本技术涉及天线领域，具体涉及一种应用于无线通信单极子宽带天线。
背景技术：
：随着科学技术的发展，许多的天线在各种的无线应用中使用，其中主流的是低剖面和易于制造印刷阴极保护天线，但是由于技术尚未完全成熟，仍旧需要对天线进行足够的设计尝试，从而设计出满足要求的最优结构。传统单极子天线的带宽通常小于5％，属于窄带天线。为了达到展宽频带的目的，需要对天线结构进行优化。微带线结构在天线中的应用日趋完善,人们把更多的注意力转移到了共面波导结构,以寻求天线的更小尺寸。共面波导馈电的平面天线研究具有非常重要的意义.共面波导作为一种平面传输线结构,不仅具有微带线结构的低剖面,低成本和易共形等优点,自身还具有低色散性,易集成和低传输损耗等优势。共面波导结构，在传导带两侧各有两个矩形，主要用于传输。缝隙天线是将cp共面波导(cpw)天线可分为单极型和缝隙型。该单极天线具有w的接地延伸到辐射贴片的方向，并在天线内部形成一个缝隙。地面的延伸增加了电流分布面积，与贴片一起实现了辐射功能，实现了天线的宽带化和小型化。微带槽天线以其平面几何形状、宽阻抗带宽、易于与有源器件(mmic)集成等优点，受到无线通信系统的广泛关注。对于缝隙天线，可以通过调整缝隙或馈线的几何拓扑来达到要求。与微带馈电相比，cpw结构具有辐射损耗低、色散小、易于集成mmic模块或半导体器件进行有源集成天线设计等优点。技术实现要素：本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种应用于无线通信单极子宽带天线，本应用于无线通信单极子宽带天线能把5.2ghz与5.5ghz这两个频段覆盖在天线的工作频率下，实现在无线局域网wlan(5.15ghz-5.25ghz)频段、全球微波互联接入wimax(5.25ghz-5.85ghz)等中的运用，从而实现展宽频带的目的。为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：一种应用于无线通信单极子宽带天线，包括介质板、主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线和接地贴片单元，所述主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线均设置于介质板上表面，所述接地贴片单元设置于介质板下表面；所述主辐射贴片单元的中上部设有圆形切口，中下部开设有条形切口且条形切口贯穿主辐射贴片单元的中部底端，所述圆形切口与条形切口连通，位于条形切口左侧的圆形切口底端设有向圆形切口内侧凸出的方形辐射贴片，该方形辐射贴片与主辐射贴片单元为一体结构；所述寄生贴片单元为圆形，且位于主辐射贴片单元的圆形切口内侧；所述传输线位于主辐射贴片单元的条形切口内侧，且传输线的顶部向圆形切口内侧延伸；所述方形辐射贴片的右侧边与条形切口的左侧边均位于同一条直线上，所述传输线与条形切口的左侧边之间设有间隙，所述传输线与条形切口的右侧边设有间隙。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述介质板为矩形。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述介质板采用环氧树脂玻璃纤维板材料，其相对介电常数εr为4.4，透明度为0.6。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述介质板的长度w1为38.5mm，宽度l1为30mm，厚度为h为1mm。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述寄生贴片单元的半径r3为4mm。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述方形辐射贴片的长度n为4mm，宽度m为2.5mm。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述传输线的长度l为20mm，宽度s为2mm。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述传输线与条形切口的左侧边之间设有间隙a为0.2mm，所述传输线与条形切口的右侧边设有间隙a为0.2mm。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述接地贴片单元为正方形贴片，边长n1为5mm。作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线和接地贴片单元均采用金属贴片材质。本实用新型的有益效果为：本实用新型的馈电方式采用共面波导馈电，具有辐射损耗低、色散小、易于集成mmic模块或半导体器件进行有源集成天线设计等优点。并且实用新型的天线可以应用于无线局域网wlan(5.15ghz-5.25ghz)频段和全球微波互联接入wima(5.25ghz-5.85ghz)频段，其结构较为简单且造型新颖、制作方便、尺寸较小、带宽较宽、性能良好。在工作频段为5.2ghz时，最终优化后回波损耗可为-38.0667db。在-10db时带宽为0.98ghz(4.58ghz-5.53ghz)，达到了扩宽频带的性能效果，且性能良好，具有一定的实用性。附图说明图1是本实施例的天线平面正面图。图2是本实施例的天线平面背面图。图3是本实施例的参数l优化的回波损耗s11示意图。图4本实施例的的参数r3优化的回波损耗s11示意图。图5是本实施例的参数m优化的回波损耗s11示意图。图6是本实施例的参数n优化的回波损耗s11示意图。图7是本实施例的参数a优化的回波损耗s11示意图。图8是本实施例的5.2ghz的e平面和h平面方向图。图9是本实施例的5.2ghz的3d辐射图。图10是本实施例的5.5ghz的e平面和h平面方向图。图11是本实施例的5.5ghz的3d辐射图。图12是本实施例的设计的天线的vswr示意图。图13是本实施例的仿真增益示意图。图14是本实施例的仿真回波损耗示意图。具体实施方式下面根据附图对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：如图1和图2所示，一种应用于无线通信单极子宽带天线，包括介质板1、主辐射贴片单元2、寄生贴片单元5、传输线6和接地贴片单元7，所述主辐射贴片单元2、寄生贴片单元5、传输线6均设置于介质板1上表面，所述接地贴片单元7设置于介质板1下表面。所述主辐射贴片单元2的中上部设有圆形切口3，中下部开设有条形切口4且条形切口4贯穿主辐射贴片单元2的中部底端，所述圆形切口3与条形切口4的顶部连通，位于条形切口4左侧的圆形切口3底端设有向圆形切口3内侧凸出的方形辐射贴片8，该方形辐射贴片8与主辐射贴片单元2为一体结构；所述寄生贴片单元5为圆形，且位于主辐射贴片单元2的圆形切口3内侧。所述传输线6位于主辐射贴片单元2的条形切口4内侧，且传输线6的顶部向圆形切口3内侧延伸。所述方形辐射贴片8的右侧边与条形切口4的左侧边均位于同一条直线上，所述传输线6与条形切口4的左侧边之间设有间隙，所述传输线6与条形切口4的右侧边设有间隙。本实施例中，所述介质板1为矩形。本实施例中，所述介质板1采用环氧树脂玻璃纤维板材料，其相对介电常数εr为4.4，透明度为0.6。本实施例中，所述介质板1的长度w1为38.5mm，宽度l1为30mm，厚度为h为1mm。本实施例中，所述寄生贴片单元5的半径r3为4mm。本实施例中，所述方形辐射贴片8的长度n为4mm，宽度m为2.5mm。本实施例中，所述传输线6的长度l为20mm，宽度s为2mm。本实施例中，所述传输线6与条形切口4的左侧边之间设有间隙a为0.2mm，所述传输线6与条形切口4的右侧边设有间隙a为0.2mm。本实施例中，如图2所示，所述接地贴片单元为正方形贴片，边长n1为5mm。本实施例中，所述主辐射贴片单元2、寄生贴片单元5、传输线6和接地贴片单元均采用金属贴片材质。本实施例核心馈电方式采用共面波导馈电方式。由仿真模型图可知，此天线中心开一个大圆形切口3和周围其他贴片的形状、位置来实现共面波导天线，设介质板1的下方中点为坐标系中心点，采用hfss软件进行仿真优化。优化后的基本尺寸如表1所示。表1为平面天线的基本尺寸。参数值(mm)参数值(mm)参数值(mm)h1r34n4s2w138.5m2.5l20l130r12a0.2n15在本实施例中，图3是对参数l进行优化分析(其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗)，就此来观察其回波损耗s11的图，其中参数l表示贴片传输线6的长度。l取l＝19mm(方形标识曲线)、l＝20mm(光滑曲线)、l＝21mm(圆形标识曲线)和l＝22mm(三角形标识曲线)共四种尺寸。在l＝19mm时，如图中方形标识曲线所示，其第一个频率在5.2ghz左右，但其回波损耗高于-15db，所以此频率的效果不理想。由图3可见，当l＝20mm时达到较好的效果，即图中光滑曲线所示，l长度过长或者过短对天线性能都有一定程度的影响。在本实施例中，图4是对参数r3进行优化(其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗)，r3为寄生贴片单元5的半径尺寸。选取r3＝3mm(方形标识曲线)、r3＝4mm(光滑曲线)、r3＝5mm(圆形标识曲线)、r3＝6mm(三角形标识曲线)总共四个尺寸进行优化。如图4所示，可以看出当r3＝4mm时，即光滑曲线所示，性能能效果比较好。由图可知，r3越大天线的性能反而越差。在本实施例中，图5，图6是对参数m和n进行优化，m和n能够改变共面波导天线的缝隙大小，从而得到天线的性能效果。采用光滑曲线表示最优参数尺寸曲线。分别取m＝2.5mm(光滑曲线)、m＝3mm(正方形标识曲线)、m＝3.5mm(圆形标识曲线)、m＝4mm(三角形标识曲线)；n＝3mm(正方形标识曲线)、n＝4mm(光滑曲线)、n＝5mm(圆形标识曲线)、n＝6mm(三角形标识曲线)。由下面两图可知，当m＝2.5mm，n＝4mm时，此时天线性能效果可比较好。其设计的频率覆盖wlan的5.15ghz-5.25ghz频段、全球微波互联接入wimax5.25ghz-5.85ghz。在-10db时带宽为0.95ghz(4.58ghz-5.53ghz)；优化后5.2ghz的回波损耗约为-38.0667db。在本实施例中，图7是对参数a进行优化，a为传输线6与主辐射贴片单元2之间缝隙的尺寸。选取了a＝0.2mm(曲线光滑)、a＝0.4(正方形标识曲线)、a＝0.6mm(圆形标识曲线)、a＝0.8mm(三角形标识曲线)，总共四个尺寸进行优化。如图7所示，可以看出当a＝0.2mm时效果比较好，能够工作在理想的5.2ghz-5.5ghz频段。由图可知，a越大即贴片之间的缝隙越宽性能反而越不理想。在本实施例中，辐射方向图能直观地看到天线的性能参数，可以用二维或者三维图来显示不同方向的辐射强度，来得到天线方向的分布。在本节的分析天线中，查看天线的各种性能参数，主要观察其e平面方向图和h平面方向图。图8为频率在5.2ghz的天线二维辐射方向图，e平面方向图用实线表示，h平面方向图用虚线表示。图9表示频率在5.2ghz处的天线三维辐射方向图。从图中可以看出，e平面朝着两个方向辐射，可达180度，呈双波半辐射；而h平面可达到全向辐射，辐射效果较好，主辐射方向在上下两端。增益可达到4.37db，辐射效果具有较好的应用性。图10为频率在5.5ghz的天线二维辐射方向图，e平面方向图用实线表示，h平面方向图用虚线表示。图11表示频率在5.5ghz处的天线三维辐射方向图。从图中可以看出，e平面朝着两个方向辐射，可达180度，也呈双波半辐射；而h平面也可达到全向辐射，辐射效果较好，主辐射方向在上下两端。增益可达到4.4db，辐射效果具有较好的应用性。在本实施例中，回波损耗和驻波比其实是一个指标，两者可以相互转换，本实施例用hfss查看其驻波，如图12所示(其中横坐标为频率，纵坐标为驻波比)，工程上一般要求驻波比小于2或2.5，可见图中驻波比在1.02和1.8之间，驻波性能较好。图13为仿真增益(其中横坐标为频率，纵坐标为增益)。图14为仿真回波损耗(其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗)，在-10db时带宽为0.95ghz(4.58ghz-5.53ghz)；优化后5.2ghz的回波损耗约为-38.0667db。本实施例工作原理如下：以介质板1、主辐射贴片单元2、寄生贴片单元5、传输线6和接地贴片单元构成本天线基本结构。采用环氧树脂玻璃纤维板(fr4)材料作为介质板材料，其相对介电常数εr为4.4，并且设置其透明度为0.6。尺寸为：长为w1＝38.5mm，宽为l1＝30mm，厚度为h＝1mm；选用金属作为主辐射贴片单元2、寄生贴片单元5、传输线6和接地贴片单元。由仿真模型图可知，此主辐射贴片单元2中心开一个大圆形切口3和周围其他贴片的形状、位置来实现共面波导天线，设介质板1的下方中点为坐标系中心点，采用hfss软件进行仿真优化，通过不同参数的改变得出最优结构，并且对最优结构进行了说明。总体而言，天线的仿真结果与预期结果吻合，达到了扩宽频带的性能效果，且性能良好，具有一定的实用性。本实施例设计的天线可以应用于无线局域网wlan(5.15ghz-5.25ghz)频段和全球微波互联接入wima(5.25ghz-5.85ghz)频段，其结构较为简单且造型新颖、制作方便、尺寸较小、带宽较宽、性能良好。本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。当前第1页1 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技术特征：1.一种应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：包括介质板、主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线和接地贴片单元，所述主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线均设置于介质板上表面，所述接地贴片单元设置于介质板下表面；
所述主辐射贴片单元的中上部设有圆形切口，中下部开设有条形切口且条形切口贯穿主辐射贴片单元的中部底端，所述圆形切口与条形切口连通，位于条形切口左侧的圆形切口底端设有向圆形切口内侧凸出的方形辐射贴片，该方形辐射贴片与主辐射贴片单元为一体结构；
所述寄生贴片单元为圆形，且位于主辐射贴片单元的圆形切口内侧；
所述传输线位于主辐射贴片单元的条形切口内侧，且传输线的顶部向圆形切口内侧延伸；
所述方形辐射贴片的右侧边与条形切口的左侧边均位于同一条直线上，所述传输线与条形切口的左侧边之间设有间隙，所述传输线与条形切口的右侧边设有间隙。
2.根据权利要求1所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述介质板为矩形。
3.根据权利要求2所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述介质板采用环氧树脂玻璃纤维板材料，其相对介电常数εr为4.4，透明度为0.6。
4.根据权利要求3所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述介质板的长度w1为38.5mm，宽度l1为30mm，厚度为h为1mm。
5.根据权利要求1所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述寄生贴片单元的半径r3为4mm。
6.根据权利要求1所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述方形辐射贴片的长度n为4mm，宽度m为2.5mm。
7.根据权利要求1所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述传输线的长度l为20mm，宽度s为2mm。
8.根据权利要求7所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述传输线与条形切口的左侧边之间设有间隙a为0.2mm，所述传输线与条形切口的右侧边设有间隙a为0.2mm。
9.根据权利要求1所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述接地贴片单元为正方形贴片，边长n1为5mm。
10.根据权利要求1至9任一项所述的应用于无线通信单极子宽带天线，其特征在于：所述主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线和接地贴片单元均采用金属贴片材质。
技术总结本实用新型公开了一种应用于无线通信单极子宽带天线，包括介质板、主辐射贴片单元、寄生贴片单元、传输线和接地贴片单元，主辐射贴片单元的中上部设有圆形切口，中下部开设有条形切口且条形切口贯穿主辐射贴片单元的中部底端，位于条形切口左侧的圆形切口底端设有向圆形切口内侧凸出的方形辐射贴片；本实用新型采用背面接地方式，其馈电方式采用共面波导馈电，可以应用于无线局域网WLAN(5.15GHz‑5.25GHz)频段和全球微波互联接入WiMA(5.25GHz‑5.85GHz)频段，其结构较为简单且造型新颖、制作方便、尺寸较小、带宽较宽、性能良好。
技术研发人员：尹春瑞;张丹;周进权;张彦琪;丁振东
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2020.09.05
技术公布日：2021.03.12
