[發明專利]基于部分弧形地的寬帶雙頻段微帶天線

無效

• 申請號: 201210442376.9
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102956968A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 韓麗萍;馬潤波;尹王保;陳新偉;張文梅
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q5/01
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及無線通信技術，特別涉及無線通信系統中天線的寬頻帶、雙頻段設計，具體為一種基于部分弧形地的寬帶雙頻段微帶天線。

背景技術

隨著無線通信市場的激烈競爭，通信信道日益擁擠，通信要求不斷提高，WLAN等新通信標準、新體系日益受到人們的重視，無線通信系統的雙頻段或多頻段工作成為新一代無線通信系統的主要發展趨勢。近年來，GPS、GSM、PCS和3G等無線通信系統對雙頻段天線的需求日益增加。微帶天線由于具有結構緊湊、體積小、重量輕、成本低、易于與微帶線路集成等優點，得到越來越廣泛的應用，包括雷達技術、空間科學、生物醫學領域及各種無線通信系統。因此，雙頻段微帶天線的研究引起了國內外學者的廣泛關注。

微帶天線的雙頻段工作分為兩類：多片法和單片法。多片法是將多個輻射貼片分布在同一平面或者利用多層結構層疊起來，達到多頻段工作的效果，其中的層疊結構與多貼片共面方法相比，可以減小天線的尺寸；單片法通過激勵輻射貼片的不同諧振模式來實現多頻段工作，較靈活多變的方法是曲流技術和加載技術。曲流技術是在輻射貼片或者接地板刻蝕縫隙，加載技術包括短路探針加載和集總元件加載。從加工角度出發，單片法更為方便。

微帶天線的缺點之一是帶寬比較窄，普通微帶貼片天線的帶寬通常只有0.6%～3%，遠遠不能滿足無線通信的需求。微帶天線的帶寬展寬方法主要有以下幾種：附加寄生貼片、附加阻抗匹配網絡、加載集總元件、加載縫隙、采用EBG（或PBG）結構以及增加反射板等方法。由于接地板上加載縫隙的方法比多片法、集總元件加載法和多層法在結構上簡單，制作工藝上容易，因而可以采用這種方法有效展寬頻帶，同時使天線更為小巧。

部分地技術可以看作接地板加載縫隙方法的特例，2011年9月，馬來西亞學者Zulkefli,M.S.在拉夫堡天線傳播會議（Loughborough?Antennas?and?Propagation?Conference）發表了“Novel?small?peanut-shape?printed?antenna?design?for?WLAN-band?application”,該文提出應用縫隙地和部分地來改善單頻段微帶天線帶寬的構想。

發明內容

本發明為了解決現有的利用縫隙加載技術實現雙頻段工作的微帶天線，其低頻段阻抗帶寬小的問題，提供一種基于部分弧形地的寬帶雙頻段微帶天線，同時改善微帶天線兩個頻段的帶寬，進而達到覆蓋WLAN的工作頻段，包括2.4GHz、5.2GHz及5.8GHz頻段。

本發明是采用如下技術方案實現的：基于部分弧形地的寬帶雙頻段微帶天線，包括從上到下依次層疊的輻射單元、介質基板和接地板，輻射單元為開有縫隙和饋電孔的輻射貼片，接地板為完整的矩形接地板上刻蝕一個圓弧后形成的部分弧形地；雙頻段天線的低頻段由縫隙的尺寸和輻射貼片的尺寸決定，高頻段由輻射貼片的尺寸決定。所述的雙頻段微帶天線采用同軸饋電方式，饋電孔處于饋電點。上述基于部分弧形地的寬帶雙頻段微帶天線僅用一層介質基板，通過在輻射貼片加載縫隙的方法實現雙頻段工作，采用部分弧形地改善雙頻段微帶天線的帶寬。

通常，微帶貼片天線的尺寸約為1/2導波波長，本發明中輻射貼片尺寸的選擇使其工作在高頻段。輻射貼片上開有縫隙，改變了貼片上的電流路徑，激勵起貼片天線的另外一個諧振模式，通過商用的電磁仿真軟件Ansoft?HFSS優化縫隙的尺寸，使得貼片天線工作在低頻段。因此，雙頻段微帶天線的低頻段由縫隙的尺寸以及輻射貼片的尺寸決定，高頻段由輻射貼片的尺寸決定。理論上講，只要在輻射貼片上開有縫隙即可使天線成為雙頻段天線，輻射貼片的尺寸由高頻段決定，通過電磁仿真軟件Ansoft?HFSS，仿真試驗確定出所需低頻段下的縫隙尺寸。

理論上講，采用部分地技術能夠激勵起微帶天線的一個接近于工作頻率的新諧振頻率，進而達到改善天線帶寬的效果。完整的矩形地上刻蝕一個較大的部分后即為部分地，部分地的形狀和大小對微帶天線的帶寬性能有很大的影響。利用電磁仿真軟件Ansoft?HFSS，通過有限次的仿真試驗可以容易地獲知部分矩形地（刻蝕矩形）以及部分弧形地（刻蝕圓弧）情形下微帶天線的帶寬性能。