一种基于模式分析的双频双方向图天线

技术领域

本发明涉及通信领域，涉及一种天线，更具体地涉及一种基于模式分析的双频双方向图天线。

背景技术

科技的发展使得对多系统数据传输的需求更加迫切，通过采用多个不同的收发天线来满足多系统的要求，布局结构复杂，天线之间容易产生互扰，而且制作成本较高。因此设计出结构紧凑简单，且能实现不用频段工作的天线，成为当下热门研究内容。

基于特征模式分析的双频双方向图天线的设计，可以有效的通过在天线辐射贴片上雕刻缝隙、加载寄生贴片或谐振枝节等方式，来激发产生新的谐振频点，在不同的模式下，辐射贴片表面的电流也会发生不同的改变，天线产生相应的特定辐射方向图。

特征模理论反映的是物体本身的谐振特性，与馈电的位置、形式无关，这在天线设计的指导上尤为重要。基于特征模理论对传统天线结构进行改进，实现结构紧凑的双频双方向图天线，双频点收发，同时具有双辐射方向图，可以减少全向辐射导致的资源浪费。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明提供一种基于模式分析的双频双方向图天线，能够实现尺寸小、结构紧凑、加工方便、制作成本低等特征，具有双辐射方向图，能够减少全向辐射导致的资源浪费。

本发明基于模式分析的双频双方向图天线，包括共面波导馈电结构、辐射贴片、介质基板以及集成馈电结构的金属地板；利用特征模理论分析表面电流，推导出合适的馈电方式和馈电位置，加载枝节或缝隙，激励出需要的模式，实现双频双方向图天线。介质基板上面贴有矩形辐射贴片，下面贴有尺寸相同的金属接地板，馈电方式选择共面波导馈电。

采用共面波导馈电来激励辐射贴片，激发出高次模TM

上述辐射贴片的尺寸需小于金属接地板尺寸，设计为长方形。

本发明的优点在于：

1、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，以微带贴片天线为基础，结构简单，馈电类型多。

2、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，双频点收发，同时具有双辐射方向图，可以减少全向辐射导致的资源浪费。

3、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，馈电结构采用了共面波导馈电结构，设计简单，易于集成。

4、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，合理利用特征模理论进行天线的相关参数计算，不添加激励的情况下就能得到模式分布特点，得到合适的馈电激励位置，激励出目标模式并产生谐振，优化了设计过程。

5、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，对复杂的导体结构也具有很好的包容性，设计简单，无需过多考虑馈电激励位置，节约时间，提高天线设计效率。

6、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，可以通过加载枝节或者加载缝隙，可以在不同频率激发出四种模式，两种方向图。

7、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，由于天线的自然谐振模式只与介质板的使用材料和贴片结构有关，因此不需要考虑设计馈电结构。

8、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，采用单层介质基板，具有低剖面特点。

9、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，采用共面波导馈电，不需要在介质基板上打孔，很方便连接有源器件和无源元件。

10、本发明基于模式分析的双频双方向图天线，尺寸小、结构紧凑、加工方便、制作成本低。

附图说明

图1是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载枝节的双频双方向图天线结构图；；

图2是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载枝节的双频双方向图天线的仿真S参数变化曲线，

图3是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载枝节的双频双方向图天线在4.6 GHz时xoz面的天线增益方向图；

图4是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载枝节的双频双方向图天线在4.6 GHz时yoz面的天线增益方向图；

图5是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载枝节的双频双方向图天线在5.2 GHz时xoy面的天线增益方向图；

图6是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载枝节的双频双方向图天线在5.2 GHz时yoz面的天线增益方向图；

图7是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载缝隙的双频双方向图天线结构图；

图8是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载缝隙的双频双方向图天线的仿真S参数变化曲线；

图9是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载缝隙的双频双方向图天线在5.16 GHz时xoy面的天线增益方向图；

图10是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载缝隙的双频双方向图天线在5.16 GHz时yoz面的天线增益方向图；

图11是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载缝隙的双频双方向图天线在5.48 GHz时xoz面的天线增益方向图；

图12是本发明基于模式分析的双频双方向图天线中，基于加载缝隙的双频双方向图天线在5.48 GHz时yoz面的天线增益方向图。

图中：

1-介质基板 2-馈电结构 3-辐射贴片

4-金属接地板

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种基于模式分析的双频双方向图天线，有两种设计方法，一种是基于加载枝节，一种是基于加载缝隙，包括介质基板1、馈电结构2、辐射贴片3与金属接地板4。

所述介质基板1为单层介质基板，在基于加载枝节的双频双方向图天线中，介质基板1的尺寸为66.4 × 66.4× 1 mm

所述的馈电结构2包括馈电方式和馈电位置，考虑到馈电结构本身带有的辐射对天线的增益干扰和阻抗匹配影响，选择共面波导耦合馈电方式，传输线通过50欧姆的连接线接头相连，无需在介质基板上打孔。利用特征模理论分析馈电位置，在不同的谐振频点由馈电直接激发目标模式，TM

所述辐射贴片3的尺寸需小于金属接地板尺寸，设计为长方形，位于介质基板的上表面。在基于加载枝节的双频双方向图天线设计中，辐射贴片3的尺寸是30.4×30.2mm