一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线

技术领域

本发明涉及贴片天线技术领域，尤其是指一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线。

背景技术

微带贴片天线由于具有外形小、重量轻、信号覆盖广等特点，受到了广泛的关注。在现代无线通信中，对于具有单波束和双波束模式的天线的需求日益增高。目前，国内外实现多波束的方法主要有：在单波段内采用阵列天线的形式、使用可重构技术以及在双波段加载频率选择表面。当采用阵列天线的形式时，通过选择馈电网络的输入端口，天线能够交替形成单波束和双波束，但是在这个设计中，引入的馈电网络增加了天线设计和实现的复杂性，且必须由多个天线单元构成。当通过加载频率选择表面时，可以在双频带实现单波束以及双波束模式，然而，在这种设计中，天线的阻抗带宽较窄，限制了天线的应用，且天线厚度不满足超低剖面特性。

在现有技术中，有一种混合多波束天线，该天线由相互嵌套的低频常规波束天线阵列以及高频双波束天线阵列组成，通过嵌套的方式实现了小型化，并使用双工器将天线阵列分割为两个不同工作频段的端口，实现的工作频段分别为694MHz～960MHz以及1695MHz～2690MHz，在低频段能够形成常规波束，在高频段能够形成双波束。还有一种宽频混合多波束阵列天线，其包含单波束和多波束两种系统，通过多个馈电网络以及两个波束形成网络，能够使多波束系统和单波束系统工作在同一个频段，实现了宽频混合多波束的目标。但是，以上两种天线存在尺寸大、剖面高、馈电网络复杂、多单元等缺陷。

综上所述，现有多波束天线存在的问题是：带宽窄、高剖面、多单元、设计复杂等缺陷，进而阻碍了天线的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计一种具有多功能波束、带宽增强效果的低剖面贴片天线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，包括依次层叠的矩形辐射贴片、介质层和接地板；还包括向所述矩形辐射贴片馈电的同轴探针；所述矩形辐射贴片与接地板之间分别加载有用于使TM

进一步地，所述第三短路部件组位于TM

进一步地，所述第三短路部件组由5个直径为R

进一步地，所述第一短路部件组由直径为R

进一步地，所述第三金属柱呈一字型排列；所述第三金属柱的中心连线、所述第一金属柱的中心连线均与矩形辐射贴片的短边平行。

进一步地，所述第二短路部件组由1个直径为R

或进一步地，所述第二短路部件组由直径为R

进一步地，所述矩形辐射贴片的长度为L，宽度为W，其中，0.7λ

进一步地，所述介质层的相对介电常数为ε

进一步地，所述介质层为方形介质板，边长为a，厚度为H；所述接地板为方形金属地板，边长为b；所述贴片天线的剖面总厚度为H，其中，0.9λ

本发明的有益效果在于：以一层介质板、一层辐射贴片、单馈电且没有使用额外的电路来实现阻抗匹配的结构，贴片天线实现了低剖面、双频多波束以及带宽增强特性，增益方向图分布较为稳定、工作性能稳定。

加载第一短路部件组后，天线的TM

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的侧面结构示意图；

图2是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的结构俯视图；

图3是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的仿真和实测的回波损耗曲线图；

图4(a)是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的在4.1GHz处仿真和实测的E面和H面辐射方向图；

图4(b)是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的在4.25GHz处仿真和实测的E面和H面辐射方向图；

图4(c)是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的在5.39GHz处仿真和实测的E面和H面辐射方向图；

图4(d)是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线的在5.73GHz处仿真和实测的E面和H面辐射方向图；

图5是本发明一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线在工作频带内的仿真和实测的增益曲线图；

其中，1、矩形辐射贴片；2、介质层；3、接地板；4、同轴探针；5、第一短路部件组；6、第二短路部件组；7、第三短路部件组。

具体实施方式

根据本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果的具体实施方式并配合附图进一步对本发明详予详细说明。

实施例1

请参阅图1以及图2，一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，包括依次层叠的矩形辐射贴片1、介质层2和接地板3；还包括向所述矩形辐射贴片1馈电的同轴探针4；所述矩形辐射贴片1与接地板3之间分别加载有用于使TM

所述第三短路部件组7由5个直径为R

所述矩形辐射贴片1的长度为L，宽度为W，其中，0.7λ

实施例2

请参阅图1以及图2，一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，包括依次层叠的矩形辐射贴片1、介质层2和接地板3；还包括向所述矩形辐射贴片1馈电的同轴探针4；所述矩形辐射贴片1与接地板3之间分别加载有用于使TM

所述第三短路部件组7由5个直径为R

所述矩形辐射贴片1的长度为L，宽度为W，其中，0.7λ

测试例

请参阅图1以及图2，一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，包括依次层叠的矩形辐射贴片1、介质层2和接地板3；还包括向所述矩形辐射贴片1馈电的同轴探针4。即馈电探针4与矩形辐射贴片1连接。所述矩形辐射贴片1的长度为52.8mm，宽度为25mm。所述介质层2为方形介质板，边长为70mm，相对介电常数为2.1。所述接地板3为方形金属地板，边长为70mm。所述贴片天线的剖面总厚度为3mm。矩形辐射贴片1和接地板3的厚度很小，由于测量误差，介质层2的厚度的测量结果为3mm。

所述矩形辐射贴片1与接地板3之间分别加载有用于使TM

所述第一短路部件组5位于矩形辐射贴片1的一短边边沿旁；所述第二短路部件组6设置有两组，分别位于矩形辐射贴片1的另一短边旁的两个角上；所述第三短路部件组7位于所述第一短路部件组5与所述第二短路部件组6之间，且位于TM

所述第一短路部件组5由直径为0.4mm的第一金属柱构成；所述第一金属柱呈一字型排列且从矩形辐射贴片1的一长边旁排列至另一长边旁；相邻的两个所述第一金属柱之间的间距为0.64mm。所述第二短路部件组6由1个直径为3.2mm的第二金属柱构成。所述第三短路部件组7由5个直径为2.6mm的第三金属柱构成，相邻的两个所述第三金属柱之间的间距为4.25mm。所述第三金属柱呈一字型排列；所述第三金属柱的中心连线、所述第一金属柱的中心连线均与矩形辐射贴片1的短边平行。

根据上述尺寸制作成样品后，分别进行仿真测试和实际测试。

加载第一短路部件组1后，天线的TM

在带宽增强特性方面，加载第一短路部件组5后，天线的四个谐振频率分别为0.98GHz、2.89GHz、3.63GHz和4.7GHz；加载第二短路部件组6后，四个谐振频率分别为2.08GHz、4.09GHz、4.3GHz和5.55GHz，谐振频点的间距得到了减小；在贴片中心周围加载第三短路部件组7，提高TM

下面结合仿真效果和实测效果对本发明的应用效果做详细的描述。

如图3所示，天线在频带内存在四个谐振点，天线在两个工作频带内的阻抗带宽分别为4GHz-4.29GHz以及5.24GHz-5.77GHz，相对带宽分别为7％以及10％，从图3中可知，天线具有带宽增强的特性。

如图4所示，其中，图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)分别表示谐振点频率为4.1GHz、4.25GHz、5.39GHz、5.73GHz时的E面和H面天线增益随角度变化的函数曲线，在低频段的两个频点处表现为双波束模式，在高频段的两个频点处表现为单波束模式，从图4中可知，天线增益方向图分布较为稳定，工作性能稳定。

如图5所示，天线在低频段最大增益仿真结果约为7dBi，在高频段最大增益仿真结果约为11dBi。

综上所述，本发明提供的一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线，以一层介质板、一层辐射贴片、单馈电且没有使用额外的电路来实现阻抗匹配的结构；剖面低；具有双频段，低频段的两个频点处表现为双波束模式，在高频段的两个频点处表现为单波束模式；两频段的相对带宽分别增强至7％、10％；在低频段最大增益达7dBi，在高频段最大增益达11dBi，增益方向图分布较为稳定、工作性能稳定。

此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。