一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线

1.本实用新型属于光微带天线技术领域，更为具体地讲，涉及一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线。


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，提供一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，通过三分枝型金属贴片与金属圆柱阵列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，本发明一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，其特征在于，包括：辐射体、介质基板、金属地、馈线和金属圆柱；
7.所述介质基板为长方形介质块，在介质基板的底面的下半部分做矩形金属化处理，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上半部分设置三分枝型金属贴片，作为天线的辐射体；在垂直于介质基板短边的中间位置处设置一条连接金属贴片的金属馈线，金属馈线置于介质基板的正面；以金属馈线的延长线作为对称轴，在金属地上设置两组对称分布的金属圆柱，金属圆柱横向分布，且贯穿介质基板。
8.本实用新型的发明目的是这样实现的：
9.本发明一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，通过在介质基板铺设三分枝型金属贴片，再结合金属圆柱阵列形成多个谐振结构；三分枝型金属贴片中沿基板外边缘部分作为一个微带谐振结构，金属柱阵列与三分枝型金属贴片靠近金属馈线的边缘构成第二个谐振结构，两个谐振结构可工作在不同频段，实现微带天线产生多个频段。
附图说明
10.图1是一种三分枝贴片结合金属圆柱列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是一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线结构原理图。
16.在本实施例中，如图1所示，本发明一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，包括：辐射体1、介质基板2、金属地3、馈线4和金属圆柱5；
17.介质基板2为长方形介质块，在介质基板2的底面的下半部分做矩形金属化处理，作为多频微带天线的金属地3，用于接地；在介质基板2的正面的上半部分设置三分枝型金属贴片，作为天线的辐射体1；在垂直于介质基板2短边的中间位置处设置一条连接金属贴片的金属馈线4，金属馈线4置于介质基板2的正面，且刚好与三分枝型金属贴片的中间分枝相连；以金属馈线4的延长线作为对称轴，在金属地3上设置两组对称分布的金属圆柱5，金属圆柱5横向分布，且贯穿介质基板2。
18.在本实施例中，三分枝贴片结合金属圆柱列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l0l1l2lxltw0w1尺寸30.2117.451538.76524303名称w2wddkkkpolhsl尺寸2.983135301.66
20.表1(单位mm)
21.在本实施例中，介质基板采用材料为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77.765mm
×
60mm，厚度为1.6mm，金属地的长宽为60
×
35mm。
22.金属馈线的阻抗为50欧姆，在本实施例中采用长宽为15
×
2.98mm金属贴片组成。
23.三分枝型金属贴片包括主干矩形块和三个单枝矩形块，主干矩形块的长宽为60mm
×
38.555mm，每个分枝矩形块的长宽为30mm
×
3mm。
24.在本实施例中，共计22个金属圆柱分两组对称分布，金属圆柱的直径为1mm，每一组中相邻金属圆柱的间距为2mm，两侧的金属圆柱的圆心距离两侧分枝矩形块的边缘的距
离为2mm，离主干矩形块边缘的距离为6mm。
25.图3展示了三分枝贴片结合金属圆柱列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，通过对三分枝贴片结合金属圆柱列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2.59-2.86ghz、3.80-4.20ghz、7.25-7.97ghz、10.79-11.86ghz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：
1.一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，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，在介质基板的底面的下半部分做矩形金属化处理，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上半部分设置三分枝型金属贴片，作为天线的辐射体；在垂直于介质基板短边的中间位置处设置一条连接金属贴片的金属馈线，金属馈线置于介质基板的正面；以金属馈线的延长线作为对称轴，在金属地上设置两组对称分布的金属圆柱，金属圆柱横向分布，且贯穿介质基板。2.根据权利要求1所述的一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，其特征在于，所述介质基板采用材料为fr4、介电常数为4.4的板材，长宽为112.765mm
×
60mm，厚度为1.6mm。3.根据权利要求1所述的一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，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所述的一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，其特征在于，所述金属地的长宽为60
×
35mm。5.根据权利要求1所述的一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，其特征在于，所述金属圆柱的直径为1mm，每一组中相邻金属圆柱的间距为2mm。6.根据权利要求1所述的一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，其特征在于，单分枝型金属贴片包括主干矩形块和三个单枝矩形块，主干矩形块的长宽为60mm
×
38.555mm，每个单枝矩形块的长宽为30mm
×
3mm。

技术总结
本发明公开了一种三分枝贴片结合金属圆柱列的多频微带天线，通过在介质基板铺设三分枝型金属贴片，再结合金属圆柱阵列形成多个谐振结构；三分枝型金属贴片中沿基板外边缘部分作为一个微带谐振结构，金属柱阵列与三分枝型金属贴片靠近金属馈线的边缘构成第二个谐振结构，两个谐振结构可工作在不同频段，实现微带天线产生多个频段。带天线产生多个频段。带天线产生多个频段。


技术研发人员：潘亦康 王禹 杨阳
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