一種雙饋雙極化微帶天線的制作方法
【專利摘要】一種雙饋雙極化微帶天線，涉及一種貼片天線。設(shè)有介質(zhì)基板和輻射貼片；輻射貼片設(shè)于介質(zhì)基板正面，輻射貼片的幾何中心與介質(zhì)基板1的幾何中心重合，介質(zhì)基板的背面接地。輻射貼片呈齒輪狀，輻射貼片設(shè)有中心圓片、4片相同的同心圓弧片、4片相同的輻條片及4個(gè)齒；以中心圓片為基準(zhǔn)，4片同心圓弧片和4片輻條片對(duì)稱設(shè)于中心圓片的外圍，每片同心圓弧片通過(guò)1片輻條片與中心圓片接；4個(gè)齒均布正交位于輻射貼片的上下左右四個(gè)端部，且設(shè)于各同心圓弧片兩端，4個(gè)齒中有相鄰的2個(gè)齒為相同的U字形齒，相鄰的另2個(gè)齒為相同的斷開式齒，斷開式齒是U字形齒設(shè)有徑向中間斷開口，徑向中間斷開口作為饋電端口。隔離度較高，具有良好的雙極化特性。
【專利說(shuō)明】一種雙饋雙極化微帶天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種貼片天線，尤其是涉及通過(guò)槽線饋電的單向輻射高隔離度的一種雙饋雙極化微帶天線。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代數(shù)字多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，人類在日常的移動(dòng)通信中對(duì)圖像、音頻、視頻等媒體的傳輸?shù)男枨笕找嬖黾印?G網(wǎng)絡(luò)通信作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，傳輸速率可以達(dá)到100Mbit/S，并且可以確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。因此，4G網(wǎng)絡(luò)受到越來(lái)越多的用戶的關(guān)注。作為4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)注之一的TD-LTE技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)便是MIMO(Mult1-1nputMult1-Output)技術(shù)。MIMO技術(shù)利用多天線系統(tǒng)的空時(shí)處理技術(shù)，能夠同時(shí)傳送多條數(shù)據(jù),成倍提高系統(tǒng)的傳輸效率。
[0003]MMO系統(tǒng)，指在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多個(gè)天線的通信系統(tǒng)，在不增加帶寬的情況下可以成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。決定分集性能的重要因素是支路之間的相關(guān)性(Winters J H, Salz J, Gitlin R D.The impact of antenna diversity on thecapacity of wireless communicat1n systems[J].Communicat1ns, IEEE Transact1nson, 1994, 42(234):1740-1751) 0對(duì)于傳統(tǒng)空間分集MMO天線，只要各天線單元間距足夠大，無(wú)線信道散射傳播的多徑分量足夠豐富，各對(duì)等效的發(fā)-收天線間的無(wú)線傳輸信道趨于獨(dú)立，接收機(jī)采用信號(hào)處理技術(shù)能夠恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流。故MMO共極化多天線結(jié)構(gòu)要占據(jù)較大空間，使天線系統(tǒng)成本增大，且各支路的平均接收功率差異變大導(dǎo)致天線單元間的相關(guān)系數(shù)增大。極化分集技術(shù)是在同一單元上采取不同極化來(lái)發(fā)射或接收信號(hào)，不同極化方向上的多徑信號(hào)僅是部分相關(guān)的，因此，可以獲得極化分集增益，分集性能與空間分集相當(dāng)，并可以減少極化失配影響。
[0004]目前已有多種可應(yīng)用于MMO系統(tǒng)的雙極化天線結(jié)構(gòu)。如文獻(xiàn)(AddaciR,Diallo A, Le Thuc P, et al.Dual-band wlan mult1-antenna system with highisolat1n[C].Antennas and Propagat1n (EUCAP), Proceedings of the 5th EuropeanConference on.1EEE, 2011:2478-2482)利用兩個(gè)平面倒F天線構(gòu)成的共面雙頻雙極化貼片天線，通過(guò)在接地面開槽，使得天線在兩個(gè)頻段內(nèi)的輻射效率提高到95%以上，隔離性能優(yōu)于20dB，但是在高頻段的回波損耗只有-12dB。文獻(xiàn)(Lu J, Kuai Z, ZhuX, et al.A high-1solat1n dual-polarizat1n microstrip patch antenna withquas1-cross-shaped coupling slot [J].Antennas and Propagat1n, IEEE Transact1nson, 2011，59(7):2713-2717)采用準(zhǔn)十字縫隙耦合饋電的雙極化貼片天線，隔離度在工作頻帶內(nèi)大體好于40dB，但在S21曲線內(nèi)出現(xiàn)了兩個(gè)峰值，嚴(yán)重影響了這個(gè)頻帶內(nèi)的隔離性能，且此結(jié)構(gòu)的饋電模型比較復(fù)雜；又由于采用縫隙耦合饋電，會(huì)向接地板背面輻射，影響天線的增益° 文獻(xiàn)(Yuan D, Du Z, Gong K, et al.A novel dual-band printed diversityantenna for mobile terminals[J].Antennas and Propagat1n, IEEE Transact1nson, 2007, 55(7):2088-2096)介紹一種印制在電路板上的兩個(gè)背向單極子構(gòu)成的雙頻雙極化天線，應(yīng)用于移動(dòng)終端上的能夠?qū)崿F(xiàn)雙頻工作的極化天線，但是其隔離度在兩個(gè)頻段內(nèi)分別只有13dB和16dB。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供高隔離度、具有良好的雙極化特性的一種雙饋雙極化微帶天線。
[0006]本發(fā)明設(shè)有介質(zhì)基板和輻射貼片；所述輻射貼片設(shè)于介質(zhì)基板正面，輻射貼片的幾何中心與介質(zhì)基板I的幾何中心重合，介質(zhì)基板的背面接地。輻射貼片呈齒輪狀，輻射貼片設(shè)有中心圓片、4片相同的同心圓弧片、4片相同的輻條片及4個(gè)齒；以中心圓片為基準(zhǔn)，4片同心圓弧片和4片輻條片對(duì)稱設(shè)于中心圓片的外圍，每片同心圓弧片通過(guò)I片輻條片與中心圓片接；4個(gè)齒均布正交位于輻射貼片的上下左右四個(gè)端部，且設(shè)于各同心圓弧片兩端，4個(gè)齒中有相鄰的2個(gè)齒為相同的U字形齒，相鄰的另2個(gè)齒為相同的斷開式齒，所述斷開式齒是U字形齒設(shè)有徑向中間斷開口，所述徑向中間斷開口作為饋電端口。
[0007]所述介質(zhì)基板為正方形雙面覆銅FR4微波介質(zhì)基板，可市購(gòu)；該介質(zhì)基板的邊長(zhǎng)L可為55?65mm,厚度可為2?4mm ;介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)可為3?5,損耗角正切值不大于0.01。
[0008]所述中心圓片的半徑(d)可為5.5?6.0mm
[0009]所述4個(gè)齒的徑向4片同心圓弧片的外徑(2R)均可為22?23mm，內(nèi)徑(2r)均可為 18 ?1 Qmnin
[0010]所述徑向中間斷開口的寬度(c)可為3.5?4.0mm,長(zhǎng)度(h)可為6.5?7.2mm,徑向中間斷開口兩側(cè)的齒寬(a)均可為2.5?3.5mm。
[0011]所述U字形齒的齒頂寬度(f)可為2.0?3.0mm。
[0012]所述4片輻條片的寬度(e)均可為2.4?2.8mm。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn):
[0014]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明在工作頻帶內(nèi)，2個(gè)饋電端口之間的隔離度可為20dB以上。隔離度明顯提高，天線具有良好的雙極化特性，交叉極化小于_20dB。由于天線具有良好的端口隔離度和極化隔離度，因此可更好地適用于采用MIMO技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述雙饋雙極化微帶天線的兩個(gè)端口 S參數(shù)的仿真值。在圖2中，曲線al是天線回波損耗Sll仿真曲線；曲線bl是天線回波損耗S22仿真曲線；al與bl重合；曲線Cl是天線兩端口間隔離度S21仿真曲線；曲線dl是天線兩端口間隔離度S12仿真曲線。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述雙饋雙極化微帶天線的其中一個(gè)饋電端口(饋電端口 5)激勵(lì)時(shí)(另一饋電端口 6接匹配負(fù)載)天線的H面方向圖。在圖3中，曲線a2為饋電端口5激勵(lì)時(shí)的H面主極化方向圖；曲線b2為饋電端口 5激勵(lì)時(shí)的H面交叉極化方向圖。
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述雙饋雙極化微帶天線的饋電端口之一(饋電端口 5)激勵(lì)時(shí)(另一饋電端口 6接匹配負(fù)載)天線的E面方向圖。在圖4中，曲線a3為饋電端口 5激勵(lì)時(shí)的E面主極化方向圖；曲線b3為饋電端口 5激勵(lì)時(shí)的E面交叉極化方向圖。
[0019]圖5為本發(fā)明實(shí)施例所述雙饋雙極化微帶天線的其中另一個(gè)饋電端口(饋電端口
6)激勵(lì)時(shí)(另一饋電端口 5接匹配負(fù)載)天線的H面方向圖。在圖5中，曲線a4為饋電端口 6激勵(lì)時(shí)的H面主極化方向圖；曲線b4為饋電端口 6激勵(lì)時(shí)的H面交叉極化方向圖。
[0020]圖6為本發(fā)明實(shí)施例所述雙饋雙極化微帶天線的其中另一個(gè)饋電端口(饋電端口
6)激勵(lì)時(shí)(另一饋電端口 5接匹配負(fù)載)天線的E面方向圖。在圖6中，曲線a5為饋電端口 6激勵(lì)時(shí)的E面主極化方向圖；曲線b5為饋電端口 6激勵(lì)時(shí)的E面交叉極化方向圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]參見圖1，本實(shí)施例設(shè)有介質(zhì)基板I和輻射貼片；輻射貼片設(shè)于介質(zhì)基板I正面，輻射貼片的幾何中心與介質(zhì)基板I的幾何中心重合，介質(zhì)基板I的背面接地。輻射貼片的圖案呈齒輪狀，輻射貼片設(shè)有中心圓片7、4片相同的同心圓弧片2、4片相同的輻條片8、9、10和11，以及4個(gè)齒14、15、12和13。以中心圓片7為基準(zhǔn)，4片同心圓弧片2和4片輻條片8、9、10和11對(duì)稱設(shè)于中心圓片7的外圍，每片同心圓弧片2通過(guò)I片輻條片與中心圓片7連接。4個(gè)齒均布正交位于輻射貼片的上下左右四個(gè)端部，且設(shè)于各同心圓弧片兩端，4個(gè)齒中有相鄰的2個(gè)齒14和15 (位于右端和下端的齒)為相同的U字形齒，相鄰的另2個(gè)齒12和13為相同的斷開式齒，所述斷開式齒是在U字形齒基礎(chǔ)上設(shè)有徑向中間斷開口5和6，所述徑向中間斷開口 5和6作為饋電端口。
[0022]所述介質(zhì)基板I為正方形雙面覆銅FR4微波介質(zhì)基板，可市購(gòu)。該介質(zhì)基板I的邊長(zhǎng)L為55?65mm,厚度為2mm(可為2?4mm);介質(zhì)基板I的相對(duì)介電常數(shù)為3(可為3?5)，損耗角正切值不大于0.01。
[0023]所述中心圓片7的半徑d為5.5mm(可為5.5?6.0mm)
[0024]所述4片同心圓弧片2的外徑2R為22mm(可為22?23mm)，內(nèi)徑2r為18mm(可為 18 ?19mm)。
[0025]所述徑向中間斷開口 5和6的寬度c為3.5mm(可為3.5?4.0mm),長(zhǎng)度h均為
6.5mm(可為6.5?7.2mm)，徑向中間斷開口 5和6兩側(cè)的齒寬a為2.5mm(可為2.5?
3.5mm)。
[0026]所述U字形齒的齒頂寬度f(wàn)為3.0mm(可為2.0?3.0mm)。
[0027]所述4片福條片的寬度e均為2.4mm(可為2.4?2.8mm)。
[0028]參見圖2，由于天線結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，天線兩個(gè)饋電端口的回波損耗頻率曲線理論上是相同的。由仿真曲線可見，饋電端口 5和6的-1OdB回波損耗帶寬范圍為2.39?2.44GHz。由仿真曲線可見，工作頻帶2.39?2.44GHz內(nèi)，隔離度S21和S12的仿真值大于20dB。
[0029]圖3?6為天線兩端口分別激勵(lì)(另一端口接匹配負(fù)載)時(shí)的方向圖。圖3為槽線饋電端口 5激勵(lì)時(shí)天線H面方向圖；圖4為槽線饋電端口 5激勵(lì)時(shí)天線E面方向圖；圖5為槽線饋電端口 6激勵(lì)時(shí)天線H面方向圖；圖6為槽線饋電端口 6激勵(lì)時(shí)天線E面方向圖。
[0030]由于天線結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，天線兩個(gè)端口分別激勵(lì)時(shí)的E面和H面方向圖的仿真結(jié)果數(shù)值相同，但是兩端口各自對(duì)應(yīng)的E面和H面相互垂直。當(dāng)槽線饋電端口 5激勵(lì)時(shí)，天線主極化為水平極化；當(dāng)槽線饋電端口 6激勵(lì)時(shí)，天線主極化為垂直極化。圖3?6表明，E面交叉極化小于_20dB，最大輻射方向交叉極化小于-35dB。H面交叉極化均小于_20dB。
【權(quán)利要求】
1.一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，設(shè)有介質(zhì)基板和輻射貼片； 輻射貼片設(shè)于介質(zhì)基板正面，輻射貼片的幾何中心與介質(zhì)基板I的幾何中心重合，介質(zhì)基板的背面接地；輻射貼片呈齒輪狀，輻射貼片設(shè)有中心圓片、4片相同的同心圓弧片、4片相同的輻條片及4個(gè)齒；以中心圓片為基準(zhǔn)，4片同心圓弧片和4片輻條片對(duì)稱設(shè)于中心圓片的外圍，每片同心圓弧片通過(guò)I片福條片與中心圓片接；4個(gè)齒均布正交位于福射貼片的上下左右四個(gè)端部，且設(shè)于各同心圓弧片兩端，4個(gè)齒中有相鄰的2個(gè)齒為相同的U字形齒，相鄰的另2個(gè)齒為相同的斷開式齒，所述斷開式齒是U字形齒設(shè)有徑向中間斷開口，所述徑向中間斷開口作為饋電端口。
2.如權(quán)利要求1所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板為正方形雙面覆銅FR4微波介質(zhì)基板。
3.如權(quán)利要求1或2所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板的邊長(zhǎng)為55?65mm,厚度為2?4mm ;介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為3?5,損耗角正切值不大于0.01。
4.如權(quán)利要求1所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述中心圓片的半徑為5.5 ?6.0mm0
5.如權(quán)利要求1所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述4個(gè)齒的徑向4片同心圓弧片的外徑均為22?23mm,內(nèi)徑均為18?19mm。
6.如權(quán)利要求1所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述徑向中間斷開口的寬度為3.5?4.0mm，長(zhǎng)度為6.5?7.2mm，徑向中間斷開口兩側(cè)的齒寬均為2.5?3.5mm。
7.如權(quán)利要求1所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述U字形齒的齒頂寬度為 2.0 ?3.0mm。
8.如權(quán)利要求1所述一種雙饋雙極化微帶天線，其特征在于，所述4片輻條片的寬度均為 2.4 ?2.8mm。
【文檔編號(hào)】H01Q13/08GK104201467SQ201410462518
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】李偉文, 王琛, 張斌, 張志悅, 陳曉建, 游佰強(qiáng), 徐偉明 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)