一种基于PEG结构的二元微带单极子天线的制作方法

本发明涉及无线通信多天线传输
技术领域：
，尤其是涉及一种基于peg结构的二元微带单极子天线。
背景技术：
：mimo(multiple-inputandmultiple-output，多入多出)多天线传输技术是实现有限频带内数据高速传输的重要手段之一。现代5g等新一代移动通信系统，不论是对于基站侧还是移动终端等小型设备而言，皆需要在有限的装配面上配置数量众多的收发天线。不过，由于狭小的装配空间极大地限制了天线阵元之间的间距，故而在天线阵元之间将无可避免地引发强烈的电磁耦合效应，这将在天线阻抗匹配、辐射效率和天线分集等方面极大地降低系统原有设计性能，因此有必要研究简单而有效的多天线系统耦合抑制及匹配网络技术。随着无线通信系统的日益小型化设计需求和天线技术自身的不断发展，越来越多的mimo多天线传输系统采用小尺寸的微带天线来作为基站或移动终端的收发天线。如图1所示，以构建于pcb(printedcircuitboard，印制电路板)电路板上的二元单极子天线为例，给出了带有局部扩展接地平面(partiallyextendedground，peg)结构的紧凑型二元微带单极子耦合抑制阵列天线结构图，其中peg结构是从接地平面的中间部位向上扩展出来一部分而实现的，天线结构图包括背面接地平面上的peg结构、介质板上正面的微带电路和两根单极子天线。合理设计介质板背面的peg结构，就能获得较好的阵元耦合及网络匹配抑制效果；与传统电路层级的耦合抑制网络相比，peg耦合抑制结构不论是结构尺寸还是微带电路制作上，都有无可比拟的优势。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于peg结构的二元微带单极子天线，基于peg结构进行二元微带单极子天线阵列的耦合抑制匹配网络的电路设计，从而实现宽匹配和宽解耦带宽的目的。本发明采用的技术方案如下：一种基于peg结构的二元微带单极子天线，所述二元微带单极子天线采用短介质基板；所述天线正面中短介质基板上的两根单极子天线为弯曲结构；所述天线背面接地平面的中间位置向上扩展形成peg结构；所述peg结构中开设u形槽；所述接地平面的左右边缘上各开设一个切槽。进一步的，所述二元微带单极子天线采用金属铜作为短介质基板。进一步的，所述短介质基板的尺寸为25mm×35mm。进一步的，所述弯曲结构的形成方式为：两根单极子天线先向中心弯曲90度，弯曲长度为4.9mm，再向上进行弯曲，最后在弯曲部位切去一个直角边为2.5mm的等腰直角三角形。进一步的，所述u形槽的大小、位置和宽度根据所需求的天线反射性能参数通过hfss仿真调整确定。进一步的，所述两根单极子天线的宽度设置为0.032工作波长，单极子天线长度设置为0.45工作波长，两根单极子天线间距设置为0.208工作波长。进一步的，所述切槽的尺寸根据所需求的天线反射性能参数通过hfss仿真调整确定。本发明的有益效果为：(1)在没有添加任何分立的元件(比如贴片电感、电容等)进行耦合抑制和电路匹配，并且在没有添加过多微带线的情况下，本发明仅通过弯曲增加单极子长度，在接地平面中间位置扩展peg结构，在接地平面两边开切槽以及在peg结构内部开u形槽即实现了二端口的微带天线耦合抑制与匹配。(2)本发明结构对天线改动较小，并且，该二元微带单极子天线的介质基板实际占用面积仅为25mm×35mm，且电磁仿真结果显示，采用本发明结构具有很好的耦合抑制性能。附图说明图1是带有peg结构的紧凑型二元微带单极子阵列耦合抑制天线结构图；图2是本发明的采用peg结构与短介质基板的二元微带单极子天线结构图；图2(a)为天线正面图；图2(b)为天线背面图；图3是本发明实施例peg结构中不带u形槽的二元微带单极子天线hfss仿真图；图4是本发明实施例peg结构中带u形槽的二元微带单极子天线hfss仿真图；图5是本发明实施例peg结构中带与不带u形槽的二元单极子微带阵列s参数仿真对比图。具体实施方式下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明以中心工作频率6ghz为实施例，设计了一款综合解耦及匹配网络的二元微带单极子天线，并对天线尺寸进行优化，其pcb结构正反面设计平面布局图如图2所示，二元微带单极子天线微带线参数参见表1。为了减小二元微带单极子天线介质板的占用面积，该天线采用金属铜作为短介质基板，而短介质基板的使用将会使天线的匹配带宽变窄，因此将天线正面(见图2(a))中短介质基板上的两根单极子天线先向中心弯曲90度，弯曲长度为4.9mm，再向上进行弯曲，最后在两个弯曲部位各切去一个直角边2.5mm的等腰直角三角形，以保证二元微带单极子天线获得较长的天线长度以实现更宽的匹配带宽；而在天线背面(见图2(b))中接地平面的中间位置向上扩展出一部分形成peg结构，以实现耦合抑制作用；此外，在接地平面的左右边缘上又开出两个切槽，这两个切槽的作用是增加地面的有效电长度，从而达到增加匹配和解耦带宽的目的；最后，为了保持较大的匹配带宽，并能获得较好的远场辐射方向图，考虑在天线背面中接地平面的peg结构中再开出一个u形槽，以扩展耦合抑制带宽，增强耦合抑制效应。表1二元微带单极子天线微带线参数参数数值/mm参数数值/mm参数数值/mml125l215l311.5l49l53w135w21.6w34w410.4w51w60.3w73w86.25u形槽将原来的电流流向改变，使其只能绕开u形槽流动，电流的流向相较于之前不仅更加弯曲，还使长度大大增加，效果相当于在天线中添加级联电感；由于开的u形槽宽度很窄，可以将其看作一根宽度为零的贴片上的磁壁。为了获得更宽的解耦带宽，天线在设计后，对u形槽的大小、位置和宽度进行适当的修改与调整。peg结构中开u形槽的另一个优势是，可以通过增加电流的长度以增加电长度，从而达到使天线的中心频率降低的目标。即，如果pcb天线大小受空间限制，为了减小谐振频率，就可以优先选用开u形槽技术。由于该方法不占用任何额外空间，只是在原有结构上进行挖除操作，因此非常适用于小型电路的设计。现验证peg结构中u型槽的耦合抑制作用，设计一款采用短介质基板，并在接地平面中间位置扩展出无u型槽的peg结构、且在接地平面左右边缘上开出两个切槽的二元微带单极子天线，以作为参考对比设计，其hfss软件pcb布局效果图如图3所示。随后，再在pcb板背面接地平面peg的内部边缘开出一个u形槽，以增强二元单极子阵列天线之间的耦合抑制；具体仿真过程中，可通过优化peg结构中u型槽的尺寸参数以及微调天线其他各尺寸结构，以获得所需求的天线反射性能参数(即s参数)。hfss仿真的天线建模过程中，将模拟辐射边界到天线之间设置1/4天线工作波长(λ)(λ＝c/f，c＝3.0×108m/s，f＝6×109hz)缓冲区，其中，本发明实施例中天线的介质基板材质设为rogers430，该材质介电常数为3.66，介电损耗正切为tanδ＝0.004，介质板厚度为0.762mm，介质板上附着的微带线金属厚度为0.018mm，天线a1和a2的宽度设置为0.032λ，天线长度设置为0.45λ，天线间距设置为0.208λ(这说明天线间的电磁耦合效应很强)，最终得到用hfss电磁分析软件进行带u形槽天线s参数仿真的pcb布局效果图如图4所示。对带与不带u形槽结构的二元微带单极子阵列天线进行仿真后得到的s参数结果通过matlab软件拟合在一起之后进行数值对比，其结果如图5所示。从图5的s参数仿真结果图可以看出：hfss仿真的带u形槽结构的天线其匹配带宽仍保持较宽的范围：自反射系数s11<-10db的带宽范围为5.2ghz到6.3ghz；天线间的耦合也进一步减小，在中心频率6ghz时带u形槽天线的互反射系数s21为-27.1db，相较于无u形槽结构的天线，耦合亦即互反射系数降低了5db，并且带u形槽结构的s21<-20db的带宽范围也远远大于无u形槽结构的相对应带宽，从而验证了“u形槽”结构具有扩展耦合抑制带宽、增强耦合抑制效应作用。此外，从仿真效果来看，由于在peg结构中开出了u形槽，中心频率虽产生了一定的偏移，但整体匹配带宽仍然比较好，达到了耦合抑制匹配的要求，满足工程设计需求。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。当前第1页12