低剖面雙頻帶全向天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微帶天線，尤其是具有低剖面特性的雙頻帶全向天線，廣泛應(yīng)用在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等無(wú)線通信系統(tǒng)，特別適合于需要多頻帶工作，360°方向上信號(hào)覆蓋，并對(duì)天線剖面嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，全向輻射的天線已在無(wú)線通信系統(tǒng)中廣泛使用。在移動(dòng)通信的室內(nèi)分布系統(tǒng)中，廣泛使用單極子天線來(lái)進(jìn)行覆蓋，這是因?yàn)閱螛O子天線具有水平面全向輻射，垂直面錐形覆蓋的特點(diǎn)，非常有利于信號(hào)的覆蓋。然而，單極子天線的結(jié)構(gòu)采用垂直于地面或?qū)щ娖矫婕茉O(shè)的豎直的具有四分之一波長(zhǎng)的導(dǎo)體來(lái)構(gòu)成。因此，這種天線在短波頻段應(yīng)用時(shí)，其剖面過(guò)高，容易暴露；即使在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，因移動(dòng)臺(tái)需要緊湊型、超薄設(shè)計(jì)，這種天線也無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)需要。
[0003]移動(dòng)通信已經(jīng)進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，從人們熟知的移動(dòng)通信領(lǐng)域就有2G(GSM、CDMA、PCS)通信系統(tǒng)、3G(TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000)通信系統(tǒng)與4G(TD-LTE)通信系統(tǒng)等;而在無(wú)線覆蓋方面，還存在著WLAN，藍(lán)牙，無(wú)線充電，WiFi等等不同標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信系統(tǒng)。因?yàn)椴煌耐ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)被劃定了不同的通信頻段，因此，造成了天線站址資源的巨大浪費(fèi)。不同的通信系統(tǒng)均需要具有自己的天線，以向客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與信息交流。為了節(jié)省天線的站址資源，共站址的思路被提出并被國(guó)家通信主管部門所提倡。而作為無(wú)線通信最前端的天線，則可以通過(guò)采用多頻帶或?qū)掝l帶天線來(lái)代替原有的單頻段天線的方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，從而解決站址資源稀缺，有效提尚通?目網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)的最有效的方法。
[0004]在原有天線的基礎(chǔ)上增加額外的諧振單元，從而實(shí)現(xiàn)天線可以工作在多個(gè)頻段，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)的融合。而這在一定程度上增加了原有天線的尺寸，并使天線的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，非常不利于控制天線整體剖面的高度，造成了這種天線的應(yīng)用場(chǎng)景受限等問(wèn)題的產(chǎn)生。利用微帶形式實(shí)現(xiàn)的低剖面定向天線，一般其工作頻率較窄，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。而且這種方式的天線，因受到背面反射板的原因，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)360°的均勻信號(hào)覆蓋，只能實(shí)現(xiàn)定向輻射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服傳統(tǒng)單極子天線的剖面過(guò)高以及實(shí)現(xiàn)多頻段工作的目的，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，饋電簡(jiǎn)潔的低剖面雙頻帶全向天線。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:所述的低剖面雙頻帶全向天線，包括一個(gè)介質(zhì)基板，一個(gè)印制在介質(zhì)基板一側(cè)的金屬底板，印刷在介質(zhì)基板另一側(cè)的一個(gè)福射金屬貼片和圍繞在其周圍的至少三個(gè)蘑菇型諧振單元結(jié)構(gòu);每個(gè)蘑菇型單元結(jié)構(gòu)由諧振型金屬貼片和至少一個(gè)金屬過(guò)孔構(gòu)成，其中蘑菇型即為扇環(huán)形;所述的金屬過(guò)孔通過(guò)介質(zhì)基板連接金屬底板和諧振型金屬貼片；同軸電纜或者射頻同軸連接器的內(nèi)芯和外壁，分別連接到輻射金屬貼片和金屬底板，作為天線電磁波信號(hào)的饋入接口。
[0007]所述的低剖面雙頻帶全向天線，輻射金屬貼片的外輪廓形狀可以為圓形或者方形，或者任意形狀。
[0008]所述的低剖面雙頻帶全向天線，其蘑燕型單元結(jié)構(gòu)包含諧振型金屬貼片和金屬過(guò)孔;而蘑菇型單元結(jié)構(gòu)與輻射金屬貼片之間具有一條縫隙。
[0009]所述的低剖面雙頻帶全向天線，各蘑菇型單元結(jié)構(gòu)之間具有縫隙將其隔開(kāi)。
[0010]蘑菇型單元結(jié)構(gòu)中金屬過(guò)孔的位置可以根據(jù)所需要的諧振頻率進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，也可以采用多個(gè)金屬過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方案，金屬過(guò)孔位于諧振金屬貼片中心的位置。
[0011]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)化方案，輻射金屬貼片的形狀為圓形，且其饋電點(diǎn)位于圓心位置。
[0012]改變介質(zhì)基板的介電常數(shù)和基板厚度，輻射金屬貼片的形狀與大小以及諧振型金屬貼片的尺寸與金屬過(guò)孔的位置，可以控制亞波長(zhǎng)諧振產(chǎn)生的諧振頻率以及形成工作在TM02模式下的電磁波，從而對(duì)兩個(gè)工作頻段進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0013]本發(fā)明輻射金屬貼片采用圓形貼片可以激勵(lì)起TM02模式，場(chǎng)在Φ方向上是沒(méi)有變化的。而圓形貼片天線與蘑菇型單元結(jié)構(gòu)的結(jié)合，可以產(chǎn)生零階諧振特性。對(duì)于單扇區(qū)模型與等效電路進(jìn)行分析，將其兩扇區(qū)的界面等效為理想磁壁。因此串聯(lián)的電感和并聯(lián)的電容，主要由貼片的右手分量決定；而串聯(lián)的電容和并聯(lián)的電感，則分別由貼片間的縫隙和短路通孔引入。由復(fù)合左右手傳輸線理論可以知道，這種等效電路可以支持在某一特定頻率電波具有零傳播常數(shù)，即模型零階諧振。
[0014]本發(fā)明所述的低剖面雙頻帶全向天線則有三個(gè)諧振點(diǎn)。第一個(gè)諧振點(diǎn)是引入蘑菇型結(jié)構(gòu)后天線的零階諧振，它形成了第一個(gè)工作頻段。在零階諧振模式下，電場(chǎng)是統(tǒng)一垂直于貼片，這等效于沿著圓邊界的磁流環(huán)。因此它可以在水平面上產(chǎn)生全向輻射方向圖。第二和第三諧振點(diǎn)的諧振模式都是TM02模式，它們分別由圓形貼片以及蘑菇型結(jié)構(gòu)組成的圓環(huán)所產(chǎn)生。二者相互耦合，形成了第二個(gè)工作頻帶。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，天線的整體剖面高度為0.02λ，遠(yuǎn)低于常規(guī)的0.25λ。同時(shí)天線可以工作在兩個(gè)頻段，并同時(shí)都具有類似單極子天線的輻射方向圖，即在垂直面方向圖具有一個(gè)較深的零陷，而水平面方向圖則保持著全向輻射的特性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線貼片層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線側(cè)視圖。
[0019]圖4是圖1中單扇區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是圖4中結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
[0021 ]圖6是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線散射參數(shù)圖。
[0022]圖7是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線E面輻射方向圖。
[0023]圖8是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線H面輻射方向圖。
[0024]圖9是本發(fā)明的低剖面雙頻帶全向天線增益圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明所述的低剖面雙頻帶全向天線，由介質(zhì)基板(I)、金屬底板(2)、福射金屬貼片(3)、諧振型金屬貼片(5)和金屬過(guò)孔(6)構(gòu)成。
[0027]福射金屬貼片(3)和諧振型金屬貼片(5)位于介質(zhì)基板(I)的同一側(cè)，他們與金屬底板(2)分別被印制在介質(zhì)基板(I)的兩側(cè)。
[0028]作為本發(fā)明的實(shí)施例的一優(yōu)化方案，天線的饋電位置位于輻射金屬貼片的中心，同軸電纜(8)或者接頭的內(nèi)芯(7)通過(guò)過(guò)孔(4)與輻射金屬貼片(3)相連，而同軸電纜(8)或者接頭的外壁則與金屬底板(2)相連。信號(hào)便可以由外部饋入到天線的輻射金屬貼片(3)。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的貼