本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域中的天線設(shè)計技術(shù)，特別涉及一種基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，天線作為無線通信系統(tǒng)的前端器件發(fā)揮著越來越重要的作用。除了小型化、低剖面、寬頻帶、高增益、低副瓣等傳統(tǒng)天線要求外，一些新的特性如濾波特性、寬頻帶寬角度掃描特性、多頻帶等等受到更多設(shè)計者的喜愛。近些年，復(fù)合左右手傳輸結(jié)構(gòu)成為電磁領(lǐng)域的研究熱點，利用其左右手傳輸特性，零階諧振特性等一些新穎特殊的分布式電路等效結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)小型化、寬頻帶、多頻帶、濾波特性的天線設(shè)計。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是利用復(fù)合左右手傳輸線中的寬頻帶、多諧振特性，實現(xiàn)一種基于復(fù)合左右傳輸線的全向濾波單極子天線。此天線具有小型化、寬頻帶、濾波特性、通信帶寬外各有兩個增益零點等特點。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線，該天線包括一塊介質(zhì)板和印刷在介質(zhì)板上下兩層的電路，上下兩層的電路包括分布在矩形的介質(zhì)板上的左右對稱耦合的單極子天線，以及分別設(shè)置在對稱耦合的單極子天線一側(cè)的兩個相同的、上下兩層部分重疊的復(fù)合左右手的并聯(lián)諧振單元；沿上下兩層并聯(lián)諧振單元的兩側(cè)分布有對稱的左、右短路接地柱；在矩形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)板的尾部設(shè)有下層地板，串聯(lián)諧振耦合貼片位于下層地板上方，且其部分與下并聯(lián)諧振單元相重疊，并與微帶饋線相連接。作為優(yōu)選方案，所述上下兩層部分重疊的并聯(lián)諧振單元通過兩側(cè)的短路線分別與短路接地柱相接；上下并聯(lián)諧振單元分別與左、右短路接地柱之間的距離為2.2mm；串聯(lián)諧振耦合貼片與尾部的50ω的微帶饋線相連接。作為優(yōu)選方案，所述左右對稱耦合的單極子天線、上下兩層部分重疊的上并聯(lián)諧振單元、串聯(lián)諧振耦合貼片和微帶饋線位于頂層，而下層地板、下并聯(lián)諧振單元位于底層、短路接地柱通過接地通孔上下層相互連接。作為優(yōu)選方案，所述左右對稱耦合的單極子天線為連續(xù)彎折為矩形框的對稱分布結(jié)構(gòu)，左、右單極子天線首端不相接，尾端分別接在左、右短路接地柱上左、右單極子天線的彎折長度為8mm。作為優(yōu)選方案，所述上下兩層部分重疊的并聯(lián)諧振單元重疊部分寬度為1mm。作為優(yōu)選方案，所述串聯(lián)諧振耦合貼片部分與下層地板重疊，部分與下并聯(lián)諧振單元重疊，串聯(lián)諧振耦合貼片與下并聯(lián)諧振單元重疊寬度為2.8mm。作為優(yōu)選方案，下并聯(lián)諧振單元與下層地板不重疊，其間距為0.2mm。作為優(yōu)選方案，所述串聯(lián)諧振耦合貼片的長度為6.5mm，其寬度與上下兩層并聯(lián)諧振單元的寬度相同。作為優(yōu)選方案，介質(zhì)基板的材質(zhì)為fr4，介質(zhì)板大小為14.4mm*36mm，厚度為0.5mm。作為優(yōu)選方案，所述全向濾波單極子天線的中心頻率為2.5ghz，相對帶寬為20％。所述全向濾波單極子天線的xoz面方向圖呈8字形，yoz面方向圖為全向方向圖，交叉極化小于-40db；其增益在頻率帶寬外分別存在兩個增益零點，帶外零點深度小于-20db。本發(fā)明的特點在于：本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線理論，發(fā)明了一種新型的復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線。為了有效地對復(fù)合左右手傳輸單元有進(jìn)行分布電容和電感等效，兩個復(fù)合左右手傳輸單元分別設(shè)置在線路板的上下兩層，以增加天線的設(shè)計自由度。同時，采用結(jié)構(gòu)更加緊湊的彎折線單極子耦合對稱放置，可以實現(xiàn)在頻率帶寬外具有兩個傳輸零點的天線增益特性。通過諧振單元中的耦合長度和短路長度，以及輻射天線的長度等參數(shù)變量，可以快速方便靈活的調(diào)整此全向濾波天線的頻率帶寬。與50ω微帶線相連的串聯(lián)諧振耦合貼片又與另外一層下并聯(lián)諧振單元的短路貼片一起，采用電容耦合的形式，以實現(xiàn)串聯(lián)諧振的左手電容和右手電感。兩個放置于兩側(cè)的接地短路臂的耦合單極子天線作為輻射結(jié)構(gòu)對空間進(jìn)行有效的輻射，以實現(xiàn)工作在特定頻率帶寬下的全向濾波單極子天線。此天線具有頻帶寬、尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、帶外增益零點特性等優(yōu)點，適合應(yīng)用于基站通信、無線局域網(wǎng)等無線通信領(lǐng)域。附圖說明圖1為本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的立體結(jié)構(gòu)視意圖；圖2為本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的平面結(jié)構(gòu)視意圖；圖3為本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的s11曲線圖；圖4為本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的e面主極化與交叉極化方向圖；圖5為本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的h面主極化與交叉極化方向圖；圖6為本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的增益曲線圖。圖中：1、介質(zhì)板；2、左單極子天線；3、上并聯(lián)諧振單元；4、左短路接地柱；5、串聯(lián)諧振耦合貼片；6、微帶饋線；7、下層地板；8、下并聯(lián)諧振單元；9、右短路接地柱；10、右單極子天線。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對發(fā)明做任何限制的依據(jù)。如圖1、圖2所示，為本發(fā)明的基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖。天線主要由介質(zhì)板和印刷在介質(zhì)板1上下兩層的電路組成。而印刷在介質(zhì)板上下兩層的電路包括：分布在矩形的介質(zhì)板1上的左右對稱耦合的單極子天線(左、右單極子天線2、10)，以及分別設(shè)置在對稱耦合的單極子天線一側(cè)的兩個相同的、上下兩層分布的復(fù)合左右手的并聯(lián)諧振單元(上、下并聯(lián)諧振單元3、8)；沿上下兩層并聯(lián)諧振單元的兩側(cè)分布有對稱的金屬化過孔的短路接地柱(左、右短路接地柱4、9)；在矩形結(jié)構(gòu)的介質(zhì)板1的尾部設(shè)有下層地板7，串聯(lián)諧振耦合貼片5位于下層地板7上方，且其部分與下并聯(lián)諧振單元8相重疊，上下兩層部分重疊的并聯(lián)諧振單元分別設(shè)有短路線，串聯(lián)諧振耦合貼片5的尾部設(shè)有50ω的微帶饋線6。上下兩層部分重疊的并聯(lián)諧振單元通過兩側(cè)的短路線分別與短路接地柱相接；串聯(lián)諧振耦合貼片5與50ω的微帶饋線6相接。其中，左單極子天線2、右單極子天線10、上并聯(lián)諧振單元3、串聯(lián)諧振耦合貼片5和微帶饋線6位于頂層，而下層地板7、下并聯(lián)諧振單元8位于底層，左短路接地柱4和右短路接地柱9通過接地通孔上下層相互連接。串聯(lián)諧振耦合貼片5、下并聯(lián)諧振單元8、上并聯(lián)諧振單元3矩形貼片部分則分別設(shè)置在不同層，相互之間存在重合的耦合區(qū)域。其中，左單極子天線2和右單極子天線10為連續(xù)彎折為矩形框的對稱分布結(jié)構(gòu)，左、右單極子天線首端不相接，尾端分別接在左短路接地柱4和右短路接地柱9上。彎折為矩形框邊框長度l4為8.15mm，左單極子天線2和右單極子天線10的彎折長度為8mm。左單極子天線2和右單極子天線10寬度w3為0.5mm。其中，上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8上分別設(shè)有與左短路接地柱4和右短路接地柱9相連的短路線，短路線的寬度w2為0.4mm；上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8分別與左短路接地柱4和右短路接地柱9之間的距離l2為2.2mm。上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8部分相互重疊，重疊部分寬度s1為1mm。上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8結(jié)構(gòu)相同，其寬w1為8mm，長度l1為8mm。其中，串聯(lián)諧振耦合貼片5部分與下層地板7重疊，部分與下并聯(lián)諧振單元8重疊，串聯(lián)諧振耦合貼片5與下并聯(lián)諧振單元8重疊寬度s2為2.8mm。下并聯(lián)諧振單元8與下層地板7不重疊，其間距s3為0.2mm。串聯(lián)諧振耦合貼片5的長度l3為6.5mm，其寬度與上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8的寬度w1相同，為8mm；微帶饋線6的寬度w4為0.9mm。該結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)基板1的材質(zhì)為fr4，介質(zhì)板大小為14.4mm*36mm，即長度l0為36mm，寬度w0為14.4mm，厚度為0.5mm，其余天線結(jié)構(gòu)參數(shù)變量如表1中所示。濾波單極子天線的中心頻率為2.5ghz，相對帶寬為20％。本結(jié)構(gòu)中，與50ω微帶線6相連的串聯(lián)諧振耦合貼片5又與另外一層下并聯(lián)諧振單元8的短路貼片上下重疊。兩個相同尺寸，不同層的上并聯(lián)諧振單元3和下并聯(lián)諧振單元8的短路貼片實現(xiàn)并聯(lián)諧振的右手電容和左手電感。而這兩個并聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)中間采用電容耦合的形式，以實現(xiàn)串聯(lián)諧振的左手電容和右手電感。兩個放置于兩側(cè)的接地短路臂(左短路接地柱4、右短路接地柱9)的耦合單極子天線(左單極子天線2與右單極子天線10)作為輻射結(jié)構(gòu)對空間進(jìn)行有效的輻射。以上這些結(jié)構(gòu)的相互密切配合，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)工作在特定頻率帶寬下的全向濾波單極子天線。其他結(jié)構(gòu)尺寸見表1所示。表1結(jié)構(gòu)w0w1w2w3w4s1s2尺寸(mm)14.480.40.50.912.8結(jié)構(gòu)l0l1l2l3l4s3尺寸(mm)3682.26.58.150.2其中：w0為濾波單極子天線的介質(zhì)板寬度；w1為上并聯(lián)諧振單元3、上串聯(lián)諧振耦合貼片5、下并聯(lián)諧振單元8的寬度；w2為上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8的短路線寬度；w3為左單極子天線2、右單極子天線10的寬度；w4為50ω微帶饋線6的寬度。s1為上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8相互重疊的寬度；s2為串聯(lián)諧振耦合貼片5、下并聯(lián)諧振單元8相互重疊的寬度；s3為下層地板7與下并聯(lián)諧振單元8之間的距離。l0為濾波單極子天線的介質(zhì)板長度；l1為上并聯(lián)諧振單元3、下并聯(lián)諧振單元8的長度；l2為上并聯(lián)諧振單元3、串聯(lián)諧振耦合貼片5、下并聯(lián)諧振單元8與左短路接地柱4和右短路接地柱9之間的間距；l3為串聯(lián)諧振耦合貼片5的長度；l4為左單極子天線2、右單極子天線10的彎折長度。本發(fā)明天線其等效的分布式復(fù)合左右手傳輸線天線原理為：左單極子天線2與右單極子天線10耦合對稱設(shè)置在頻率帶寬外分別產(chǎn)生兩個增益零點；上并聯(lián)諧振單元3和下并聯(lián)諧振單元8為相等的并聯(lián)諧振單元，等效為復(fù)合左右手的并聯(lián)諧振的左手電感和右手電容；上并聯(lián)諧振單元3和下并聯(lián)諧振單元8耦合重疊部分等效為復(fù)合左右手傳輸線的串聯(lián)諧振的左手電容和右手電感；左短路接地柱4、下層地板7、右短路接地柱9為地；串聯(lián)諧振耦合貼片5和下并聯(lián)諧振單元8耦合重疊部分等效為復(fù)合左右手傳輸線的串聯(lián)諧振的左手電容和右手電感，且串聯(lián)諧振耦合貼片5與50ω微帶饋線6相連又作為阻抗匹配的關(guān)鍵部位。以上結(jié)構(gòu)設(shè)置共同作用，形成一個良好的基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線。本發(fā)明基于復(fù)合左右手傳輸線理論，設(shè)計的新型復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線，通過上并聯(lián)諧振單元3、串聯(lián)諧振耦合貼片5、下并聯(lián)諧振單元8中的耦合長度和短路長度，以及輻射天線的長度等參數(shù)變量，可以快速方便靈活的調(diào)整此全向濾波天線的頻率帶寬。如圖3所示，為本實施例的s11參數(shù)曲線圖。作為優(yōu)選方案，全向濾波單極子天線中心頻率為2.5ghz，相對帶寬為20％。如圖4所示，為本實施例的e面(xoz面)主極化和交叉極化方向圖。e面(xoz面)方向圖呈8字形，交叉極化小于-40db。如圖5所示，為本實施例的h面(yoz面)主極化和交叉極化方向圖。h面(yoz面)方向圖為全向方向圖，交叉極化小于-40db。如圖6所示，為本實施例的增益曲線。其增益在頻率帶寬外分別存在兩個增益零點，帶外零點深度小于-20db。以上對本發(fā)明所提供的一種基于復(fù)合左右手傳輸線的全向濾波單極子天線進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并應(yīng)用了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述及實現(xiàn)。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出：對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12