一种半圆环型双频单极子天线的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域。更具体地，涉及一种半圆环型双频单极子天线。


背景技术：

2.近年来伴随通信技术的快速发展，各式各样的天线结构应运而生，天线性能越来越好，天线结构也越来越向小型化发展。目前单极子天线以尺寸小、结构简单、易于加工等特点，广泛应用于wlan和wimax通信系统中。实现天线的多频性能，可通过在天线上开槽来改变电流流径的方式来实现，比如有u型槽、弧形槽和不规则槽等。目前一般多采用多枝节结构，比如双频天线采用两枝节结构，三频天线采用三枝节结构，但采用这种方法设计的天线一般尺寸较大，无法达到小型化的要求。为使天线的小型化与天线的优异性能两者达到平衡，不断有学者提出新方法、新研究，现有技术中提出一种6/9型宽频微带馈电天线，该天线在高频有较宽的带宽，但低频的带宽较窄，还有采用层叠加载开槽技术提出的一种具有带阻单极子超宽带天线，但该天线在低频依然带宽较窄，也有采取共面波导结合地面开缝的方法提出的一种双频天线，但该天线尺寸较大。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种半圆环型双频单极子天线，该天线能够实现双频特性，辐射特性好，且可以在2.4ghz和5ghz工作频段工作。
4.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.本发明提供一种半圆环型双频单极子天线，包括：
6.介质基板；
7.设置于介质基板一侧的接地板；以及
8.设置于介质基板另一侧的辐射贴片；
9.所述辐射贴片包括呈半圆环型的第一结构部；
10.所述接地板上包括u型槽以及由u型槽的底壁向下凹陷形成的凹槽。
11.此外，优选地方案是，所述辐射贴片还包括与第一结构部连接的第二结构部，所述第二结构部上形成有两个s型结构段。
12.此外，优选地方案是，所述第二结构部包括第一l型连接部和第二l型连接部；
13.所述第一l型连接部包括第一平直部和第一竖直部；所述第二l型连接部包括第二平直部和第二竖直部；
14.所述第一竖直部与第一结构部连接；所述第一平直部与第二平直部连接；
15.两个s型结构段中的一个形成于第一平直部上，另一个形成于第二竖直部上。
16.此外，优选地方案是，所述第一平直部上包括有开口方向相反的两个第一缺槽；
17.所述第二竖直部上包括有开口方向相反的两个第二缺槽。
18.此外，优选地方案是，所述第一缺槽和第二缺槽的开槽深度均为3mm。
19.此外，优选地方案是，所述第一结构部的外径为5.45mm。
20.此外，优选地方案是，所述接地板包括两个侧臂部以及用以连接两个侧臂部的中间部；所述侧臂部以及中间部围合形成所述u型槽；所述凹槽形成于中间部上。
21.此外，优选地方案是，所述凹槽的槽宽为2mm。
22.此外，优选地方案是，所述第二平直部的长度与第二竖直部的宽度的差值为4.25mm。
23.此外，优选地方案是，所述介质基板的材质为环氧树脂fr4，其介电常数为4.4，损耗正切为0.02。
24.本发明的有益效果为：
25.本发明通过构造半圆环型结构的辐射贴片和在接地板开槽的方式，使得该天线能够实现双频特性，且辐射特性好，在接地板上开设u型槽以及凹槽，使低频和高频的谐振深度加深，带宽宽度增大。辐射贴片通过第一结构部的半圆环型设计，使得天线结构减小。仿真结果表明：天线可工作频段分别为2.28～2.67ghz，5.13～5.83ghz。实测结果表明：天线的实际工作频段为2.1～2.7ghz，4.9～6ghz。在工作频段内天线的电压驻波比小于2。该天线结构简单，易于加工，具有较好的辐射特性，实现了天线的小型化且整体性能优异。
附图说明
26.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
27.图1是本发明的接地板与介质基板的配合示意图。
28.图2是本发明的辐射贴片与介质基板的配合示意图。
29.图3是本发明的接地板的结构示意图。
30.图4是本发明的辐射贴片的结构示意图。
31.图5是本发明的天线在2.48ghz频率下的电流分布图。
32.图6是本发明的天线在5.4ghz频率下的电流分布图。
33.图7是本发明的接地板开凹槽与不开凹槽时的天线反射系数频率特性图。
34.图8是本发明的天线的电压驻波比频率特性图。
35.图9是本发明的天线在不同的w4时的性能变化图。
36.图10是本发明的天线在不同的w6时的性能变化图。
37.图11是本发明的天线在不同的w5时的性能变化图。
38.图12是本发明的天线在2.48ghz时的辐射方向图。
39.图13是本发明的天线在5.4ghz时的辐射方向图。
40.图14是本发明的天线的反射系数仿真与实测频率特性对比图。
具体实施方式
41.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
42.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
43.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况
下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
44.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
45.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
46.为了使天线的小型化与天线的优异性能两者达到平衡。本发明提供一种半圆环型双频单极子天线，结合图1至图14所示，具体地所述半圆环型双频单极子天线包括：介质基板1；设置于介质基板1一侧的接地板2；以及设置在介质基板1的另一侧的辐射贴片3；所述辐射贴片3包括呈半圆环型的第一结构部31以及与第一结构部连接的第二结构部；所述第二结构部上形成有s型结构段；所述接地板2上包括u型槽21以及由u型槽21的底壁向下凹陷形成的凹槽22；通过在接地板2上开设u型槽21以及凹槽22，可使低频和高频的谐振深度加深，带宽宽度增大，而在辐射贴片3上设计半圆环型的第一结构部31，使得天线整体结构减小。对于2.4ghz工作频段，辐射贴片3长度应介于介质基板1/4波长和空气中1/4波长之间，即16.6mm～30.5mm；对于5ghz工作频段，辐射贴片3长度应在7.5mm～13.8mm。介质基板1的整体尺寸为25mm
×
30mm
×
1.52mm，采用微带线馈电的馈电方式，介质基板1采用环氧树脂fr4，其介电常数为4.4，损耗正切为0.02，采用50ω的微带线馈电，该天线的结构参数如表1所示，可在hfss15.0电磁仿真软件中，进行三维模型的构建，模型的结构参数见表1。
47.表1天线结构参数/mm
[0048][0049]
在上述实施例中，所述第二结构部上形成有两个s型结构段。进一步地，关于第二结构部的具体结构，所述第二结构部包括第一l型连接部321和第二l型连接部322，需要说明的是，在本实施例中，第一l型连接部321与第二l型连接部322一体成型，图4中的虚线仅代表第一l型连接部321与第二l型连接部322的分界线；所述第一l型连接部321包括第一平直部和第一竖直部；所述第二l型连接部322包括第二平直部和第二竖直部；所述第一竖直部与第一结构部连接；所述第一平直部与第二平直部连接；两个s型结构段中的一个形成于第一平直部上，另一个形成于第二竖直部上。
[0050]
关于两个s型结构段的形成方式，所述第一平直部上包括有开口方向相反的两个第一缺槽323，两个第一缺槽323的其中一个开口朝上，另一个开口朝下；通过在第一平直部上开设两个第一缺槽323可形成一个s型结构段；所述第二竖直部上包括有开口方向相反的两个第二缺槽324，两个第二缺槽324的其中一个开口朝左，另一个开口朝右，同样的，通过在第二竖直部上开设的两个第二缺槽324可形成另一个s型结构段。
[0051]
从天线在不同频率下的电流分布图图5和图6中，可以直观的看出辐射贴片3不同长度对天线的影响。从图2可以看出频率为2.48ghz时，影响低频的参数主要为w4和w5的长度；频率为5.4ghz时，影响高频的参数主要为w5和w6。
[0052]
在一具体实施例中，关于接地板2的具体结构，所述接地板2包括两个侧臂部23以及用以连接两个侧臂部23的中间部24；所述侧臂部23以及中间部24围合形成所述u型槽21；所述凹槽22形成于中间部上，所述凹槽22的槽宽为2mm；在接地板尺寸相同的情况下，图7给
出了接地板2凹槽22的槽宽为2mm(w1＝2mm)和不开槽(w1＝0mm)的两种反射系数频率特性曲线。从仿真结果可以看出，不开槽(w1＝0mm)时天线低频的中心频率为2.60ghz，-10db以下的工作带宽作带宽为2.51～2.69ghz，高频的中心频率为5.61ghz，工作带宽为5.38～5.92ghz，开槽(w1＝2mm)时天线低频的中心频率为2.46ghz，工作带宽为2.28～2.67ghz，高频的中心频率为5.40ghz，工作带宽为5.13～5.83ghz。低频的中心频率向左移动，-10db以下的工作带宽增加了1.16倍，谐振深度明显加深，同时高频的中心频率向左移动，-10db以下的工作带宽基本不变。
[0053]
图8给出了参数优化以后的电压驻波比频率特性图，从仿真曲线可以看出低频范围的2.25～2.68ghz以及高频的范围的5.2～6ghz，都符合vswr《2，天线可以正常工作。
[0054]
所述第一缺槽323和第二缺槽324的开槽深度w4均为3mm，开槽宽度l7均为0.5mm。通过改变电流的路径，会对天线性能产生影响，同时改变辐射贴片3的缺槽尺寸对天线的性能参数也有很大影响。通过改变参数w4的大小可以改变电流路径的流向，天线分别包括高频参数w6和低频参数w5。当w6＝4.25mm，w5＝5.45mm，微带线和辐射贴片3的开槽对天线各频率处的影响如图9所示，在辐射贴片3上开槽后，辐射贴片3上的缺槽的不同开槽深度会对天线反射系数以及工作带宽产生影响。随着开槽深度w4逐渐增加，低频的谐振频率逐渐向左移动，工作带宽基本不变，谐振深度稍许降低；同时，高频段在开槽深度为3mm时出现谐振频率和宽频带宽。由此可知，微带线和辐射贴片3上的开槽深度w4主要影响天线的低频谐振频率和高频的谐振频率、谐振深度。为使高频在5.45ghz处产生谐振，所以开槽深度w4选择为3mm。
[0055]
所述第二平直部的长度与第二竖直部的宽度的差值w6为4.25mm，具体的，当w4＝3mm，w5＝5.45mm，w6的大小对天线性能的影响如图10所示。w6增大时，天线的低频谐振深度降低，谐振频率向左移动，工作带宽基本保持不变；天线的高频谐振频率也是向右移动，谐振深度降低，工作带宽保持不变。w6＝4.27mm或4.23mm时的天线性能曲线基本相同。由此可知，w6的大小主要影响天线的低频谐振深度、谐振频率和高频谐振深度、谐振频率。为了使天线在2.45ghz和5.45ghz产生谐振，所以w6选择为4.25mm。
[0056]
所述第一结构部31的外径w5为5.45mm，环宽w2为3.4mm，具体的，当w4＝3mm，w6＝4.45mm，第一结构部31的外径长度w5对天线性能的影响如图11所示。w5增大时，低频谐振频率向右移动，谐振深度在w5为5.56mm时最大；高频谐振频率向左移动，谐振深度在w5为5.45mm时最小。由此可知，影响天线的低频谐振深度、谐振频率和高频谐振深度、谐振频率。为了得到ieee 802.11a/b频段，所以选择第一结构部31的外径长度w5为5.45mm。
[0057]
从天线设计的辐射方向图可以看出各个频率的性能特性，图12和图13分别给出了两个中心频率的e面和h面方向图，天线在2.48ghz时最大增益可达3.38db，在5.4ghz时最大增益达到8.33db，天线在两个频点处很好的呈现了全向辐射特性。
[0058]
图14为反射系数仿真与实测结果对比图，可以看出制备的天线低频谐振频率为2.48ghz，工作频段为2.1～2.7ghz；高频的谐振频率为5.4ghz，工作频段为4.9～6ghz。制备的天线经实测比仿真的工作带宽更宽，原因可能是天线表面氧化、环境温度等。天线可以在设计的工作频带内有效工作。
[0059]
综上所述，本发明通过构造半圆环型结构的辐射贴片和在接地板开槽的方式，使得该天线能够实现双频特性，且辐射特性好，在接地板上开设u型槽以及凹槽，使低频和高
频的谐振深度加深，带宽宽度增大。辐射贴片通过第一结构部的半圆环型设计，使得天线结构减小。仿真结果表明：天线可工作频段分别为2.28～2.67ghz，5.13～5.83ghz。实测结果表明：天线的实际工作频段为2.1～2.7ghz，4.9～6ghz。在工作频段内天线的电压驻波比小于2。该天线结构简单，易于加工，具有较好的辐射特性，实现了天线的小型化且整体性能优异。
[0060]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。