或者直线状。

进一步地，所述微带传输线不与感性微带线相连的一端采用开路结构或者短路结构。

进一步地，所述微带传输线与感性微带线相连的一端具有天线的馈电点，采用同轴电缆在基板的正面馈电，或者采用微带在基板的背面馈电。

进一步地，采用同轴电缆在基板的正面馈电时，同轴电缆的外导体焊接至天线地，内导体焊接至天线的馈电点；采用微带在基板的背面馈电时，与天线的馈电点对应的基板位置设置金属化通孔，基板的背面附着有连接同轴电缆的微带输出口，微带传输线和微带输出口之间通过金属化通孔相连。

进一步地，所述零阶谐振天线包括二个或二个以上串联的谐振单元；零阶谐振天线还包括至少一个附着于基板的正面的感性微带线，感性微带线的一端与所述天线地相连，感性微带线的另一端与所述微带传输线相连。

第二方面，本发明提供了一种无线路由器，所述无线路由器包括上述的零阶谐振天线。

在本发明中，由于不需要采用串联电容，因此减少了加工的难度，同时提高生产的稳定性，且更易于实现小型化，结构上更加紧凑；又由于谐振单元在时，电磁波完全没有传输，因此，在小于零阶谐振频率的任何频率内没有任何的负阶谐振，从而无法对零阶谐振造成干扰。

附图说明

图1是现有技术提供的复合左右手传输线单个周期的等效电路图。

图2是本发明实施例一提供的包括一个谐振单元的零阶谐振天线的等效电路图。

图3是本发明实施例一提供的包括一个谐振单元的零阶谐振天线的色散图。

图4是本发明实施例一提供的包括一个谐振单元的零阶谐振天线的正面示意图。

图5是本发明实施例一提供的包括一个谐振单元的零阶谐振天线的背面示意图。

图6是本发明实施例二提供的包括三个周期谐振单元的零阶谐振天线的等效电路图。

图7是本发明实施例二提供的包括三个周期谐振单元的零阶谐振天线的正面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图2，本发明实施例一提供的零阶谐振天线包括一个谐振单元，该谐振单元包括串联电感L_R、通过微带传输线分别与串联电感L_R并联的并联电容C_R和并联电感L_L，并联电容C_R的另一端和并联电感L_L的的另一端均接天线地。

在本发明实施例一中，串联电感L_R和并联电感L_L可以采用贴片电感、电感线圈等，并联电容C_R可以采用贴片电容等。串联电感L_R和并联电感L_L也可以是通过微带线实现的等效电感，并联电容C_R也可以是通过微带线实现的等效电容。

本发明实施例一提供的零阶谐振天线的传输线传输系数为：

当时，β(ω)＝0，且/>无电磁波信号传输。

本发明实施例一提供的零阶谐振天线的色散图如图3所示。从图3可知，本发明实施例一提供的零阶谐振天线是一种右手传输线，但是与传统的右手传输线不同的是，本发明实施例一中的右手传输线的相位零点在而不是传统的右手传输线所在的ω₀＝0处。

当本发明实施例一中的右手传输线开路并且β(ω)＝0时，其输入阻抗为：

公式(6)与公式(3)完全相同，因此本发明实施例一中的右手传输线具有与复合左右手传输线开路时完全相同的特性，但相对于复合左右手传输线具有以下优点：

1、由于不需要采用串联电容，因此减少了加工的难度，同时提高生产的稳定性；

2、本发明实施例一中的右手传输线在时，电磁波完全没有传输，因此，在小于零阶谐振频率的任何频率内没有任何的负阶谐振，从而无法对零阶谐振造成干扰；

3、更易于实现小型化，结构上更加紧凑。

当串联电感L_R和并联电感L_L是通过微带线实现的等效电感，并联电容C_R也是通过微带线实现的等效电容时。请参阅图4和图5，本发明实施例一提供的包括一个谐振单元的零阶谐振天线包括基板，附着于基板的正面的感性微带线11、与感性微带线11的一端相连的天线地12和与感性微带线11的另一端相连的微带传输线13。微带传输线13在每个谐振单元内通过自感实现等效的串联电感L_R，感性微带线11与天线地12相连实现等效的并联电感L_L，微带传输线13与天线地12之间实现等效的并联电容C_R，微带传输线13与天线地12之间通过等效的并联电容C_R形成共面波导(CPW)结构。

在本发明实施例一中，感性微带线可以呈弯折状或者直线状。微带传输线13不与感性微带线11相连的一端采用开路结构或者短路结构。微带传输线13与感性微带线11相连的一端具有天线的馈电点14，可以采用同轴电缆在基板的正面馈电，具体为同轴电缆的外导体焊接至天线地，内导体焊接至天线的馈电点14。或者可以采用微带在基板的背面馈电，具体为与天线的馈电点14对应的基板位置设置金属化通孔，基板的背面附着有连接同轴电缆的微带输出口15，微带传输线13和微带输出口15之间通过金属化通孔相连。

实施例二：

本发明实施例二提供的零阶谐振天线包括多个串联的本发明实施例一提供的零阶谐振天线中的谐振单元，图6所示为三个周期谐振单元。

请参阅图7，本发明实施例二提供的零阶谐振天线与本发明实施例一提供的零阶谐振天线之间的区别在于：

本发明实施例二提供的零阶谐振天线还包括至少一个附着于基板的正面的感性微带线21(图7所示为还包括两个感性微带线21)，感性微带线21的一端与天线地22相连，感性微带线21的另一端与微带传输线23相连。

本发明实施例还提供了包括本发明实施例一或二提供的零阶谐振天线的无线路由器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种零阶谐振天线，其特征在于，所述零阶谐振天线包括至少一个谐振单元，所述谐振单元包括串联电感，通过微带传输线分别与串联电感并联的并联电容和并联电感，并联电容的另一端和并联电感的另一端均接天线地；

所述零阶谐振天线包括基板，附着于基板的正面的感性微带线、与感性微带线的一端相连的天线地和与感性微带线的另一端相连的微带传输线；

微带传输线在每个谐振单元内通过自感实现等效的串联电感，感性微带线与天线地相连实现等效的并联电感，微带传输线与天线地之间实现等效的并联电容，微带传输线与天线地之间通过等效的并联电容形成共面波导结构；

零阶谐振天线的微带传输线传输系数为：

其中L_R是串联电感的值，L_L是并联电感的值，C_R是并联电容的值，ω是右手传输线的相位，当时，β(ω)＝0，且/>无电磁波信号传输。

2.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述串联电感和并联电感采用贴片电感或电感线圈，并联电容采用贴片电容。

3.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述感性微带线呈弯折状或者直线状。

4.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述微带传输线不与感性微带线相连的一端采用开路结构或者短路结构。

5.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述微带传输线与感性微带线相连的一端具有天线的馈电点，采用同轴电缆在基板的正面馈电，或者采用微带在基板的背面馈电。

6.如权利要求5所述的零阶谐振天线，其特征在于，采用同轴电缆在基板的正面馈电时，同轴电缆的外导体焊接至天线地，内导体焊接至天线的馈电点；采用微带在基板的背面馈电时，与天线的馈电点对应的基板位置设置金属化通孔，基板的背面附着有连接同轴电缆的微带输出口，微带传输线和微带输出口之间通过金属化通孔相连。

7.如权利要求1所述的零阶谐振天线，其特征在于，所述零阶谐振天线包括二个或二个以上串联的谐振单元；零阶谐振天线还包括至少一个附着于基板的正面的感性微带线，感性微带线的一端与所述天线地相连，感性微带线的另一端与所述微带传输线相连。

8.一种无线路由器，其特征在于，所述无线路由器包括权利要求1至7任一项所述的零阶谐振天线。