[发明专利]一种基于超材料单元的小型化双频带单极子天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信终端的天线技术领域，涉及一种基于超材料单元的小型化双频带单极子天线。

背景技术

目前，随着无线通信技术的发展以及各种通信标准的日益兴起，无线通信产品的功能越来越复杂和多样，一般都能够支持多个频段的不同通信标准。与此同时，无线通信产品内部的电路也更为复杂。在无线终端设计时预留给天线的空间也越来越少，而对天线的功能要求却越来越多样和苛刻。

在市场上,无线产品种类繁多,用户在选择产品时有着更多的选择空间。用户对无线产品的要求不仅仅满足于其性能，同时还对产品的外形有着较高的要求，大多数用户趋向于购买体积小、便于携带的无线产品。因此无论是技术还是市场，都要求无线设备往小型化的方向发展。电路的高度集成化可以跟上无线设备小型化的需求，天线的体积往往成为无线产品体积缩减的瓶颈。近年来，超材料天线成为射频工程领域的一个研究热点。随着超材料应用研究的发展，越来越多的科研人员利用超材料来设计天线，以达到实现天线的小型化、全向性、高效率等目的，并且在这一领域的研究工作取得了较多的科研成果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于超材料单元的小型化双频带单极子天线，该天线采用基于超材料的电谐振环单元实现天线的小型化、双频带工作，在普通单极子天线上加两个对称电谐振环，这两个环分别刻蚀在介质板的正反面。加载环后的天线可以保证天线在低剖面的前提下，获得更低的谐振频率和更高的增益。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于超材料单元的小型化双频带单极子天线，其结构包括辐射部分、介质基板、接地板和馈线；

所述辐射部分包括一金属条和一金属环，金属环在金属条的顶端，它由从中间断裂的矩形环再往里凹陷形成，并凹陷的金属条间有一定的间隙；

所述介质基板厚度均匀，在基板的上方是辐射部分，下方是接地板和一个同样大小的金属环，且该金属环位于辐射部分金属环的正下方位置；

所述接地板的宽度与介质基板的宽度一样，高度比介质基板的长度要小；

所述馈线包括内芯线和屏蔽层，内芯与辐射部分的底端相连接，屏蔽层与接地板相连接。

进一步，所述两个金属环的长度L4为8.9-9.5mm，宽度W4为8.9-9.5mm，环的内长度L5为3-3.2mm，内宽度W6为3-4mm，环的金属宽度W5为0.3-0.8mm，L6为0.6-1mm。

进一步，所述介质基板的厚度为0.6-1.2mm。

进一步，所述辐射部分的金属条的中段部分的长度为：L2为7.5-8.5mm，宽度为：W2为1.6-2mm；下端部分长度为：L3为9.9-10.9mm，宽度为：W3为0.8-1.2mm。

进一步，介质基板的长度L1为28-32mm，宽度W1为12-16mm，介质板的厚度为0.6-1mm，材料的相对介电常数在4-5之间。

进一步，所述金属接地板的高度比介质基板的长度要小，其长度L7为9-13mm。

本发明的有益效果在于：本发明所述的天线具有以下优点：超材料电谐振环的加入，使天线的谐振频点降低，并且出现了一个更低谐振频率点，使天线出现了两个谐振峰，并且保证了天线的原有带宽没有变化；该天线具有良好的阻抗匹配和辐射增益；通过尺寸变化，该天线的工作频段可以任意调节，可以广泛用于WLAN，WiMAX等无线通信系统中。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述的超材料单极子天线的整体结构图；

图2为该天线的俯视图；

图3为该天线的底视图；

图4为仿真得到的反射系数随频率变化曲线图；

图5为仿真得到的该天线在xy平面和xz平面的辐射方向图，虚线表示交叉极化方向图，实线表示共面极化方向图；子图(a)、(b)、(c)、(d)分别代表在频点2.3GHz时的xy平面、频点2.3GHz时的xz平面、频点3.3GHz时的xy平面、以及3.3GHz时的xz平面辐射方向图；

其中，1-微带馈线、2-金属地板、3-单极子天线、4-上超材料环、5-下超材料环、6-介质基板、7-SMA接口。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。