一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信終端的天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展以及各種通信標(biāo)準(zhǔn)的日益興起，無(wú)線通信產(chǎn)品的功能越來(lái)越復(fù)雜和多樣，一般都能夠支持多個(gè)頻段的不同通信標(biāo)準(zhǔn)，還要求制作簡(jiǎn)單，成本低，全向性等特點(diǎn)。目前復(fù)合左右手傳輸線研究引起了學(xué)者的注意，設(shè)計(jì)出了很多微波器件，因此我們可以利用復(fù)合左右手傳輸線的不同諧振點(diǎn)融合技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)寬帶天線。
[0003]單極子天線是由直接垂直安裝在地面或?qū)щ娖矫嫔系闹睂?dǎo)體組成的天線，占據(jù)空間大，不利于布局到PCB電路板上，也有一些平面的單極子寬帶天線，但是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要對(duì)輻射面進(jìn)行挖孔或者添加一些枝節(jié)，對(duì)于設(shè)計(jì)要求比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決單極子天線帶寬窄的問(wèn)題，提出一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，可以應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)和全球微波互聯(lián)接(Worldwidelnteroperability for Microwave Access，WiMAX)通信系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，包括輻射單元、介質(zhì)基板、接地板和饋線。
[0006]其中，介質(zhì)基板上表面與下表面上沿介質(zhì)基板長(zhǎng)方向由左至右設(shè)計(jì)有周期性排列的輻射單元;且全部輻射單元共同構(gòu)成三個(gè)周期性排列的超材料單元。
[0007]饋線設(shè)計(jì)于介質(zhì)基板上表面，與位于介質(zhì)基板上表面一端的輻射單元相接;接地板設(shè)計(jì)與介質(zhì)基板下表面。
[0008]由此，通過(guò)介質(zhì)基板下表面的4個(gè)周期性排列的輻射單元，作為周期性加載輻射單元，實(shí)現(xiàn)了單極子天線的寬頻特性。且根據(jù)天線頻率需求可以變化各個(gè)輻射單元之間的縫隙和改變輻射單元的性狀、大小和數(shù)目，尋找合適的兩個(gè)諧振點(diǎn)融合，從而獲得所需的寬頻工作頻段。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]1、本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線，利用左右手傳輸線可以產(chǎn)生不同的諧振點(diǎn)，通過(guò)相近的諧振點(diǎn)融合來(lái)寬展帶寬，并實(shí)現(xiàn)水平全向輻射；
[0011]2、本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、全向覆蓋、低成本的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線正視示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線后視示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線中介質(zhì)基座上表面與下表面輻射單遠(yuǎn)元位置偏差不意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線的回波損耗仿真和測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖；
[0016]圖5a為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)2.4GHz時(shí)的Xz(E)平面交叉極化與共面極化輻射方向圖；
[0017]圖5b為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)2.4GHz時(shí)的xy(H)平面交叉極化與共面極化輻射方向圖；
[0018]圖6a為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)3.0GHz時(shí)的Xz(E)平面交叉極化輻射方向圖；
[0019]圖6b為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)3.0GHz時(shí)的xy(H)平面交叉極化與共面極化輻射方向圖；
[0020]圖7a為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)3.5GHz時(shí)的Xz(E)平面交叉極化與共面極化輻射方向圖；
[0021]圖7b為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)3.5GHz時(shí)的xy(H)平面交叉極化與共面極化輻射方向圖。
[0022]圖中:
[0023]1-介質(zhì)基板2-輻射單元3-接地板4-饋線
[0024]具體實(shí)時(shí)方式
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，包括介質(zhì)基板1、輻射單元2、接地板3和饋線4，如圖1、圖2所示。
[0027]所述介質(zhì)基板I為厚度均勻的長(zhǎng)方形板，長(zhǎng)度Ig、寬度1與1^厚度分別設(shè)計(jì)為62.5mm、12mm與Imm;介質(zhì)基板I材料的相對(duì)介電常數(shù)為3.5，介質(zhì)基板I上表面與下表面分別沿z軸正方向由左至右等間隔g設(shè)計(jì)有4個(gè)福射單元2，g設(shè)計(jì)為0.5mm;z軸介質(zhì)基板I長(zhǎng)度方向。
[0028]上述各輻射單元2大小和形狀相同，均采用邊長(zhǎng)d為1mm的正方形金屬片，，且各輻射單元2的上側(cè)邊與下側(cè)邊相互齊平設(shè)置，同時(shí)平行于z軸，使上表面與下表面的輻射單元2呈周期性排列。其中，介質(zhì)基板I上表面位于最左端的輻射單元2距離介質(zhì)基板I左側(cè)邊距離Ii為16mm;介質(zhì)基板I下表面位于最左端的福射單元2距離介質(zhì)基板I左側(cè)邊14為21.25_。由此，使位于介質(zhì)基板I下表面的4個(gè)輻射單元2分別相對(duì)于上表面的4個(gè)輻射單元2間具有沿X軸正方向的偏移量I5為5.25mm，如圖3所示，進(jìn)而使介質(zhì)板上表面的四個(gè)輻射單元2與介質(zhì)基板I下表面四個(gè)輻射單元2，共同構(gòu)成三個(gè)周期性排列的超材料單元。
[0029]所述饋線4設(shè)計(jì)于介質(zhì)基板I的上表面，饋線4沿X軸方向與各個(gè)福射單元2同軸設(shè)計(jì)，饋線4寬度Wi為1_，直接與介質(zhì)基板I上表面最左端福射單元2相接。
[0030]所述介質(zhì)基板I下表面左端端部設(shè)計(jì)有接地板3。接地板3長(zhǎng)度I2為8mm，寬度與介質(zhì)基板I寬度相等；接地板3距離介質(zhì)基板I與下表面最左端的輻射單元2間距離I3為13.25mm0
[0031]上述寬帶單極子天線通過(guò)介質(zhì)基板I下表面的4個(gè)周期性排列的福射單元2，作為周期性加載輻射單元2，實(shí)現(xiàn)了單極子天線的寬頻特性。且根據(jù)天線頻率需求可以變化各個(gè)輻射單元2之間的縫隙和改變輻射單元2的性狀、大小和數(shù)目，尋找合適的兩個(gè)諧振點(diǎn)融合，從而獲得所需的寬頻工作頻段。
[0032]如圖4所示，為上述單極子天線的回波損耗仿真和測(cè)量結(jié)果對(duì)比圖，由圖中可看出，低頻的諧振點(diǎn)基本沒(méi)有偏移，高頻諧振點(diǎn)有輕微的偏移，這些偏移是由于加工制造的誤差所引起的，仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果基本吻合。如圖5、圖6、圖7所示，分別為本發(fā)明緊湊型寬帶單極子天線在頻點(diǎn)2.4GHz、3.0GHz和3.5GHz時(shí)的XZ (E)平面交叉極化和共面極化以及xy(H)平面交叉極化和共面極化輻射方向圖，由圖中可看出，本發(fā)明寬帶單極子天線具有穩(wěn)定的全向特性，并且交叉極化都在_20dB以下，天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射效果比較好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，包括輻射單元、介質(zhì)基板、接地板和饋線;其特征在于:介質(zhì)基板上表面與下表面上沿介質(zhì)基板長(zhǎng)方向由左至右設(shè)計(jì)有周期性排列的輻射單元;且全部輻射單元共同構(gòu)成三個(gè)周期性排列的超材料單元;饋線設(shè)計(jì)于介質(zhì)基板上表面，與位于介質(zhì)基板上表面一端的輻射單元相接;接地板設(shè)計(jì)與介質(zhì)基板下表面。2.如權(quán)利要求1所述一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，其特征在于:介質(zhì)基板長(zhǎng)度為、寬度與厚度分別設(shè)計(jì)為62.5mm、12mm與lmm;福射單元為邊長(zhǎng)1mm的正方形金屬片，在介質(zhì)基板上表面與下表面上沿z軸方向等間隔0.5mm設(shè)計(jì)4個(gè);且介質(zhì)基板下表面上的福射單元相對(duì)介質(zhì)基板上表面上的福射單元具有沿z軸正方向5.25mm的偏移量;各輻射單元的上側(cè)邊與下側(cè)邊相互齊平設(shè)置，同時(shí)平行于z軸。3.如權(quán)利要求1所述一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，其特征在于:介質(zhì)基板材料相對(duì)介電常數(shù)為3.5。4.如權(quán)利要求1所述一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，其特征在于:輻射單元采用金屬片。5.如權(quán)利要求1所述一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，其特征在于:饋線寬度為1mm，沿z軸方向與各個(gè)福射單元同軸設(shè)計(jì)。6.如權(quán)利要求1所述一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，其特征在于:接地板長(zhǎng)度為8mm，寬度與介質(zhì)基板寬度相等;接地板距離介質(zhì)基板與相接的輻射單元間距為13.25mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于加載周期性超材料單元的緊湊型寬帶單極子天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)在介質(zhì)基板上表面與下表面分別設(shè)計(jì)周期性排列的輻射單元，共同構(gòu)成周期性排列的超材料單元；由此通過(guò)兩個(gè)不同諧振點(diǎn)的融合來(lái)達(dá)到擴(kuò)展帶寬的目的，寬帶單極子天線實(shí)現(xiàn)了工作頻段全向工作的特點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：利用左右手傳輸線可以產(chǎn)生不同的諧振點(diǎn)，通過(guò)相近的諧振點(diǎn)融合來(lái)寬展帶寬，并實(shí)現(xiàn)水平全向輻射；且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、全向覆蓋、成本低。
【IPC分類】H01Q5/335, H01Q1/38, H01Q5/328, H01Q5/25
【公開(kāi)號(hào)】CN105609958
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610064964
【發(fā)明人】劉元安, 孟令龍, 吳永樂(lè), 蘇明, 高錦春, 王衛(wèi)民, 刁一恒
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日