一种用于WLAN的垂直极化全向辐射陷波单极子天线

一种用于wlan的垂直极化全向辐射陷波单极子天线
技术领域
1.本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种用于wlan的垂直极化全向辐射陷波单极子天线。


背景技术：

2.平面加工的宽带单极子被设计用于需要小型化的通信应用中。如图1 所示，平面加工的单极子天线由一个平面单极子和一个大地板所构成，这种具有大地板的平面单极子天线具有宽带特性，可以覆盖uwb频段。相比于具有大地板的立体结构的宽带单极子天线，平面结构单极子具有体积小，加工成本低等优点。平面加工的宽带垂直极化全向辐射天线不需要一个大地板，天线的地板与天线处于同一平面，如图2所示。单极子天线的形状可以是多种形状，长方形、三角形、曲线形等形状均可以实现宽频带。这些平面加工的垂直极化全向辐射天线，都具有超宽带的工作频段，但这些垂直极化的天线的水平分量较高，尤其是在高频段，水平分量与垂直分量几乎处于同一量级。此外，这种天线形状多样，缺乏设计和优化方法的指导。
3.通过以上分析可以知道，现有的平面加工的宽带垂直极化全向辐射天线，虽然具有宽频带和小型化等优点，但是，面对现代通信系统对天线宽频带和小型化的进一步要求，具有小型化和宽频带等优秀电气指标的垂直极化全向辐射天线依然是现在的应用需求和研究难点。针对不同的通信系统和相应的指标要求，选择合适的陷波方法，设计满足宽带小型化的陷波天线，是本发明型专利研究的内容。


技术实现要素：

4.本发明针对背景技术中问题，研究了一种用于wlan的垂直极化全向辐射陷波单极子天线，陷波天线具有更大的矩形系数，在3.4-3.6ghz 陷波频段内，vswr大于50，抑制效果更好。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案：
6.一种用于wlan的垂直极化全向辐射陷波单极子天线，包括一个介质基板、一根同轴馈电电缆和一大地板，所述基质基板为切了两个角的三角形，所述单极子天线印刷在介质基板的其中一层；介质基板沿着z轴方向印刷单极子，沿着y轴方向印刷一对开口谐振环；所述开口谐振环与大地板相连，单极子和开口谐振环放置在大地板的中间，并由同轴电缆馈电。
7.优选地，所述单极子的天线臂为扇形，采用指数型天线臂来实现宽频带特性。
8.优选地，所述指数函数的表达式为y(x)＝ce
kx
+b，其中k为指数函数的常系数，b为指数函数的参数，系数k越小，指数函数线越接近直线。
9.优选地，所述一对开口谐振环为c形开口谐振环。
10.相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
11.本发明所提出的天线可以实现超宽带宽(2.4-5.8ghz)和陷波带 (3.4-3.6ghz)，
阻带增益小于-8dbi。此外，天线仅使用一个介质基板，且安装简单，制造成本低。
附图说明
12.图1为宽带垂直极化全向辐射单极子天线图。
13.图2为平面化宽带垂直极化全向辐射天线图。
14.图3为本发明整体结构图。
15.图4为本发明vswr和隔离度的仿真与测量结果图。
16.图5为本发明增益的仿真与测试结果图。
17.图6为本发明辐射方向图的仿真与测试结果图。
具体实施方式
18.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
19.如图3所示，本发明一种用于wlan的垂直极化全向辐射陷波单极子天线由一个介质基板和一根同轴馈电电缆组成。介质基板采用 rogers-4350，其介电常数为εr＝3.66。介质板为切了两个角的三角形，高度lm＝29mm，底部长度wm＝36.8mm，厚度为0.787mm。单极子天线印刷在介质板的其中一层，沿着z轴方向印刷了提出的单极子，沿着y 轴方向印刷了一对开口谐振环。单极子的天线臂为扇形，采用指数型天线臂来实现宽频带特性。指数函数的表达式为y(x)＝ce
kx
+b，其中系数k 越小，指数函数线越接近直线。一对开口谐振环为c形开口谐振环，与大地板相连。单极子和开口谐振环放置在大地板的中间，并由同轴电缆馈电。该结构的物理尺寸为：
20.g1＝4.1mm，g2＝0.22mm，l1＝20.1mm，l2＝16.4mm，l3＝6.1
21.mm，lg＝80mm，lm＝29mm，w1＝1.3mm，wm＝36.8mm，k＝0.2。
22.如图4给出了陷波天线的上下金属层的结构。在介质基板的上层，沿着z轴方向印刷了一对偶极子，沿着y轴方向印刷了一对开口谐振环。偶极子臂为扇形，采用指数形天线臂来实现宽频带特性，指数函数的表达式为y(x)＝cekx+b，其中系数k越小，指数函数线越接近直线。一对开口谐振环为c形开口谐振环。偶极子由共面波导结构馈电，共面波导结构可以设计在这两个金属层内。因此，在偶极子的下臂的上层金属印刷了共面波导结构，在下臂的下层印刷了一层金属，偶极子下臂的上下层金属通过四个金属化过孔连接。偶极子先通过同轴电缆将信号馈至共面波
23.为了对本发明所提出的垂直极化全向辐射陷波单极子天线的性能进行验证，将仿真设计的天线进行加工测试，并且将实测结果和仿真结果进行对比。该天线的测量结果由安捷伦网络分析仪(安捷n5230a)和远场测量系统(nsi 2000)测试获得。
24.天线仿真和测量的vswr和隔离度的结果如
25.天线仿真和测量的vswr和隔离度的结果如图4所示。对于vswr《 2，所测的频带为2.36-2.71ghz和4.37-6ghz，覆盖了2.4-ghz和5-ghz 的wlan频段。所测得的天线vswr在3.4-3.6ghz陷波频段内大于38。
26.图5给出了水平面的最大增益，在3.4-3.6ghz的陷波频段内，有一个辐射零点，且在陷波频段内所测得的增益全部小于-13dbi。在2.4-ghz 的wlan频段内，测得的增益约为
1.3dbi，在5-ghz的wlan频段内，测得的增益为2-2.3dbi。总之，对于vswr《2，所提出的天线可以覆盖 2.4-2.5ghz和5.15-5.85ghz两个wlan工作频带，而在陷波频段3.4-3.6 ghz，测量的最小增益为-23db。实测结果与仿真结果吻合很好。仿真结果和测量结果之间的偏差主要是由加工制造、安装和宽带测量公差引起的。
27.图6(a)、(b)和(c)分别描绘了2.4ghz、5.2ghz和5.8ghz在水平面的辐射方向图。从图中可以看出，所提出的天线在这三个频点的垂直极化分量不圆度很好，小于2.9db。在2.4ghz频点，天线的交叉极化比大于 20db。在5.2ghz与5.8ghz的频点上，天线的交叉极化比分别大于18db 和16db。概况来说，所提出的平面陷波天线可以实现稳定的全向辐射特性和较小的不圆度。在工作频段内，天线在水平面具有高增益和较小的交叉极化分量。因此，本发明提出的垂直极化全向辐射陷波天线，适用于需要陷波功能的具有大地板全向覆盖wlan应用。
28.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。