多模宽带高增益天线及无线通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种多模宽带高增益天线及无线通信设备，所述天线包括从上到下依次设置的金属层、介质基板和金属地板，所述介质基板的四周边缘处设置有一圈第一金属通孔，介质基板的中心处两侧对称设置有馈电通孔，以及对称设置有第二金属通孔，所述金属层的中心处两侧对称设置有匹配缝隙，且金属层在靠近两侧边缘处的位置上对称设置有辐射缝隙，所述金属地板在馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙。本发明专利技术采用差分馈电的激励方式，激励了三个可用模式，经由辐射缝隙向外辐射，形成稳定的方向图；通过引入两个匹配缝隙可调节模式匹配，加载的八个金属通孔能将激励的模式合并，形成一种宽带高增益的基片集成波导天线。

Multimode broadband high gain antenna and wireless communication equipment

【技术实现步骤摘要】
多模宽带高增益天线及无线通信设备
本专利技术涉及一种天线，尤其是一种多模宽带高增益天线及无线通信设备，属于无线通信天线

技术介绍
随着现代无线通信技术的发展，基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide，简称SIW)技术被越来越多的应用到微波领域。尤其是基于SIW的天线既兼具传统金属腔体低损耗，高功率容量的特性，又不含其大尺寸、高重量的缺点，易与其他微波器件集成，是微波毫米波天线中的一项重要技术。在实际应用中通常需要一个终端设备能够覆盖多个频段，相比集成多副天线在一个设备内同时或者切换的进行工作，宽带天线能够很好地解决这一需求，且减小了天线部分所需体积，简化了天线结构，有利于终端设备的小型化及成本缩减。刘菊华等人在17年发表的期刊“WidebandTriple-andQuad-ResonanceSubstrateIntegratedWaveguideCavity-BackedSlotAntennasWithShortingVias,”IEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.65,no.11,pp.5768-5775,Nov.2017.中公开了一种基于SIW的宽带天线，该天线激励了多个模式，并利用金属通孔加载的方式使多个模式移动到一起，实现了17.5％的带宽，同时最高增益达到7.27dBi。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种多模宽带高增益天线及无线通信设备，该天线采用差分馈电的激励方式，激励了三个可用模式，经由辐射缝隙向外辐射，形成稳定的方向图；通过引入两个匹配缝隙可调节模式匹配，加载的八个金属通孔能将激励的模式合并，形成一种宽带高增益的基片集成波导天线。本专利技术的目的在于提供一种多模宽带高增益天线。本专利技术的另一目的在于提供一种无线通信设备。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种多模宽带高增益天线，包括从上到下依次设置的金属层、介质基板和金属地板，所述介质基板的四周边缘处设置有一圈第一金属通孔，介质基板的中心处两侧对称设置有馈电通孔，以及对称设置有第二金属通孔，所述金属层的中心处两侧对称设置有匹配缝隙，且金属层在靠近两侧边缘处的位置上对称设置有辐射缝隙，所述金属地板在馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙。进一步的，所述第二金属通孔为八个，其中四个第二金属通孔位于介质基板的中心处第一侧，另外四个第二金属通孔位于介质基板的中心处第二侧；所述介质基板中心处第一侧的四个第二金属通孔中，其中两个第二金属通孔与另外两个第二金属通孔关于水平方向对称；所述介质基板中心处第二侧的四个第二金属通孔中，其中两个第二金属通孔与另外两个第二金属通孔关于水平方向对称；所述介质基板中心处第一侧的四个第二金属通孔与介质基板中心处第二侧的四个第二金属通孔关于竖直方向对称。进一步的，所述介质基板中心处第一侧的四个第二金属通孔，以及介质基板中心处第二侧的四个第二金属通孔均呈弧形分布。进一步的，所述介质基板的厚度为1mm～3mm，所用材料的介电常数为2.2，介质损耗角为0.001。进一步的，所述匹配缝隙、馈电通孔、第二金属通孔和辐射缝隙从天线中心至两侧依次排布。进一步的，所述匹配缝隙为矩形缝隙。进一步的，所述辐射缝隙为朝向金属层中心凸出一部分的凸形缝隙。进一步的，所述圆形缝隙和对应馈电通孔的圆心为同一点，且圆形缝隙的直径大于对应馈电通孔的直径。进一步的，所述馈电通孔的直径为1mm～2mm。进一步的，所述金属层和金属地板的四周边缘处设置有与介质基板上的第一金属通孔对应的第一通孔；所述金属层和金属地板在第二金属通孔的对应位置上设置有第二通孔；所述金属层在馈电通孔的对应位置上设置有第三通孔。进一步的，所述第一金属通孔具有四排，每排第一金属通孔中，相邻两个第一金属通孔之间的间距为3mm～5mm，且每个第一金属通孔的直径为1mm～3mm。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种无线通信设备，包括上述的多模宽带高增益天线。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术在介质基板的四周边缘处设置一圈金属通孔，形成基片集成波导，介质基板的中心处两侧对称设置有馈电通孔，实现了差分馈电的激励方式，相比偏置馈电的方式，差分馈电结构可以使能量朝正上方辐射，形成稳定的不偏转的方向图，并且介质基板上方的金属层的中心处两侧对称设置有匹配缝隙，匹配缝隙位于两个馈电通孔之间，可以极大地改善差分馈电结构的匹配效果，显著提升天线的匹配。2、本专利技术天线用来调节模式的八个金属通孔呈弧形分布，相比直线排列结构，弧形分布多引入了一个可用变量，能够更为灵活的移动模式，提供更优的带宽及匹配效果。3、本专利技术天线的辐射缝隙为朝向金属层中心凸出一部分的凸形缝隙，凸出的部分可用于调节阻抗匹配，形成稳定的方向图。4、本专利技术天线在馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙，圆形缝隙和对应馈电通孔的圆心为同一点，且圆形缝隙的直径大于对应馈电通孔的直径，由于圆形缝隙直径更大，可避免馈电时SMA头的内芯与金属地板短路。5、本专利技术天线使用了三个模式拓宽带宽，具有22％的相对带宽；同时使用高次模作为工作模式，使得天线本身具有高增益效果，最高增益达到11.3dBi。附图说明图1为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线整体示意图。图2为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线的金属层示意图。图3为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线的金属地板示意图。图4为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线回波损耗的仿真曲线图。图5为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线总增益的仿真曲线图。图6为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线在4.6GHz的方向图仿真曲线图。图7为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线在5.1GHz的方向图仿真曲线图。图8为本专利技术实施例的多模宽带高增益天线在5.5GHz的方向图仿真曲线图。其中，1-金属层，2-介质基板，3-金属地板，4-第一金属通孔，5-馈电通孔，6-第二金属通孔，7-第一通孔，8-第二通孔，9-第三通孔，10-圆形缝隙，11-匹配缝隙，12-辐射缝隙。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例：如图1～图3所示，本实施例提供了一种多模宽带高增益天线，该天线为基于基片集成波导的多模宽带高增益天线，能够应用于无线通信设备中，其包括从上到下依次设置的金属层1、介质基板2和金属地板3，即金属层1覆盖在介质基板2的上表面，金属地板3覆盖在介质基板2的下表面，且金属层1、介质基板2和金属地板3的形状均为矩形，长度和宽度的尺寸相同，本实施例的介质基板的厚度为2mm，所用材料的介电常数为2.2，介质损耗角为0.001。进一步地，介质基板的四周边缘处设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模宽带高增益天线，其特征在于：包括从上到下依次设置的金属层、介质基板和金属地板，所述介质基板的四周边缘处设置有一圈第一金属通孔，介质基板的中心处两侧对称设置有馈电通孔，以及对称设置有第二金属通孔，所述金属层的中心处两侧对称设置有匹配缝隙，且金属层在靠近两侧边缘处的位置上对称设置有辐射缝隙，所述金属地板在馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种多模宽带高增益天线，其特征在于：包括从上到下依次设置的金属层、介质基板和金属地板，所述介质基板的四周边缘处设置有一圈第一金属通孔，介质基板的中心处两侧对称设置有馈电通孔，以及对称设置有第二金属通孔，所述金属层的中心处两侧对称设置有匹配缝隙，且金属层在靠近两侧边缘处的位置上对称设置有辐射缝隙，所述金属地板在馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙。


2.根据权利要求1所述的多模宽带高增益天线，其特征在于：所述第二金属通孔为八个，其中四个第二金属通孔位于介质基板的中心处第一侧，另外四个第二金属通孔位于介质基板的中心处第二侧；
所述介质基板中心处第一侧的四个第二金属通孔中，其中两个第二金属通孔与另外两个第二金属通孔关于水平方向对称；
所述介质基板中心处第二侧的四个第二金属通孔中，其中两个第二金属通孔与另外两个第二金属通孔关于水平方向对称；
所述介质基板中心处第一侧的四个第二金属通孔与介质基板中心处第二侧的四个第二金属通孔关于竖直方向对称。


3.根据权利要求2所述的多模宽带高增益天线，其特征在于：所述介质基板中心处第一侧的四个第二金属通孔，以及介质基板中心处第二侧的四个第二金属通孔均呈弧形分布。


4.根据权利要求1-3任一项所述的多模宽带高增益天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔永丹，邹云涌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44