一种加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线

摘要

本发明提供一种加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线，该天线包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板；上层微带结构设置在中间介质基板的一面上，包括微带传输线、耦合馈电部分和天线主体：微带传输线与耦合馈电部分垂直连接，天线主体与微带传输线分别设置在耦合馈电部分的两侧；天线主体与耦合馈电部分之间有缝隙；天线主体由两片微带贴片部分和零阶谐振部分组成，零阶谐振部分设置在两片微带贴片部分之间；零阶谐振部分由上层微带贴片与垂直设置在上层微带贴片与中间介质基板之间的接地金属柱组成。本发明的天线通过将传统微带贴片天线与二阶蘑菇型零阶谐振器结合，克服两者各自极化方向和辐射方向图的缺陷，实现较好的辐射特性。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信中的小型化天线技术领域，更具体地说，涉及一种加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线。

背景技术

随着移动通信的飞速发展，天线作为无线通信设备的收发器件，人们对其性能提出了越来越高的要求。单极化天线在使用中往往受到环境、天线摆放等影响导致无法保证接收效果，因此人们发明多极化天线来克服单极化的缺陷，保证收发质量。多极化天线多为组合型天线，利用多个同一频率极化方向不同的单极化天线组合形成，如专利CN102099963A，但现阶段多极化天线为满足多极化特性多为空间立体结构，尺寸较大，结构复杂。

微带天线具有重量轻，体积小，剖面薄的平面结构，易做成共形天线，制造成本，易于大量生产，因此得到广泛应用，传统贴片天线极化方向单一，为介质基板的水平方向，方向图向上集中，波瓣宽度窄，水平面辐射不足，在此基础上如果能添加一种同样具有低剖面微带结构的垂直极化天线便可以做到低剖面小尺寸的微带多极化天线。

异向介质是近年来提出的一种在一定频段内有效介电常数和磁导率可以为负值的结构，利用其奇特的电磁特性可以制造零阶谐振天线，零阶谐振天线的尺寸在一定范围内可以不受谐振频率的限制，可以有效地使天线小型化。现有的蘑菇型零阶谐振天线具有低剖面，并且与介质板垂直的极化方向，但其辐射方向图在介质基板垂直方向上为零点。因此，为了弥补现有天线在方向图上的缺陷，实现天线辐射在介质板上半空间较好的覆盖，可以将微带天线与蘑菇形零阶谐振天线结合实现体积小，低剖面的多极化天线。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线，该天线同时具有水平极化和垂直极化的多极化特性，可有效弥补单一零阶谐振天线在介质基板垂直方向的辐射零点与单一微带贴片天线在介质基板水平方向的增益衰减。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线，其特征在于：包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板；所述上层微带结构设置在中间介质基板的一面上，包括微带传输线、耦合馈电部分和天线主体：微带传输线与耦合馈电部分垂直连接，天线主体与微带传输线分别设置在耦合馈电部分的两侧；天线主体与耦合馈电部分之间有缝隙，微带线传输线通过缝隙对天线主体进行耦合馈电；所述天线主体由两片微带贴片部分和零阶谐振部分组成，零阶谐振部分设置在两片微带贴片部分之间；所述零阶谐振部分由上层微带贴片与垂直设置在上层微带贴片与中间介质基板之间的接地金属柱组成。

通过上述方案，可得到一种可克服极化方向和辐射方向图缺陷的加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线，该天线没有增加天线尺寸并实现较好的辐射特性。

所述天线主体中微带贴片部分和零阶谐振部分极化方向垂直，微带贴片部分极化方向平行于中间介质基片，零谐振部分极化方向垂直于中间介质基片。

所述微带传输线通过缝隙对天线主体进行耦合馈电是指微带线传输线通过缝隙对天线主体的微带贴片部分和上层微带贴片同时进行耦合馈电。

所述微带贴片部分为矩形的微带贴片天线。

所述微带贴片天线的的长度根据最高频段的波长决定。

所述零阶谐振部分为二阶蘑菇型零阶谐振器，其单元为方形且单元中间的接地金属柱与底层金属地板相连。

所述微带传输线为50欧姆的传输线。

所述中间介质基板的相对介电常数为1-100，厚度为0.1mm-5mm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明的天线通过将传统微带贴片天线与二阶蘑菇型零阶谐振器结合，克服了两者各自极化方向和辐射方向图的缺陷，实现了较好的辐射特性，并且没有增加天线尺寸。

2、本发明中采用的零阶谐振物理尺寸与谐振频率独立，可以方便的调整大小并与相同频率的微带贴片天线结合。

附图说明

图1是本发明加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线的结构示意图；

图2是实施例中的天线散射参数示意图；

图3(a)是二阶蘑菇型零阶谐振器在xoy平面的辐射方向图；

图3(b)是传统微带贴片天线在xoy平面的辐射方向图；

图3(c)是本发明加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线在xoy平面的辐射方向图；

图4(a)是二阶蘑菇型零阶谐振器在yoz平面的辐射方向图；

图4(b)是传统微带贴片天线在yoz平面的辐射方向图；

图4(c)是本发明加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线在yoz平面的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

本发明加载零阶谐振器的多极化微带贴片天线的结构示意图如图1所示，包括上层微带结构、相对介电常数为1-100、厚度为0.1mm-5mm的中间介质基板9和底层金属地板；上层微带结构设置在中间介质基板9上，其包括50欧姆的微带传输线1、耦合馈电部分7和天线主体。微带传输线1与耦合馈电部分7垂直连接，天线主体与微带传输线1分别设置在耦合馈电部分7的两侧；天线主体与耦合馈电部分7之间有缝隙8。其中，天线主体由矩形的微带贴片天线2和3和方形的二阶蘑菇型零阶谐振器组成，二阶蘑菇型零阶谐振器包括上层微带贴片4和与地板相连的接地金属柱5和6。二阶蘑菇型零阶谐振器位于微带贴片天线2和3之间，微带贴片天线2和3与二阶蘑菇型零阶谐振器通过同一微带传输线1进行馈电，即微带线传输线1通过缝隙8对天线主体的微带贴片天线2和3与上层微带贴片4同时进行耦合馈电。

微带贴片天线2和3与二阶蘑菇型零阶谐振器极化方向垂直，微带贴片天线2和3极化平行于中间介质基片9，二阶蘑菇型零阶谐振器极化方向垂直于中间介质基片9。

微带贴片天线2和3的长度由工作频率下的波长决定，约为二分之一波长，其工作频率为3.68GHz。

在本发明中将微带贴片天线与二阶蘑菇型零阶谐振器结合，微带贴片天线的极化方向为y方向，并且辐射方向图向z正方向集中，二阶蘑菇型零阶谐振器的极化方向为z方向，辐射方向图为环状位于xy平面，两者极化方向的差异和方向图的不同相互弥补，有效地扩大了天线的辐射覆盖范围。

为证明本发明天线的优点，将本实施例中的天线与单独只有微带贴片天线和二阶蘑菇型零阶谐振器进行对比仿真，图2所示的为本实施例中的天线的散射参数，横坐标为频率，纵坐标为S11。图3和图4所示为三种情况的xoy平面与yoz平面的辐射方向图。其中实线代表在球面坐标中天线辐射电场强度的θ方向分量，虚线代表在球面坐标中天线辐射电场强度的φ方向分量。从图3(a)、图3(b)和图3(c)中可以看到二阶蘑菇型零阶谐振器弥补了微带贴片天线水平方向(xoy)辐射的不足，改进后的天线全向性更好；从图4(a)、4(b)和4(c)中可以看到微带贴片天线弥补了二阶蘑菇型零阶谐振器在垂直方向(z方向)上存在的零点，本实施例中的天线辐射在中间介质基板9的上半空间均有较好的覆盖。

本发明的蘑菇型零阶谐振器的阶数为n即有n个接地金属柱。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。