移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線的制作方法
【專利摘要】該發明公開了一種移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線，屬于無線通信【技術領域】。本發明的目的在于提出一種利用矩形微帶天線TM02和TM20模式產生全向性錐形波瓣圖(OCBP)的方法。該天線包括圓柱形介質基片、設于介質基片正面的輻射體、設于介質基片背面的接地板及對天線進行饋電的兩個同軸探針。通過雙端口等幅同相電流激勵及圓環縫隙的適當選擇產生TM02和TM20模式，并達到兩端口較高的隔離度和良好的阻抗匹配。本發明在實現預期目標的同時保證了天線形式及饋電結構的簡單化，具有極高的使用價值和應用前景。
【專利說明】移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線
【技術領域】
[0001]本發明屬于無線通信【技術領域】，具體涉及一種工作于TM02和TM2tl模式的全向輻射矩形微帶天線。
【背景技術】
[0002]隨著現代信息技術的迅速發展，移動通信技術越來越多的深入到人們的日常生活中。作為移動通信系統中一個關鍵的部件，天線(發射/接收)的優劣直接影響著通信質量。所以，一款性能優異的天線對移動通信質量的提高和技術的進步顯的尤為重要。自從上世紀七十年代，微帶天線被研究者們初次研制，就以其重量輕、體積小、成本低、平面結構、可以和集成電路兼容等諸多優點而被各方人士關注和青睞。然而，一款具有低剖面小型化高增益特性的全向輻射微帶天線的設計依然具有非常大的挑戰性和研究價值。
[0003]經過對現有技術文獻的檢索發現，具有全向性錐形波瓣圖(Omnidirect1nalConical Beam Pattern, OCBP)的微帶天線因其相對于傳統天線更高的增益和福射方位上360度全向覆蓋等優點，一直在移動通信系統設計中備受推崇。Son，S.-H.，Jeon，S.-1.等人 2010 年發表在 IEEE Transact1ns on Antennas and Propagat1n 的文章 “GA-baseddesign of mult1-ring arrays with omnidirect1nal conical beam pattern，， 以及 Zuo, S.L.等人于 2010 年發表在 Electron.Letter 的文章“Enhanced bandwidth oflow-profile sleeve monopole antenna for indoor base stat1n applicat1n，，分別從不同的側面闡述了這個問題。Juhua Liu, Quan Xue等人發表在2013IEEE Transact1nson Antennas and Propagat1n 上的文章 “Design and analysis of a low-profile andbroadband microstrip monopolar patch antenna” 闡述了圓形微帶天線的 TMtll, TMtl2, TM21及其他高次模可以產生全向性錐形波瓣圖(OCBP)的機理。1995年，Batchelor, J.C.等人發表在 IEE Proc.Microwave Antennas Propagat1n 上的文章“Microstrip ring antennasoperating at higher order modes for mobile communicat1ns”提出了利用圓環結構天線的TM21模式產生全向性錐形波瓣圖(OCBP)。
[0004]然而，利用矩形微帶天線的TMtl2和TM2tl模式產生全向性錐形波瓣圖(OCBP)的設計還鮮有報道。因此，著眼于矩形微帶天線的TMtl2和TM2tl模式產生全向錐形波瓣圖(OCBP)的天線設計還是非常值得研究的一項工作。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提出一種利用矩形微帶天線TMtl2和TM2tl模式產生全向性錐形波瓣圖(OCBP)的方法。該天線利用兩個同軸探針等幅同相電流激勵TMtl2和TMm模式以產生全向性錐形波瓣圖。這種方法的好處在于可以實現兩個端口較高的隔離度和良好的阻抗匹配。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:一種移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線，包括圓柱形介質基片、設于介質基片正面的輻射體、設于介質基片背面的接地板及對天線進行饋電的兩個同軸探針，其特征在于，所述接地板為覆蓋介質基板下表面的圓形金屬接地板。
[0007]所述同軸探針的外導體連接接地板，內導體穿過介質基板與輻射體上的饋電點相連接。
[0008]所述輻射體為正方形金屬貼片，輻射體上設置有兩個饋電點，饋電點關于輻射體對角線對稱，以兩個饋電點為中心分別刻蝕有一尺寸相同的圓環縫隙，縫隙內沒有金屬物質。
[0009]本發明利用兩個同軸探針等幅同相電流對天線進行激勵。通過調整兩個饋電端口的位置和輻射貼片上圓環縫隙寬度的大小來達到兩個端口較高的隔離度和良好的阻抗匹配。
[0010]本發明和現有技術相比，其對結構和性能的改善是積極和明顯的。通過雙端口等幅同相電流激勵及圓環縫隙的適當選擇產生TMtl2和TM^1模式，并達到兩端口較高的隔離度和良好的阻抗匹配。本發明在實現預期目標的同時保證了天線形式及饋電結構的簡單化，具有極高的使用價值和應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1(a)為本發明實施例正面結構示意圖；
[0012]圖1(b)為本發明實施例側面結構示意圖；
[0013]圖2為本發明實施例的兩端口回波損耗及隔離度的仿真及實測結果示意圖；
[0014]圖3(a)為本發明實施例在3.8IGHz的χ-z面方向圖仿真結果示意圖；
[0015]圖3(b)為本發明實施例在3.81GHz的水平仰角55度的水平面方向圖仿真結果示意圖；
[0016]圖4為本發明實施例的增益仿真結果示意圖。
[0017]圖5為本發明實施例的輻射效率仿真結果示意圖。
[0018]附圖標號說明:1.介質基片，2.饋電點，3.饋電點，4.輻射體，5.接地板，6.圓環縫隙，7.同軸探針。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0020]本發明的移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線的實施例結構示意圖如圖1(a)和圖1(b)所示，該天線包括一個圓柱形介質基片1，天線饋電點2、3，設于介質基片正面中心位置的輻射體4，設于介質基片背面的接地板5及對天線進行饋電的兩個同軸探針7,以兩個饋電點為中心刻蝕的圓環縫隙6。
[0021]圖1中，厚度為2mm的相對介電常數為2.2的圓柱形介質基片I的直徑為d =10mm ;介質基片正面福射體4的尺寸為a = b = 50mm ;天線饋電點2、3到中心位置距離I=13mm ;圓環縫隙6的半徑為rs = 3.5mm,縫隙寬度為Ws = 0.2mm。此處具體尺寸的選取僅為本發明實施例中所選用，對于本領域的技術人員來說，可以根據實際需要對各部分的尺寸進行適當的調整。
[0022]本發明通過調節饋電點2、3的位置和圓環縫隙6的大小來調節天線饋電端口的隔離度以及阻抗匹配。
[0023]實施例兩端口回波損耗及隔離度的仿真及實測曲線如圖2所示，端口 1、2的阻抗帶寬測量值均為2.1% (3.78 - 3.85GHz)，兩端口隔離度測量值在阻抗帶寬內優于_20dB。
[0024]實施例在3.81GHz的x_z面方向圖仿真結果如圖3(a)所示，可以看出，增益最大值在仰角為55度時，交叉極化比在20dB之上。
[0025]實施例在3.81GHz的水平仰角55度的水平面方向圖仿真結果如圖3 (b)所示，天線全向性較好，方向圖不圓度僅為0.9dB。
[0026]實施例的增益仿真結果如圖4所示，天線在阻抗帶寬內最大增益在5.80dBi，此時頻率為3.8 IGHz ο
[0027]實施例的輻射效率仿真結果如圖5所示，天線在阻抗帶寬內最大輻射效率在0.99以上，平均輻射效率在0.96以上。
[0028]該實施例的仿真結果顯示，該天線很好的達到了高增益全向性錐形波瓣的要求，此外該天線結構簡單、饋電方便、結構緊湊，具有很好的應用價值。
【權利要求】
1.一種移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線，包括圓柱形介質基片、設于介質基片正面的輻射體、設于介質基片背面的接地板及對天線進行饋電的兩個同軸探針，其特征在于，所述接地板為覆蓋介質基板下表面的圓形金屬接地板，所述輻射體為正方形金屬貼片，輻射體上設置有兩個饋電點，饋電點關于輻射體對角線對稱，以兩個饋電點為中心分別刻蝕有一尺寸相同的圓環縫隙。
2.如權利要求1所述的一種移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線，所述同軸探針的外導體連接接地板，內導體穿過介質基板與輻射體上的饋電點相連接。
3.如權利要求1所述的一種移動應用中工作于高次模的矩形微帶天線，所述圓環縫隙內沒有金屬物質。
【文檔編號】H01Q1/48GK104269616SQ201410475182
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】潘錦, 鄒孟, 李品, 陳兆豐, 張翔, 崔元善 申請人:電子科技大學