基于电磁带隙的双频全向-定向天线

摘要

本发明涉及一种无线通信技术领域的基于电磁带隙的双频全向-定向天线，包括：辐射元件、介质板、接地板和离散端口，辐射元件具有两片结构相同的金属贴片单元，成镜面对称结构，每片金属贴片都呈弧形紧贴于介质板的外表面。接地板位于介质板的内表面，在接地板表面上具有电磁带隙结构。离散端口从介质板的背面馈电。本发明用于无线局域网系统，其结构紧凑，体积小，易于集成在印制电路板中，具有双频特性，可以在用户端和移动端间互相切换。

权利要求

1.一种基于电磁带隙的双频全向-定向天线，包括：辐射元件(1)、介质板(2)、接地板(3)和离散端口(4)，其特征在于：所述辐射元件(1)位于所述介质板(2)的外表面，所述辐射元件(1)具有两片结构相同的金属贴片单元，该金属贴片单元呈镜面对称结构，每片金属贴片都呈弧形紧贴于介质板(2)的外表面，所述接地板(3)位于所述介质板(2)的内表面，在接地板(3)表面上具有电磁带隙结构，所述离散端口(4)，从介质板(2)的背面馈电，所述介质板(2)为圆柱形结构；

所述的金属贴片单元采用双端口同时馈电时形成在360度范围内的全向辐射；采用单端口馈电时在180度范围内形成定向增益接收。

2.根据权利要求1所述的基于电磁带隙的双频全向-定向天线，其特征是，所述介质板(2)的材料为介电常数＝2.2的聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的基于电磁带隙的双频全向-定向天线，其特征是，所述接地板(3)，呈圆柱形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的天线，具体是一种基于电磁带隙的双频全向-定向天线。

背景技术

无线通信的一项重要技术-无线局域网，被广泛的应用于手机，桌面电脑，PDA，笔记本电脑等无线通信设备中。针对各种复杂的无线通信环境，IEEE给出了应用于无线局域网的频带标准：802.11b/g(2.4GHz)和802.11a(5.15-5.8GHz)。要将不同的频带集成于同一设备中，就要求设计能同时工作于两种频带下的双频天线。
当天线处于移动端和客户端的时候，有两种不同的工作状态。当天线处于移动端的时候，要求天线能够360度的全向接收信号；当天线处于客户端的时候，只需要接收来自某一方向的增益信号。两种不同的工作状态，要求天线能够在全向和定向两种不同的状态之间切换，并得到良好的效果。
经对现有技术的检索发现，王晓晶在2005年亚太微波会议(APMC)卷1上发表的文章“基于单平面电磁带隙介质的贴片天线的双频谐振”(Dual-bandResonances of a Patch Antenna on UC-EBG Substrate，Xiaojing Wang，YangHao，Peter S.Hall，APMC 2005 Proceedings，Volume 1)详细论述了采用电磁带隙结构实现双频谐振天线的可能。但是文中所述及的天线并不适用于IEEE标准，且并不具备方向性全向的特性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计一款符合IEEE标准的双频天线即基于电磁带隙的双频全向一定向天线，并能提供两种不同的工作模式，使其能够有效的应用于客户端和移动端。本发明天线的全向辐射特性和定向辐射特性好，结构新颖，体积小，在IEEE规定的两个频带内回波损耗小。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：辐射元件、离散馈电端口、介质板、接地板。所述辐射元件位于介质板的外表面，接地板位于介质板的内表面。辐射元件和离散馈电端口相连，辐射元件由金属贴片构成，在接地板表面上具有电磁带隙结构。本发明接地板采用电磁带隙结构实现天线双频特性，整个天线采用圆柱形结构实现全向辐射特性。
所述介质板为一圆柱形结构。
所述辐射元件，具有两片结构相同的金属贴片单元，成镜面对称结构。每片金属贴片都呈弧形紧贴于介质板的外表面。
所述接地板，呈圆柱形，在接地板表面上具有EBG(电磁带隙)结构。
所述离散馈电端口，从介质板的背面馈电。
本发明通过在接地板上设计电磁带隙结构，形成天线的双频辐射。同时，介质板卷成圆柱形，辐射元件贴片位于介质板的外表面，接地板位于介质板的内表面。辐射元件贴片的尺寸决定了2.4GHz的辐射特性，接地板的电磁带隙结构决定了5.8GHz的辐射特性。圆柱形的结构可使天线形成在水平面全向辐射的特性。
本发明首先通过离散端口将TEM波传输给辐射元件，为了与传输线匹配，阻抗设置为50Ω，离散端口与辐射元件相连接，将电磁能量传输给辐射元件，由辐射元件向外辐射能量。
本发明和现有技术相相比，其效果是积极和明显的。本发明因为在辐射单元结构上采用镜面对称的双贴片结构，双端口同时馈电时，可以形成在360度范围内的全向辐射，同时提高增益。采用单端口馈电时，在180度范围内形成定向增益接收，可以应用于客户端。同时，地板采用EBG(电磁带隙)结构，在单频天线的基础上，形成双频效果。本发明结构简单，体积小，具有天线小型化的特点。本发明符合IEEE标准，可应用于无线局域网。

附图说明

图1(a)是本发明一种离散端口馈电的双频全向定向天线的正面结构示意图；
图1(b)是本发明一种离散端口馈电的双频全向定向天线的纵截面结构示意图；
图2(a)是图1中天线的回波损耗曲线；
图2(b)是图1中天线在2.4GHz频率上的方向图；
图2(c)是图1中天线在5.8GHz频率上的方向图。
图3(a)是图1中天线的回波损耗曲线；
图3(b)是图1中天线在2.4GHz频率上的方向图；
图3(c)是图1中天线在5.8GHz频率上的方向图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：辐射元件1、介质板2、接地板3和离散端口4。
所述辐射元件1位于所述介质板2的外表面。
所述辐射元件1具有两片结构相同的金属贴片单元，成镜面对称结构。每片金属贴片都呈弧形紧贴于介质板2的外表面。
所述介质板2为圆柱形结构，材料为介电常数＝2.2的聚四氟乙烯。
所述接地板3位于所述介质板2的内表面。呈圆柱形，在接地板3表面上具有电磁带隙结构。
所述离散端口4，从介质板2的背面馈电。
本发明通过在接地板3上设计电磁带隙结构，形成天线的双频辐射。同时，介质板2卷成圆柱形，辐射元件1贴片位于介质板2的外表面，接地板3位于介质板2的内表面。辐射元件1贴片的尺寸决定了2.4GHz的辐射特性，接地板3的电磁带隙结构决定了5.8GHz的辐射特性。圆柱形的结构形成全向的辐射特性。
实例一：
图1(a)是本发明的第一实例的天线的正面结构示意图，图1(b)是本发明的第一实例的天线的纵截面结构示意图，具体尺寸为：所述辐射元件1由导电片制成、所述导电片及接地板3采用铜板。该导电片的半径为8.34mm，长度为36.22mm。具有0.018mm的厚度。此外，该导电片可以被电镀和涂层以防止生锈。贴片能被印制在介质板2上。该介质板2为聚四氟乙烯基片，基片的介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0004，半径为8.24mm，长度153mm，厚度为1mm。接地板3半径为7.14mm，长度为51mm，厚度为0.018mm。EBG结构为矩形方孔，长宽均为10.344mm，孔间距离为15.516mm。
图2(a)是第一实例天线的回波损耗曲线，图2(b)是第一实例天线在2.4GHz上的E面方向图，图2(c)是第一实例天线在5.8GHz上的E面方向图。从图中可以看出，该实例采用双片馈电方式，在2.4GHz和5.8GHz上具有全向的辐射特性。同时回波损耗也能看出具有良好的双频特性。
实例二：
图1是本发明第二实例的天线的正面结构示意图，具体结构尺寸与第一实例相同：所述辐射元件1由导电片制成，所述导电片及接地板3采用铜板。该导电片的半径为8.34mm，长度为36.22mm。具有0.018mm的厚度。此外，该导电片可以被电镀和涂层以防止生锈。贴片能被印制在介质板2上。该介质板2为聚四氟乙烯基片，基片的介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0004，半径为8.24mm，长度153mm，厚度为1mm。接地板3半径为7.14mm，长度为51mm，厚度为0.018mm。EBG结构为矩形方孔，长宽均为10.344mm，孔间距离为15.516mm。
图3(a)是第一实例天线的回波损耗曲线，图3(b)是第一实例天线在2.46Hz上的E面方向图，图3(c)是第一实例天线在5.8GHz上的E面方向图。从图中可以看出，该实例采用单片馈电方式，在2.4GHz和5.8GHz上具有定向的辐射特性。同时回波损耗也能看出具有良好的双频特性。
根据该实例，天线可以工作于IEEE的双频标准。因为该天线尺寸和厚度都较小，容易集成在印制电路板中。此外，因为该天线结构简单并容易生产，所以该天线的成本较低。