CN108879086A - 一种具有谐波抑制的紧凑型宽带微带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有谐波抑制的紧凑型宽带微带天线。该天线包括单层的介质基板，以及介质基板上设置的天线单元，该天线单元包括矩形贴片、两个四分之一波长谐振器和接地短路针；所述第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器不等长不等宽，且均平行于矩形贴片的辐射边，该两个四分之一波长谐振器中间插入接地短路针，通过耦合馈电对矩形贴片进行激励；天线的馈电点设置于其中一根四分之一波长谐振器上，通过铜轴探针馈电；所述的天线单元中矩形贴片为普通贴片天线，第一、第二四分之一波长谐振器具有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。本发明天线具有低剖面且结构简单，有效增加了天线频带宽度，同时具有高次谐波抑制的优点。

Description

一种具有谐波抑制的紧凑型宽带微带贴片天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种具有谐波抑制的宽带线极化微带贴片天线。

背景技术

近年来，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备在功能、设计及制造工艺上都发生了巨大变化。天线作为现代通信系统中的重要组成部分，它性能的优劣对通信系统产生了最直接的影响。而现代通信技术的快速发展对天线的性能提出了更高的要求。

由于近几十年微波集成电路的发展，产生了对能与集成电路兼容的紧凑型天线的需求。微带天线以它重量轻、可共形、易集成、便于匹配等优点获得了更多的青睐。在移动通信和个人通信中，微带天线的地位在将来的发展中将无可比拟。微带天线自身最大的缺点就是带宽一般都比较窄。一般的微带行波天线的频带宽度可以达到百分之几十，微带缝隙天线可以达到1％-10％，而普通的微带贴片天线仅为0.6％-3％。近年来，研究人员在微带天线带宽展宽上做出了很多的研究。通过选择合适的基板、改变天线的形状、尺寸、采用各种馈电技术、阻抗匹配技术等，可以有效展宽天线的带宽。但是这些方法一般具有结构复杂，多层介质板机构，电尺寸过大以及难以组成阵列等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、易于加工实现的低剖面宽频带微带贴片天线，同时具有高次谐波抑制以及结构紧凑的优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有谐波抑制的紧凑型宽带微带天线，包括单层的介质基板，以及介质基板上设置的天线单元，该天线单元包括矩形贴片、第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器和接地短路针；所述第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器不等长不等宽，且均平行于矩形贴片的辐射边，该两个四分之一波长谐振器中间插入接地短路针，通过耦合馈电对矩形贴片进行激励；天线的馈电点设置于其中一根四分之一波长谐振器上，通过铜轴探针馈电。

进一步地，所述的天线单元中矩形贴片为普通贴片天线，第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器具有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。

进一步地，所述介质基板的相对介电常数为2.2，厚度为1.57mm，介质基板为整体覆铜介质板。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用单层介质板，避免了多层叠加的复杂结构，天线结构简单，易于实现加工，成本低；(2)有效增大了频带宽度，高次谐波得到有效抑制。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例天线的整体结构俯视透视图。

图2为本发明实施例天线的S11参数仿真图。

图3为本发明实施例天线的工作频带内增益仿真图。

图4为本发明实施例天线中心频率5GHz的仿真方向图。

图5为本发明实施例天线4-12GHz的S11参数仿真图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

本发明提供了一种展宽微带贴片天线带宽的方法，利用两个四分之一波长谐振器对矩形辐射贴片进行耦合馈电，从天线整体的等效传输线模型来看，相当于增加两个谐振回路，使得天线原有的谐振点由一个增加到三个，从而有效地展宽了天线的带宽。由于两个四分之一波长谐振器对称分布，使得高次谐波得到抑制。由于增加的两个四分之波长谐振器平行于矩形贴片的辐射边，使得天线的结构紧凑，相比较传统贴片天线，电尺寸并没有增加多少。天线的单层设计使得天线具有低剖面、结构简单、易于加工等优点。

结合图1，本发明具有谐波抑制的紧凑型宽带微带天线，包括单层的介质基板1，以及介质基板1上设置的天线单元，该天线单元包括矩形贴片2、第一四分之一波长谐振器3、第二四分之一波长谐振器4和接地短路针5；所述第一四分之一波长谐振器3、第二四分之一波长谐振器4不等长不等宽，且均平行于矩形贴片2的辐射边，该两个四分之一波长谐振器中间插入接地短路针5，通过耦合馈电对矩形贴片2进行激励；天线的馈电点6设置于其中一根四分之一波长谐振器上，通过铜轴探针馈电。

进一步地，所述的天线单元中矩形贴片2为普通贴片天线，第一四分之一波长谐振器3、第二四分之一波长谐振器4具有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。

进一步地，所述介质基板1的相对介电常数为2.2，厚度为1.57mm，介质基板1为整体覆铜介质板。

实施例1

本实施例具有谐波抑制的紧凑型宽带微带贴片天线，它包括单层微波介质基板1，介质基板1上设有天线单元，天线单元的矩形贴片2为唯一辐射元，此辐射贴片尺寸的计算方法和普通贴片天线是一样的。普通贴片天线是直接微带线馈电或者探针馈电直接连接矩形贴片。本实施例采用耦合馈电方式，通过两个对称分布的四分之一波长微带枝节进行激励。馈电点采用探针馈电，直接与其中一根较粗的微带枝节连接。两个微带枝节中心处插入一根接地短路针5，使得两个不等宽不等长的四分之一谐振器能够谐振。由于水平方向两个谐振器完全对称分布，使得天线的高次谐波得到抑制。对称分布的微带枝节在两个略微偏离中心频率的频点产生谐振，但是不参与辐射，矩形贴片2为唯一辐射部分，并且自身也产生一个谐振点。由此产生了三个谐振点，从而有效地展宽了天线带宽。所述介质板相对介电常数为2.2，厚度为1.57mm，介质板为整体覆铜介质板。

图1给出本发明天线的整体结构俯视图(透视图)，本专利所述的天线由单层平面介质基板组成，制作的实施例的中心频率为5GHz，设计频带范围为4.78GHz-5.28GHz，采用介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，厚度为1.57mm的介质基板Rogers 5880作为本发明天线中的介质基板。

图2为本发明天线的S11仿真图，由图可看出，小于-10dB的带宽范围为：4.78GHz-5.28GHz，相对带宽为10％，相比较同类微带贴片天线，本发明天线的相对带宽有了显著提高。

图3为本发明天线的增益仿真图，增益最大值为7.1dBi，增益的3dB带宽大于阻抗带宽。图4为本发明天线在中心频率5GHz时和方向的仿真方向图，由图可看出，天线在和时的方向图没有偏移，与普通贴片天线一致。图5为本发明天线在4-12GHz的S11参数仿真图，可以看出，高次谐波得到了明显抑制。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照特定的优选实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，随本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种具有谐波抑制的紧凑型宽带微带天线，其特征在于，包括单层的介质基板(1)，以及介质基板(1)上设置的天线单元，该天线单元包括矩形贴片(2)、第一四分之一波长谐振器(3)、第二四分之一波长谐振器(4)和接地短路针(5)；所述第一四分之一波长谐振器(3)、第二四分之一波长谐振器(4)不等长不等宽，且均平行于矩形贴片(2)的辐射边，该两个四分之一波长谐振器中间插入接地短路针(5)，通过耦合馈电对矩形贴片(2)进行激励；天线的馈电点(6)设置于其中一根四分之一波长谐振器上，通过铜轴探针馈电。

2.根据权利要求1所述的具有谐波抑制的紧凑型宽带微带天线，其特征在于，所述的天线单元中矩形贴片(2)为普通贴片天线，第一四分之一波长谐振器(3)、第二四分之一波长谐振器(4)具有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。

3.根据权利要求1所述的具有谐波抑制的紧凑型宽带微带天线，其特征在于，所述介质基板(1)的相对介电常数为2.2，厚度为1.57mm，介质基板(1)为整体覆铜介质板。