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宽带方向图可重构的八木天线

阅读：838发布：2020-05-08

专利汇可以提供宽带方向图可重构的八木天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种宽带方向图可重构的八木天线，主要解决现有同类天线带宽窄的问题。其包括介质基板 (1)、印制在介质基板上表面的矩形寄生单元(5)、位于寄生单元上方的长方体容器(3)、印在介质基板下表面的折合振子(2)和同轴馈电结构(6)；介质基板内部设有至少两个金属通孔(10,11)，折合振子上印有T型缝隙(7)和开有圆形缺口(9)，两个金属通孔分别位于T型缝隙的竖向两端，且通过金属铜线相连；同轴馈电结构由馈电探针的内导体(13)和外导体(14)组成，内导体与第一金属通孔(10)相连，外导体与圆形缺口(9)相连。本发明相对于现有技术明显提高了天线的带宽，可用于无线通信器件的设计。，下面是宽带方向图可重构的八木天线专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种宽带方向图可重构的八木天线，包括介质基板(1)、两个寄生单元(5)和两个容器(3)，两个寄生单元(5)印在介质基板(1)的上表面，两个容器(3)分别位于两个寄生单元(5)的上方，每个容器的内部装有蒸馏水(4)或抽为真空，其特征在于：
所述介质基板(1)，内部设有至少两个金属通孔(10,11)，其上表面位于两个寄生单元的中间位置印制有金属铜线(12)，下表面印制有折合振子(2)和同轴馈电结构(6)；
所述折合振子(2)，其上设有T型缝隙(7)和圆形缺口(9)，两个金属通孔(10,11)分别位于T型缝隙的竖向两端，圆形缺口(9)位于第一金属通孔(10)的上方；
所述同轴馈电结构(6)，由馈电探针的内导体(13)和外导体(14)组成，内导体(14)与第一金属通孔(10)相连，外导体与圆形缺口(9)相连。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：第一金属通孔(10)与第二金属通孔(11)通过金属铜线(12)相连，这两个金属通孔大小相同，且半径与同轴探针的内导体(14)半径相同，高度与介质基板(1)厚度相同。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：两个容器(3)的大小相同，外部长度为100～105mm，宽度均为15～20mm，高度均为5～10mm，内部长度为95～100mm，内部宽度为10～
15mm，内部高度为3～5mm。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：介质基板(1)的厚度为0.8～1mm，长和宽的尺寸均为180～200mm。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：两个矩形寄生单元(5)的大小相同，其长度均为3～5mm，宽度均为95～100mm。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：折合振子(2)长度为110～120mm，宽度为30～40mm，T型缝隙(7)，其竖向长度为20～25mm，横向长度为95～100mm，缝隙宽度为5～8mm。

说明书全文

宽带方向图可重构的八木天线

技术领域

[0001] 本发明属于天线技术领域，特别涉及一种方向图可重构天线，可用于无线通信器件的设计。

背景技术

[0002] 天线是无线通信系统中不可或缺的一个组成部分，它的主要功能是对无线信号进行传输与接收。其性能的好坏是无线通信系统性能好坏的一个重要指标。随着人们生活质量的提升，仅由语音与文字方面的信息传递已经不能满足人们的需求，更高清的图片和视频成为信息传输的重点，但这无疑增加了无线系统的吞吐量。同时，人们对信息传递的时效性要求越来越高，这也进一步导致了通信系统要在更宽的频段内进行传输，窄带天线显然不能满足如今的需求。除此之外，为了能同时进行多路信号的传输，有的时候需要在狭小的空间中布置多幅天线同时进行工作，由于天线之间的干扰较大，严重地影响这个系统的通信质量。用一副高性能的宽带天线去代替多副窄带天线实现通信任务，可以很好的提升无线信道的容量和质量。而且随着技术的发展，对无线频谱的需求也在不断的增加，这将导致频谱资源越来越紧张，可重构天线就是为了解决这些问题而产生。可重构天线的思想是根据实际的工作环境动态的改变天线的特性，按功能可分为：频率可重构，极化可重构和方向图可重构三种。可重构技术通过动态的改变天线的结构或者尺寸，使得单一天线可以实现多个天线的功能，从而缓解天线所带来的成本和体积问题，并且可以有效的避免多个天线之间的耦合干扰，相对于传统的固定天线，可重构天线有着不可比拟的优势。

[0003] 现有已经有许多学者在研究可重构天线，例如汪圣杰等人在2016年的论文中提出一种方向图可重构的平面准八木天线，其通过控制组合二极管的开关状态实现天线方向图的可重构，实现了4个方向的扫描，拥有良好的方向性，但其结构相对复杂。2017年钱雅惠博士在其博士论文中提出了加载蒸馏水实现方向图可重构偶极子天线，通过在寄生单元上方加载不同高度的蒸馏水，来动态调节天线的辐射方向图，虽然实现了方向图重构，但其带宽相对较窄。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种宽带方向图可重构的八木天线，以提高天线带宽，简化天线结构。

[0005] 实现本发明目的的技术方案是：通过加载水介质的方式实现方向图的重构，通过一个折合振子来增加天线的带宽，其结构如下。

[0006] 一种宽带方向图可重构的八木天线，包括介质基板、两个寄生单元和两个容器，两个寄生单元印在介质基板的上表面，两个容器分别位于两个寄生单元的上方，每个容器的内部装有蒸馏水或抽为真空，其特征在于：

[0007] 所述介质基板，内部设有至少两个金属通孔，其上表面印制有金属铜线，下表面印制有折合振子和同轴馈电结构；

[0008] 所述折合振子，其上设有T型缝隙和圆形缺口，两个金属通孔分别位于T型缝隙的竖向两端，圆形缺口位于金属通孔的上方；

[0009] 所述同轴馈电结构，由馈电探针的内导体和外导体组成，内导体与第一金属通孔相连，外导体与圆形缺口相连。

[0010] 进一步，两个金属通孔通过金属铜线相连，这两个金属通孔大小相同，且半径与同轴探针的内导体半径相同，高度与介质基板厚度相同，且半径与同轴探针的内导体半径相同，高度与介质基板厚度相同。

[0011] 进一步，两个容器的大小相同，长度均为100～105mm，宽度均为15～20mm，高度均为5～10mm。

[0012] 进一步，介质基板的厚度为0.8～1mm，长和宽的尺寸均为180～200mm。

[0013] 进一步，两个矩形寄生单元的大小相同，其长度均为3～5mm，宽度均为95～100mm。

[0014] 进一步，T型缝隙的竖向长度为110～120mm，横向长度为250～260mm，缝隙宽度为10～15mm。

[0015] 本发明由于通过使用一个带有T型缝隙的折合振子结构来替换现有的偶极子振子结构因而有效地扩宽了天线带宽。附图说明

[0016] 图1是本发明的整体结构示意图；

[0017] 图2是图1的俯视图；

[0018] 图3是本发明中的折合振子的结构图；

[0019] 图4是本发明中的同轴馈电结构示意图；

[0020] 图5是本发明天线的S11仿真结果图；

[0021] 图6是现有天线的S11仿真结果图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图对本发明的实例和效果作进一步详细描述。

[0023] 参照图1，本发明包括介质基板1、两个寄生单元5和两个容器3。两个寄生单元5均为长方形金属贴片，印在介质基板1的上表面，两个容器3为长方体中空容器，分别位于两个寄生单元5的上方，每个容器的内部装有蒸馏水4或抽为真空，本实例在容器的内部装有蒸馏水。介质基板1内部设有至少两个金属通孔，其上表面位于两个寄生单元的中间位置印制有金属铜线12，本实例介质基板1内部开有但不限于两个通孔10和11。

[0024] 介质基板1下表面印制有折合振子2和同轴馈电结构6。折合振子2为矩形金属贴片，其上设有T型缝隙7和圆形缺口9，两个金属通孔10和11分别位于T型缝隙的竖向两端，圆形缺口9位于金属通孔10的上方。

[0025] 参照图4，同轴馈电结构6由馈电探针的内导体13和外导体14组成，内导体14与第一金属通孔10相连，外导体14与圆形缺口9相连，第一金属通孔10与第二金属通孔11通过金属铜线12相连。这两个金属通孔10和11的直径与馈电探针的内导体大小相同，圆形缺口9的直径大小与馈电探针的外导体直径大小相同，本实例取但不限于馈电探针的内导体直径为r1＝1mm，外导体直径为r2＝2.5mm，金属铜线12的长度R＝9.25mm。

[0026] 参照图2，介质基板1采用相对介电常数为ε＝4.4，厚度为0.8～1mm，长度和宽度都为180～200mm的FR4_epoxy材料，本实例取但不限于介质基板厚度为0.8mm，长度和宽度为L＝180m。两个容器3均采用有效介电常数ε1为2.7～3的亚克力材料，其外部长度均为100～105mm，外部宽度均为15～20mm，外部高度均为5～10mm，其内部长度均为95～100mm，内部宽度均为10～15mm，内部高度均为3～5mm，本实例取但不限于容器的外部长度为h2＝104mm，外部宽度为h1＝16mm，外部高度h＝7mm，内部长度为h3＝98mm，内部宽度为h5＝10mm，内部高度为h6＝4mm。两个矩形寄生单元5的宽度均为3～5mm，长度均为95～100mm，本实例取但不限于寄生单元的宽度为h4＝5mm，长度为h3＝98mm。

[0027] 参照图3，折合振子2的长度为100～130mm，宽度为30～40mm，本实例取但不限于折合振子的长度为w2＝120mm，宽度为w1＝30mm。T型缝隙7的竖向长度为20～25mm，横向长度为95～100mm，缝隙宽度为5～8mm。本实例取但不限于T型缝隙的参数如下：

[0028] 竖向长度为：w4+w5＝25mm，

[0029] 横向长度为：2*w3+w6＝98mm,

[0030] 缝隙宽度为：w5＝w6＝5mm。

[0031] 以下通过仿真实验，对本实例的技术效果作进一步说明：

[0032] 1.仿真条件和内容：

[0033] 仿真1，利用商业仿真软件HFSS 15.0对本实例的带宽进行仿真，仿真结果如图5，其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗。

[0034] 仿真2，利用商业仿真软件HFSS 15.0现有技术的带宽进行仿真，仿真结果如图6，其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗。

[0035] 2.仿真结果分析：

[0036] 从图5可见，本实例在回波损耗处于-10db以下的频率范围是从f1＝0.869GHz到[0037] f2＝1.029GHz，因此天线的中心频率为相对带宽为

[0038] 从图6可见，现有天线在回波损耗处于-10db以下的频率范围是从f1＝0.95GHz到[0039] f2＝1.04GHz，因此天线的中心频率为相对带宽为

[0040] 上述两个仿真结果表明，本发明能有效提升天线的相对带宽。

[0041] 以上描述仅是本发明的一个优选实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创新构思的前提下所做出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

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