一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线

1.本实用新型属于光微带天线技术领域，更为具体地讲，涉及一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线。


背景技术：

2.在无线通信系统中，天线是必不可少的重要组成部分。随着无线通信系统的发展，天线的设计技术也不断进步和提高，比如天线的多频段既是发展趋势，也是在天线设计过程中必须考虑的。谐振分枝法是应用最多、也是最容易理解的一种多频实现方法。在传统的gsm/dcs/pcs和双频wifi天线的设计中应用非常广泛。2014年，du li bo所发表的“design of dual-band filter for gsm and wlan application”中，设计应用于双频gsm通信系统和双频wlan通信系统的双频天线和双频滤波器。其中gsm双频天线采用改进的对称振子天线结构实现。该天线由两组对称振子组成，一组为折叠的带状振子，用于辐射低频信号；另一组为蝶形振子，用于辐射高频信号。
3.倍频设计利用谐波的原理把一个分枝实现多个频段。在单分枝的天线设计中，可以通过一些结构方式，合理的利用谐波特性来实现单分枝结构天线的多频谐振。2015年，liu tao所发表的“study and design of multiband monopole patch antenna”中，工作在wlan/wimax频段的一种采用多枝节结构的矩形单极子天线，这种矩形单极子天线包含密集的多分枝结构，分别形成不同的谐振电流路径，因此实现了多频工作。
4.然而多分枝结构通常用于两个频段时效果比较理想，当频段超过三个频段或者不同长度的分枝超过三个枝节时，分枝之间的互扰会变大，枝节引起天线各个频段的性能变差。单分支的多频都是出现3倍基波的，而实际天线设计很少有多频天线的高频谐振点刚好出现在基波的奇数倍上，而且对单极子或偶极子天线进行结构弯折等处理以后，天线高频的谐振频点会慢慢变低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，通过多分枝型金属贴片与竖向金属圆柱组合方式实现微带天线产生多个频段。
6.为实现上述发明目的，本发明一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，包括：辐射体、介质基板、金属地、馈线、立体介质板、和金属圆柱；
7.介质基板为长方形介质块，在介质基板的底部做金属化处理，作为多频微带天线的金属地，用于接地；在介质基板的正面的中心位置处设置多分枝型金属贴片作为辐射体；在辐射体的正上方设置一个立体介质板，在立体介质板的中心位置处横向设置一行等间距分布的金属圆柱；在垂直于金属圆柱分布方向的中央设置一金属馈线，金属馈线置于介质基板的正面，且一端与金属贴片连接。
8.本实用新型的发明目的是这样实现的：
9.本发明一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，在上层立体介质板内横向设置一行等间距分布的金属圆柱，形成一个金属墙，隔离左右两个介质区域。这两个介质区域相互独立，可形成不同的谐振结构；在左边区域，采用分叉微带进行馈电。在右边区域，采用螺旋型微带进行馈电。由于金属墙的存在，两个介质区域形成相互独立的谐振结构；两个谐振结构工作在不同谐振工作点，从而实现微带天线产生多个频段，具有结构简单、体积小和更易于制造的优点。
附图说明
10.图1是一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线结构原理图；
11.图2是图1所示多频微带天线的尺寸示意图；
12.图3是图1所示多频微带天线的仿真结果图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
14.实施例
15.图1是一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线结构原理图。
16.在本实施例中，如图1所示，本发明一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，包括：辐射体1、介质基板2、金属地3、金属馈线4、立体介质板5、和金属圆柱6；
17.介质基板2为长方形介质块，在介质基板2的底部做金属化处理，作为多频微带天线的金属地3，用于接地；在介质基板2的正面的中心位置处设置多分枝型金属贴片作为辐射体1；在辐射体1的正上方设置一个立体介质板5，在立体介质板5的中心位置处竖向设置一行等间距分布的金属圆柱6；在平行于金属圆柱分布方向的中央设置一金属馈线4，金属馈线4置于介质基板2的正面，且一端与金属贴片连接。
18.在本实施例中，多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线的尺寸标注如图2所示，具体的尺寸取值如表1所示；
19.名称lpl0l1l2l3w0w1w2尺寸1.1630.2117.451524461.162.98名称w3wdhddhxfleftright尺寸33.2621.611014720名称dxxdxx1dxx2dxx3dyydyy1dyy2 尺寸6515108106 20.表1(单位mm)
21.在本实施例中，介质基板与立体介质板均采用材料为fr4、介电常数为4.4的板材；结合图2和表1，我们可以看到介质基板的长宽为92mm
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77.765mm，厚度为1.6mm；立体介质板的长宽为33.26mm
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24mm，厚度为10mm。
22.金属馈线的阻抗为50欧姆，在本实施例中采用长17.45mm、宽为1.16mm以及长为15mm、宽为2.98mm的两块金属贴片组成。
23.多分枝型金属贴片由9个矩形组成，位于立体介质板正面，其左下侧横向短矩形长8mm宽1.16mm，左下竖向矩形长13mm宽1.16mm，左中竖向矩形长19mm宽1.16mm，最下方长矩形长46mm宽1.16mm；右上侧横向长矩形长10mm宽1.16mm，右下侧横向短矩形长6mm宽1.16mm，右侧三根竖向矩形长宽度均为1.16mm，其长度自左向右分别为15mm、10mm和20mm；
24.一行金属圆柱位于y轴处，直径1mm，12个圆柱体以x轴对称等间距分布，且间距2mm。
25.图3展示了多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线的反射系数随频率变化的曲线。
26.在本实施例中，通过对多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线进行仿真，通过图3可以看到仿真回波损耗在3.87ghz附近、5.56ghz附近、6.32ghz附近、8.31ghz附近、9.02-9.89ghz频率范围内都低于-10db，从而实现了同一天线同时产生多个频段。
27.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。


技术特征：
1.一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，包括：辐射体、介质基板、金属地、馈线、立体介质板和金属圆柱；所述介质基板为长方形介质块，在介质基板的底部做金属化处理，作为多频微带天线的金属地，用于接地；在介质基板的正面的中心位置处设置多分枝型金属贴片作为辐射体；在辐射体的正上方设置一个立体介质板，在立体介质板的中心位置处竖向设置一行等间距分布的金属圆柱；在平行于金属圆柱分布方向的中央设置一金属馈线，金属馈线置于介质基板的正面，且一端与金属贴片连接。2.根据权利要求1所述的一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，所述介质基板与立体介质板均采用材料为fr4、介电常数为4.4的板材。3.根据权利要求1所述的一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，所述金属馈线的阻抗为50欧姆。4.根据权利要求1所述的一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，所述介质基板的长宽为92mm
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77.765mm，厚度为1.6mm；所述立体介质板的长宽为33.26mm
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24mm，厚度为10mm。5.根据权利要求1所述的一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，所述金属圆柱的直径为1mm，间距为2mm。6.根据权利要求1所述的一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，其特征在于，所述多分枝型金属贴片由9个矩形组成，位于立体介质板正面，其左下侧横向短矩形的长宽为8mm
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1.16mm，左下竖向矩形的长宽为13mm
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71.16mm，左中竖向矩形的长宽为19mm
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71.16mm，最下方长矩形的长宽为46mm
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71.16mm；右上侧横向长矩形的长宽为10mm
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71.16mm，右下侧横向短矩形的长宽为6mm
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71.16mm，右侧三根竖向矩形的长宽均为1.16mm，其长度自左向右分别为15mm、10mm和20mm。

技术总结
本发明公开了一种多分枝型贴片与竖向金属圆柱结合的多频微带天线，在上层立体介质板内横向设置一行等间距分布的金属圆柱，形成一个金属墙，隔离左右两个介质区域；这两个介质区域相互独立，可形成不同的谐振结构；在左边区域，采用分叉微带进行馈电；在右边区域，采用螺旋型微带进行馈电。由于金属墙的存在，两个介质区域形成相互独立的谐振结构；两个谐振结构工作在不同谐振工作点，从而实现微带天线产生多个频段，具有结构简单、体积小和更易于制造的优点。造的优点。造的优点。


技术研发人员：林展鹏 杨阳 张光旻 沈飞
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/12/6