一种加载八卦形寄生贴片的类太极形双频微带贴片天线

摘要

本发明公开了一种加载八卦形寄生贴片的类太极形双频微带贴片天线，包括介质基板、辐射贴片、类太极形寄生贴片、接地板、八卦形寄生贴片、同轴馈电内芯，辐射贴片和类太极形寄生贴片构成类太极形设计，同时在介质基板上表面类太极形外周印刷八卦形寄生贴片。本发明提出了一种新颖的天线设计，将中国传统的“太极八卦”与天线设计结合在一起，引入寄生贴片，实现了双频带、低回波损耗值、增益的改善，并且降低了天线小型化设计时的复杂性，具备制造简单，成本低的优点，为天线性能改善及双频带天线设计提供了新思路，其应用方向为无线通信领域。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信天线技术领域，具体地是指一种加载八卦形寄生贴片的类太极形双频微带贴片天线设计。

背景技术

微带贴片天线由于其体积小、剖面低、成本低、易于集成的特点而被广泛应用于无线通信、卫星定位等领域，但这种天线在传统设计中仍旧存在低增益、窄带宽、单频段等等限制。为了改善传统微带贴片天线的辐射性能，人们在很多方面做了深入的研究，例如：不同形状的辐射贴片，在辐射贴片刻蚀缝隙，在接地板上刻蚀不同的形状的DGS结构，平面倒F天线设计，曲折线状贴片天线，多层介质基板结构，使用单个FSS(frequency selectivesurface)基板，以及这些技术的结合应用。

发明内容

本发明的目的在于引入一种新型的设计思路，将中国传统的太极八卦与天线设计结合起来，通过独特形状的辐射贴片和类太极形寄生贴片、八卦形寄生贴片设计的结合，在不影响天线尺寸及设计复杂性的前提下，为提高天线在回波损耗、电压驻波比、带宽、增益方面的辐射性能，考虑将中国传统的“太极八卦”与传统的微带贴片天线结合在一起，提出一种改善辐射性能的新颖天线设计。

本发明的技术方案

一种加载八卦形寄生贴片的类太极形双频微带贴片天线，包括天线接地板、介质基板、辐射贴片、类太极形寄生贴片、八卦形寄生贴片以及同轴馈电内芯，所述天线介质基板下表面设置为理想薄导体的接地板，以所述的接地板为XY平面，其正中心为坐标原点，将经过坐标原点与XY水平切面相垂直的数轴定义为Z轴，Z轴的正向沿纸面朝前，X轴的正向沿纸面朝下，Y轴的正向沿纸面朝右。上表面中部设置有耦合在一起形成类“太极”形状的辐射贴片及类太极形寄生贴片，其特殊之处在于辐射贴片设计为太极图案“阴鱼”结构，而类太极形寄生贴片设计为与所述辐射贴片形状对称互补、大小相同的“阳鱼”结构，所述辐射贴片和类太极形寄生贴片均设置为理想薄导体，所述辐射贴片上设置有同轴馈电内芯并将所述辐射贴片和接地板连接在一起，因微带天线采用单馈电设计，且馈电点位置并不在“阴鱼”结构的正中心，故称为“类太极”形设计，所述天线介质基板的上表面“类太极”形外周加载了由8个卦形基元形状组成的“八卦形”结构，八卦共具有8个卦形，每个卦形都为三条相互平行的卦线，每条卦线分别为代表“阳爻”的连通线或者代表“阴爻”的具有间隔的断开线。

进一步的，所述辐射贴片与类太极形寄生贴片大小相同，结构互补。

更进一步的，所述辐射贴片和类太极形寄生贴片由两个圆形进行相加相减操作获得，设计步骤如下：取一个半径为17.1mm的圆，定义为圆1，以该圆心为坐标原点，去掉Y轴负向一侧的半圆部分保留Y轴正向一侧的半圆部分，在X轴上以x＝-8.55为圆心，挖去一个半径为8.55mm的半圆，定义为圆2，将挖去的半圆绕原点逆时针(或顺时针)旋转180度并与剩余的圆1部分相加，即可得到“阴鱼”形状的辐射贴片。其结构最大圆半径为17.1mm，形状近似于中国古老的太极阴阳鱼图案。

更进一步的，所述辐射贴片和所述类太极形寄生贴片围绕所述介质基板上表面中心直接耦合在一起。

更进一步的，所述同轴馈电内芯在电磁仿真模型中设置为理想电导体(pec导体材料)，位于天线正中心沿X轴方向偏移，偏移距离为5.6mm。

更进一步的，所述八卦形寄生贴片，共有8个卦形，八卦中的离卦、坤卦、兑卦、乾卦、坎卦、艮卦、震卦、巽卦以天线介质基板中心为原点，依次以45°顺序旋转印刷在介质基板上表面。

更进一步的，所述八卦卦形的相邻两个卦线之间的垂直间距为1mm，连通线的尺寸为7mm×1mm；断开线由两条尺寸为3mm×1mm的断线组成，且两条断线之间的水平间隔为1mm。

更进一步的，所述介质基板材料采用相对介电常数为3.55的Rogers RO4003，其损耗角正切0.0027。

本发明的优点和有益效果：

本发明提出的加载八卦形寄生贴片的类太极形双频微带贴片天线，在天线的回波损耗及增益方面都有所改善，制备成本低，所提出的新型天线设计，将中国古老的“太极八卦”结构与寄生元件结合在一起，为天线性能改善提供了新设计思路。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图。

图2为图1的前视示意图。

图3为本发明的回波损耗(S

图4为本发明的电压驻波比(VSWR)仿真结果。

图5为本发明的增益仿真结果。

图中：1介质基板，2辐射贴片，3类太极形寄生贴片，4接地板，5八卦形寄生贴片，6同轴馈电内芯。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：

本发明提出的一种加载八卦形寄生贴片的类太极形双频微带贴片天线，如图1所示，包括介质基板1，介质基板1的下表面设置有接地板4，介质基板1的上表面中部设置有耦合在一起形成类“太极”形状的辐射贴片2和类太极形寄生贴片3，辐射贴片2上设置有同轴馈电内芯6，介质基板1的上表面类“太极”形状的外周加载有八卦形寄生贴片5。

所述辐射贴片2是根据圆形微带贴片天线设计的半径计算公式，计算可得主谐振频率为2.45GHz的微带贴片天线圆形贴片半径为17.1mm，因此辐射贴片2由一个半径为17.1mm的大圆和一个半径为8.55mm的小圆复合而成的类太极图形中的“阴鱼”部分(具体设计步骤参见发明内容部分)，“阳鱼”部分作为类太极形寄生贴片3，所述辐射贴片2和类太极形寄生贴片3合成一个近似于“太极”图案并设置于介质基板1上表面的中部。

在本发明的一个具体实施例如图2所示，介质基板1采用80mm×80mm×5mm的Rogers RO4003。辐射贴片2设置为理想薄导体，在仿真软件HFSS中通过给一个二维平面模型分配理想导体边界条件方法来模拟理想薄导体，辐射贴片2中的圆的半径分别为17.1mm和8.55mm，类太极形寄生贴片3由辐射贴片2顺时针旋转180°获得，大小与所述辐射贴片2相同。介质基板1上加载有八卦形寄生贴片5，可以有效进一步降低低频处的回波损耗，并改善增益。同轴馈电内芯6位于天线正中心向X轴正方向偏移，其偏移距离为5.6mm，接地板4设置为理想薄导体。

八卦形寄生贴片5由8个卦形组成，卦形中，每两条相邻卦线之间的垂直间距为1mm，卦线线宽1mm，寄生贴片印刷形状与“后天八卦”完全一致，8个卦形以天线正中心为圆心，顺序旋转45°方向排列。八卦形寄生贴片距离中心的距离参数对性能无影响，可自定义，实施例中八卦形寄生贴片的位置为最外侧金属贴片距天线边缘5mm。

卦线中代表“阳爻”的连通线“—”尺寸为7mm×1mm；卦形中代表“阴爻”的具有间隔的断开线由两条短截线亦即断线组成，短截线的线宽为1mm，线长为3mm，且两条短截线的水平间距为1mm。八卦形寄生贴片5结构印刷简单，由多个矩形寄生贴片构成，复杂性小，可制备性高。

同轴馈电内芯6的上端与辐射贴片2相连接，下端与介质基板1下表面设置的接地板4相连接。同轴馈电内芯6的半径为0.5mm，接地板4的尺寸为80mm×80mm，即在整个介质基板1的下表面覆盖接地板4。

对本发明中设计的微带贴片天线进行仿真，图3为微带贴片天线的回波损耗仿真结果，从图中可看出其低频处回波损耗远低于相同贴片尺寸的传统圆形贴片微带贴片天线的-18.46dB，达到了-34.30dB。

对本发明中设计的微带贴片天线进行仿真，图4为微带贴片天线的电压驻波比(VSWR)仿真结果，从图中可看出其电压驻波比在主谐振频率2.45GHz处为1.03，在5.00GHz处仅为1.6，远低于2。

对本发明中设计的微带贴片天线进行仿真，图5为微带贴片天线的回波损耗仿真结果，从图中可看出其最大增益为7.13dB，其增益有部分改善，高于传统圆形贴片天线的增益7.02dB。

本发明通过采用介质基板1、辐射贴片2、类太极形寄生贴片3、接地板4、八卦形寄生贴片5、同轴馈电内芯6，相互结合构成微带贴片天线，互补结构的类太极形寄生贴片3能够有效改善反射系数、阻抗带宽以及双频带的实现，“八卦形”图案所印刷的寄生贴片能有效改善天线增益，制备成本较低。

除上述发明外，本发明还具备其他可扩展实施方式设计，凡背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明要求的保护范围。