[發明專利]采用差分饋電和多層貼片結構小型化高隔離寬頻帶的天線

有效

• 申請號: 201310186686.3
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103311653A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 章秀銀;王凱旭;莫特;薛狄
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

????本發明涉及無線移動通信領域的天線，特別涉及一種基于差分饋電和多層貼片結構小型化高隔離寬頻帶的天線。

背景技術

????天線是無線通信系統中接收和發送電磁波的能量轉換裝置，是無線移動通信系統中不可缺少的組成部分。隨著無線移動通信技術的發展，對天線的要求越來越高。天線的研究正朝著多頻帶、多極化、寬頻帶、高隔離、小型化的方向發展。其中工作帶寬和隔離度是衡量天線工作性能的重要指標。

??????對于微帶貼片天線而言，目前擴展工作帶寬的常用方法與技術包括以下幾種：一是選用介電常數小的基板材料，且增大基板厚度；二是改變微帶貼片的形狀；三是采用饋電技術和阻抗匹配技術；四是采用寄生陣子技術。

??????在一些移動通信的場景下，由于體積空間或者應用場景的限定，天線需要背靠背緊貼放置，例如在對鐵路沿線和公路進行移動通信信號覆蓋時，要覆蓋的區域在一條直線上，收發天線采用背靠背放置的形式有利于天線小型化，使得天線結構緊湊。另外在ICS直放站等場景中，例如公路鐵路隧道，高層建筑，密閉倉庫，小型圖書館等，也需要把天線設置為背靠背的形式以減小設備體積。此時要獲得良好的收發隔離度是一個重要的技術問題。

??????在微帶貼片天線的設計過程中，在小型化下獲得高隔離寬頻帶的天線一直是研究的難點。而設計存在的問題是：若想要得到較高的隔離度，則要求兩副天線的間隔較大，若要想得到較寬的頻帶，那么就要求輻射貼片到金屬地板之間的高度較大，這樣會使得天線體積變大。而且一般的設計方案并不能很好地同時解決小型化與寬頻帶以及小型化與高隔離之間的矛盾，能解決以上矛盾的設計方案，天線體積又較大。

發明內容

????為解決以上提到的小型化與寬頻帶以及小型化與高隔離之間的設計矛盾，本發明提供了采用差分饋電和多層貼片結構小型化高隔離寬頻帶的天線，具體技術方案如下。

采用差分饋電和多層貼片結構小型化高隔離寬頻帶的天線，其于包括一對結構相同但背靠背正交放置的多層貼片天線；每一個多層貼片天線均包括三層FR4環氧玻璃布層壓板和四層電路，從背面到正面依次包括第一層FR4環氧玻璃布層壓板介質板、第二層FR4環氧玻璃布層壓板和第三層FR4環氧玻璃布層壓板；四層電路中的第一層電路是印制于第一層FR4環氧玻璃布層壓板底面的金屬地板，第二層電路是印制于第一層FR4環氧玻璃布層壓板上面的反相功分器，第三層電路是印制于第二層FR4環氧玻璃布層壓板上面的第一層矩形貼片和矩形饋電金屬片；第一層矩形貼片開有與第一層矩形貼片的寬邊平行的槽，矩形饋電金屬片位于該槽內，并且矩形饋電金屬片與第一層貼片之間留有縫隙；第四層電路是印制于第三層FR4環氧玻璃布層壓板上面的第二層矩形貼片，而金屬地板與反相功分器通過接地孔連接，并且接地孔穿過第一層FR4環氧玻璃布層壓板，反相功分器的輸出端和矩形饋電金屬片通過圓柱形饋電探針連接，并且圓柱形饋電探針穿過第二層FR4環氧玻璃布層壓板。

本發明的兩副多層貼片天線背靠背正交放置，使得兩副多層貼片天線的主極化方向正交，降低接收端與發射端主極化信號之間的影響；所述反相功分器的兩臂長度相差中心工作頻率對應波長的一半，兩端輸出為反相信號，形成差分饋電結構，可以抑制交叉極化，以上兩種技術特征均提高了天線的隔離度。矩形饋電金屬片與第一層矩形貼片印制在第二層FR4環氧玻璃布層壓板的頂面，并且它們之間有微小縫隙，產生電容耦合和電感耦合，形成并聯諧振網絡，提供諧振頻率點。

進一步的，所述槽個數為兩個，分別靠近第一層矩形貼片兩個寬邊。

進一步的，所述圓柱形饋電探針的個數為多個，多個圓柱形饋電探針并聯連接，能夠減小電感效應，展寬工作頻帶，多個圓柱形饋電探針分兩排，每排呈中心對稱結構；第一層矩形貼片的窄邊諧振邊比第二層矩形貼片的窄邊諧振邊短，以此產生兩個較接近的諧振頻率點，通過第一層矩形貼片和第二層矩形貼片的窄邊諧振邊產生主極化，減小交叉極化；增大第一層FR4環氧玻璃布層壓板和第二層FR4環氧玻璃布層壓板的厚度可以降低天線的Q值，以上三種技術特征均能展寬天線的工作頻帶。

??????本發明的第一層貼片和第二層貼片均為矩形，它們之間間隔FR4環氧玻璃布層壓板，并且第二層貼片的窄邊諧振邊略大于第一層貼片的窄邊諧振邊，以產生兩個相接近的諧振頻率，通過增加寄生陣子，展寬工作頻帶。