侧馈式的窄地面宽频带贴片天线及其设计方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线及其设计方法。

背景技术

常规微带贴片天线以其相对高效率、分析方法成熟而得到广泛的应用，但这种天线的相对带宽较窄，而且小型化设计受制于天线地面的尺寸限制；另外，常规贴片天线沿法向方向辐射，波束宽度较窄，使其应用领域受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线及其设计方法，旨在解决现有技术中的贴片天线应用领域窄的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线，包括金属辐射贴片、介质板、金属地面和同轴接头部分，所述金属辐射贴片与所述介质板固定连接，并附着在所述介质板的上表面，所述金属地面与所述介质板固定连接，且附着在所述介质板的下表面，所述介质板位于所述金属辐射贴片和所述金属地面之间，所述同轴接头部分分别与所述金属辐射贴片和所述金属地面固定连接，且位于所述介质板的侧方。

其中，所述介质板的介电常数是2.2，所述介质板的厚度是1.5mm。

其中，所述同轴接头部分使用SMA接头，所述同轴接头部分底座尺寸为6.5mm*6.5mm，相应同轴线内外半径分别为0.4和1.9毫米。

其中，所述金属辐射贴片与同轴线探针固定连接。

其中，所述金属地面的形状为矩形，所述金属地面与同轴线的接地端固定连接。

本发明还提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的设计方法，步骤如下：

建立所述侧馈式的窄地面宽频带贴片天线模型；

调整所述金属地面的宽度，所述金属地面宽度越窄带宽越宽；

调整所述金属地板和所述介质层的长度使E面图实现多波束；

减小所述介质板的尺寸，实现天线小型化。

本发明的侧馈式的窄地面宽频带贴片天线，通过调整所述金属地面的宽度可以调整天线带宽，所述金属地面越窄带宽越宽，在所述金属地面的一定范围内均可实现天线的超宽带特征，在带宽范围内，H面图的波束宽度得到充分展宽，在某些频点呈现近全向特征，同时通过调整所述金属地面和所述介质层的长度可以使E面图实现多波束；另外，相较于常规同类贴片天线，可以通过减小所述介质板尺寸实现天线小型化设计。本发明可经过相应调整，解决了现有技术中的贴片天线应用领域窄的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的金属地面40mm*40mm贴片天线正面图；

图2是本发明实施例1提供的金属地面40mm*40mm贴片天线背面图；

图3是本发明实施例1提供的金属地面40mm*40mm贴片天线反射系数；

图4是本发明实施例1提供的金属地面40mm*40mm贴片天线E面和H面增益方向图；

图5是本发明实施例2提供的金属地面40mm*6mm贴片天线正面图；

图6是本发明实施例2提供的金属地面40mm*6mm贴片天线背面图；

图7是本发明实施例2提供的金属地面40mm*6mm贴片天线反射系数；

图8是本发明实施例2提供的金属地面40mm*6mm贴片天线E面和H面增益方向图；

图9是本发明实施例3提供的金属地面40mm*4mm贴片天线正面图；

图10是本发明实施例3提供的金属地面40mm*4mm贴片天线背面图；

图11是本发明实施例3提供的金属地面40mm*4mm贴片天线反射系数；

图12是本发明实施例3提供的金属地面40mm*4mm贴片天线E面和H面增益方向图；

图13是本发明实施例4提供的金属地面60mm*6mm贴片天线正面图；

图14是本发明实施例4提供的金属地面60mm*6mm贴片天线背面图；

图15是本发明实施例4提供的金属地面60mm*6mm贴片天线反射系数；

图16是本发明实施例4提供的金属地面60mm*6mm贴片天线E面和H面增益方向图；

图17是本发明实施例5提供的介质板40mm*21mm、金属地面40mm*6mm贴片天线正面图；

图18是本发明实施例5提供的介质板40mm*21mm、金属地面40mm*6mm贴片天线背面图；

图19是本发明实施例5提供的介质板40mm*21mm、金属地面40mm*6mm贴片天线反射系数；

图20是本发明实施例5提供的介质板40mm*21mm、金属地面40mm*6mm贴片天线E面和H面增益方向图；

图21是本发明的一种贴片天线的设计方法的步骤流程图。

1-金属辐射贴片、2-介质板、3-金属地面、4-同轴接头部分。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图4，本发明提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的实施例1，包括金属辐射贴片1、介质板2、金属地面3和同轴接头部分4，所述金属辐射贴片1与所述介质板2固定连接，并附着在所述介质板2的上表面，所述金属地面3与所述介质板2固定连接，且附着在所述介质板2的下表面，所述介质板2位于所述金属辐射贴片1和所述金属地面3之间，所述同轴接头部分4分别与所述金属辐射贴片1和所述金属地面3固定连接，且位于所述介质板2的侧方。

所述介质板2的介电常数是2.2，所述介质板2的厚度是1.5mm。

所述同轴接头部分4使用SMA接头，所述同轴接头部分4底座尺寸为6.5mm*6.5mm，相应同轴线内外半径分别为0.4和1.9毫米。

所述金属辐射贴片1与同轴线探针固定连接。

所述金属地面3的形状为矩形，所述金属地面3与同轴线的接地端固定连接。

在本实施方式中，所述介质板2是由介电常数为2.2的F4BM材料组成，所述介质板2厚度是1.5mm，通过减小所述介质板2尺寸实现小型化设计。所述金属辐射贴片1和所述金属地面3分别附着于所述介质板2上下两面。所述同轴接头部分4在焊接时，去掉了微带线上端的两个金属柱。

请参阅图5至图8，本发明还提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的实施例2，，与本发明实施例1提供的金属地面3尺寸40mm*40mm常规贴片天线背面图相比,所述金属地面3宽度由40mm缩窄至6mm,由图7可知天线的总带宽是3.59GHz，所对应的两个频段分别是5.67GHz-7.99GHz和8.88GHz-10.15GHz,相对带宽超过35％，实现了超带宽特征；与实施例1相比，其带宽得到了巨大的拓展。缩短所述金属地面3宽度后，贴片天线在带宽内中间频段H面图的波束也得到了展宽，呈现出近似全向辐射的特征。

请参阅图9至图12，本发明还提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的实施例3，与本发明实施例2提供的金属地面3尺寸40mm*6mm贴片天线背面图相比,地面宽度由6mm缩窄至4mm，图11可知天线带宽3.86GHz，对应频段是4.58GHz-8.44GHz，相对带宽超过59％，带宽进一步得到拓展。在一定金属地面3宽度范围内，所述金属地面3宽度越窄带宽越宽。在带宽范围内中间频段H面图的波束宽度得到充分展宽，在某些频点呈现近全向特征。

请参阅图13至图16，本发明还提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的实施例4，与本发明实施例2提供的金属地面3尺寸40mm*6mm贴片天线背面图相比,金属地面3和介质板2长度由40mm延长到60mm，由图15和图16可知，在所述金属地板宽度和所述金属辐射贴片1大小保持不变时，延长所述金属地板和所述介质板2的长度可以使E面图实现多波束，同时实现超宽带内中间频段H面增益图呈现全向/宽波束。

请参阅图17至图20，本发明还提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的实施例5，本实施例提供的所述介质板2尺寸40mm*21mm、所述金属地面3尺寸40mm*6mm贴片天线，由图19和20可知，本实施例不仅实现超宽带内中间频段H面增益图呈现全向/宽波束和E面图实现多波束，而且天线整体面积减小47.5％。

请参阅图21，本发明还提供了一种侧馈式的窄地面宽频带贴片天线的设计方法，步骤如下：

S1：建立所述侧馈式的窄地面宽频带贴片天线模型；

S2：调整所述金属地面3的宽度，所述金属地面3宽度越窄带宽越宽；

S3：调整所述金属地板和所述介质层的长度使E面图实现多波束；

S4：减小所述介质板2的尺寸实现天线小型化。

首先建立所述侧馈式的窄地面宽频带贴片天线模型，根据设计需求，通过调整所述金属地面3的宽度可以调整天线带宽，所述金属地面3宽度越窄带宽越宽，在所述金属地面3的一定范围内均可实现天线的超宽带特征，在带宽范围内，H面图的波束宽度得到充分展宽，在某些频点呈现近全向特征，同时通过调整所述金属地面3和所述介质层的长度可以使E面图实现多波束。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。