全文摘要
本实用新型公开了一种高增益自双工背腔天线及无线通信设备，该天线包括基片集成波导，所述基片集成波导包括介质基片、四条金属化通孔列和两个独立金属化通孔，四条金属化通孔列围绕在介质基片的四周，介质基片的顶部设有第一矩形贴片，介质基片的底部设有第二矩形贴片；第一矩形贴片的第一对角线两端分别设有第一端口和第二端口，第一矩形贴片上刻蚀有两个尺寸不同的U形缝隙，尺寸较大的U形缝隙位于Y轴与第一端口之间，尺寸较小的U形缝隙位于Y轴与第二端口之间，两个独立金属化通孔位于尺寸较小的U形缝隙与第二端口之间，并关于X轴对称。本实用新型具有结构简单、结构紧凑、高增益的特点，易于与各种无线通信设备的射频模块集成。
主设计要求
1.高增益自双工背腔天线，其特征在于：包括基片集成波导，所述基片集成波导包括介质基片、四条金属化通孔列和两个独立金属化通孔，所述四条金属化通孔列围绕在介质基片的四周，所述介质基片的顶部设有第一矩形贴片，介质基片的底部设有第二矩形贴片；所述第一矩形贴片的第一对角线两端分别设有第一端口和第二端口，第一矩形贴片上刻蚀有两个尺寸不同的U形缝隙，尺寸较大的U形缝隙位于Y轴与第一端口之间，尺寸较小的U形缝隙位于Y轴与第二端口之间，所述两个独立金属化通孔位于尺寸较小的U形缝隙与第二端口之间，并关于X轴对称；其中，所述X轴和Y轴所在的坐标系由第一矩形贴片相邻两边的中线建立的坐标系顺时针旋转45度形成。
设计方案
1.高增益自双工背腔天线，其特征在于：包括基片集成波导，所述基片集成波导包括介质基片、四条金属化通孔列和两个独立金属化通孔，所述四条金属化通孔列围绕在介质基片的四周，所述介质基片的顶部设有第一矩形贴片，介质基片的底部设有第二矩形贴片；
所述第一矩形贴片的第一对角线两端分别设有第一端口和第二端口，第一矩形贴片上刻蚀有两个尺寸不同的U形缝隙，尺寸较大的U形缝隙位于Y轴与第一端口之间，尺寸较小的U形缝隙位于Y轴与第二端口之间，所述两个独立金属化通孔位于尺寸较小的U形缝隙与第二端口之间，并关于X轴对称；其中，所述X轴和Y轴所在的坐标系由第一矩形贴片相邻两边的中线建立的坐标系顺时针旋转45度形成。
2.根据权利要求1所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述两个U形缝隙均包括第一矩形段、第二矩形段和第三矩形段，所述第二矩形段绕第一矩形段的第一侧两个顶点逆时针旋转一定角度，并与第一矩形段的第一侧相连，所述第三矩形段绕第一矩形段的第二侧两个顶点顺时针旋转一定角度，并与第二矩形段的第二侧相连。
3.根据权利要求2所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：在任一个U形缝隙中，所述第一矩形段的长度大于第二矩形段、第三矩形段的长度，所述第二矩形段和第三矩形段的长度相同。
4.根据权利要求1所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述两个U形缝隙中，尺寸较大的U形缝隙与Y轴之间的距离为3mm～4mm，尺寸较小的U形缝隙与Y轴之间的距离为7mm～9mm。
5.根据权利要求1所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述四条金属化通孔列的其中两条相邻的金属化通孔列靠近第一端口，所述四条金属化通孔列的另外两条相邻的金属化通孔列靠近第二端口。
6.根据权利要求1所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述第一矩形贴片的四条边与介质基片的四条边一一对应平齐。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述四条金属化通孔列的其中两条相对的金属化通孔列中，相邻两个金属化通孔圆心之间的距离为1.55mm～1.6mm；
所述四条金属化通孔列的另外两条相对的金属化通孔列中，相邻两个金属化通孔圆心之间的距离为1.4mm～1.5mm。
8.根据权利要求1-6任一项所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述两个独立金属化通孔的圆心与X轴之间的距离为3mm～5mm，两个独立金属化通孔的圆心与Y轴之间的距离为12mm～13mm。
9.根据权利要求1-6任一项所述的高增益自双工背腔天线，其特征在于：所述第一端口和第二端口均包括长度为7mm～8mm，宽度为5.5mm～6.5mm的微带线。
10.无线通信设备，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的高增益自双工背腔天线。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种天线，尤其是一种高增益自双工背腔天线及无线通信设备，属于天线技术领域。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，紧凑、轻量和高性能的双频或多频天线的需求也同时增加。同时现代手持无线设备经常在多个通信标准下工作，因此接收机需要高阶双工器来分离不同频段的信号。此外，卫星收发系统具有不同的上行\/下行频率，利用滤波器隔离发射和天线接收到的信号。自双工天线在两个工作频率频段的端口之间具有良好的隔离度，不需要额外使用高阶双工器，将射频前端的系统网络进行了小型化和简化，降低了系统的复杂度，从而提高了效率，降低了成本。由于这些突出的特征，最近自双工天线的研究越来越受到研究者的关注。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高增益自双工背腔天线，该天线具有结构简单、结构紧凑、高增益的特点，易于与各种无线通信设备的射频模块集成。
本实用新型的另一目的在于提供一种无线通信设备。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
高增益自双工背腔天线，包括基片集成波导，所述基片集成波导包括介质基片、四条金属化通孔列和两个独立金属化通孔，所述四条金属化通孔列围绕在介质基片的四周，所述介质基片的顶部设有第一矩形贴片，介质基片的底部设有第二矩形贴片；
所述第一矩形贴片的第一对角线两端分别设有第一端口和第二端口，第一矩形贴片上刻蚀有两个尺寸不同的U形缝隙，尺寸较大的U形缝隙位于Y轴与第一端口之间，尺寸较小的U形缝隙位于Y轴与第二端口之间，所述两个独立金属化通孔位于尺寸较小的U形缝隙与第二端口之间，并关于X轴对称；其中，所述X轴和Y轴所在的坐标系由第一矩形贴片相邻两边的中线建立的坐标系顺时针旋转45度形成。
进一步的，所述两个U形缝隙均包括第一矩形段、第二矩形段和第三矩形段，所述第二矩形段绕第一矩形段的第一侧两个顶点逆时针旋转一定角度，并与第一矩形段的第一侧相连，所述第三矩形段绕第一矩形段的第二侧两个顶点顺时针旋转一定角度，并与第二矩形段的第二侧相连。
进一步的，在尺寸较大的U形缝隙中，第二矩形段绕第一矩形段的第一侧逆时针旋转的角度以及第三矩形段绕第一矩形段的第二侧顺时针旋转的角度均为45°～50°；
在尺寸较小的U形缝隙中，第二矩形段绕第一矩形段的第一侧逆时针旋转的角度以及第三矩形段绕第一矩形段的第二侧顺时针旋转的角度均为55°～60°。
进一步的，在任一个U形缝隙中，所述第一矩形段的长度大于第二矩形段、第三矩形段的长度，所述第二矩形段和第三矩形段的长度相同。
进一步的，在尺寸较大的U形缝隙中，第一矩形段的长度为4.5mm～5.5mm，第二矩形段和第三矩形段的长度均为3mm～4mm；
在尺寸较小的U形缝隙中，第一矩形段的长度为2.5mm～3mm，第二矩形段和第三矩形段的长度均为1.5mm～2mm。
进一步的，所述两个U形缝隙中，尺寸较大的U形缝隙与Y轴之间的距离为3mm～4mm，尺寸较小的U形缝隙与Y轴之间的距离为7mm～9mm。
进一步的，所述四条金属化通孔列的其中两条相邻的金属化通孔列靠近第一端口，所述四条金属化通孔列的另外两条相邻的金属化通孔列靠近第二端口。
进一步的，所述第一矩形贴片的四条边与介质基片的四条边一一对应平齐。
进一步的，所述四条金属化通孔列的其中两条相对的金属化通孔列中，相邻两个金属化通孔圆心之间的距离为1.55mm～1.6mm；
所述四条金属化通孔列的另外两条相对的金属化通孔列中，相邻两个金属化通孔圆心之间的距离为1.4mm～1.5mm。
进一步的，所述四条金属化通孔列中的金属化通孔直径为0.6mm～1mm。
进一步的，所述两个独立金属化通孔的圆心与X轴之间的距离为3mm～5mm，两个独立金属化通孔的圆心与Y轴之间的距离为12mm～13mm。
进一步的，所述第一端口和第二端口均包括长度为7mm～8mm，宽度为5.5mm～6.5mm的微带线。
进一步的，所述介质基片采用厚度为1.57mm的Rogers RT 5880，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。
本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
无线通信设备，包括上述的高增益自双工背腔天线。
本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本实用新型天线通过在同一个腔体内分别激励TE120模和TE220模，产生了两个在分别在两个端口馈电时互不干扰的频点，仿真结果表明，低频点和高频点增益分别达到了6.1dBi和5dBi。
2、本实用新型天线可以通过改变较大尺寸U形缝隙的宽度以及较小尺寸U形缝隙与第二端口之间的独立金属化通孔位置分别改变低频以及高频频率，实现了频率的独立可调，并且隔离度依然能保持在20dB以上。
附图说明
图1为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线的结构图。
图2为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线在7.52GHz的E面辐射场方向图。
图3为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线在7.52GHz的H面辐射场方向图。
图4为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线在9.84GHz的E面辐射场方向图。
图5为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线在9.84GHz的H面辐射场方向图。
图6为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线的S参数图。
图7为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线改变D4值时S参数的变化情况图。
图8为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线改变Ws1值时S参数的变化情况图。
图9为本实用新型实施例的高增益自双工背腔天线的第一端口Port1和第二端口Port2分别馈电时各自阻抗带宽内的增益变化图。
其中，1-介质基片，2-第一金属化通孔列，3-第二金属化通孔列，4-第三金属化通孔列，5-第四金属化通孔列，6-第一独立金属化通孔，7-第二独立金属化通孔，8-第一矩形贴片，9-第一端口，10-第二端口，11-第一U形缝隙，12-第二U形缝隙，13-直线。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：
如图1所示，本实施例提供了一种高增益自双工背腔天线，包括基片集成波导，该基片集成波导包括介质基片1、四条金属化通孔列和两个独立金属化通孔，四条金属化通孔列围绕在介质基片1的四周，形成一圈金属化通孔，四条金属化通孔列分别为第一金属化通孔列2、第二金属化通孔列3、第三金属化通孔列4和第四金属化通孔列5，其中第一金属化通孔列2与第二金属化通孔列3相邻，第三金属化通孔列4与第四金属化通孔列5相邻，第一金属化通孔列2与第四金属化通孔列5相对，第二金属化通孔列3与第三金属化通孔列4相对，两个独立金属化通孔分别为第一独立金属化通孔6和第二独立金属化通孔7，介质基片1的顶部设有第一矩形贴片8，介质基片1的底部设有第二矩形贴片(图中未示出)。
所述介质基片1的形状为矩形，其厚度为1.57mm的Rogers RT 5880，其介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。
所述第一矩形贴片8的四条边与介质基片1的四条边一一对应平齐，即第一矩形贴片8的长和宽均与介质基片1的长和宽平齐，第一矩形贴片8的长度L为28.4mm，宽度w为26.7mm；由于第一矩形贴片8的形状为矩形，其具有第一对角线和第二对角线，本实施例的第一矩形贴片8相邻两边的中线相交于点O，在此基础上建立坐标系A0，将坐标系A0顺时针旋转45度得到坐标系A，坐标系A的原点为O，其X轴和Y轴的方向如图1所示，第一矩形贴片8上刻蚀有第一U形缝隙11和第二U形缝隙12，第一U形缝隙11和第二U形缝隙12的尺寸不同，且第一U形缝隙11的尺寸大于第二U形缝隙12的尺寸，第一U形缝隙11位于Y轴与第一端口9之间，第二U形缝隙12位于Y轴与第二端口10之间，第一U形缝隙11的开口朝向第一端口9，即X轴负方向，第二U形缝隙12的开口朝向第二端口10，即X轴正方向。
进一步地，第一U形缝隙11和第二U形缝隙12均包括第一矩形段、第二矩形段和第三矩形段；在两个U形缝隙中，第一矩形段、第二矩形段和第三矩形段的宽度均相同；在任一U形缝隙中，第一矩形段的长度大于第二矩形段、第三矩形段的长度，第二矩形段和第三矩形段的长度相同。
所述第一U形缝隙11中，第一矩形段、第二矩形段和第三矩形段的宽度为Ws1为1.2mm，第一矩形段位于中间，其长度L1为5mm，第二矩形段位于左边，其绕第一矩形段的左侧(第一侧)两个顶点逆时针旋转50°，并与第一矩形段的左侧相连，第三矩形段位于右边，其绕第一矩形段的右侧(第二侧)两个顶点顺时针旋转50°，并与第一矩形段的右侧相连，从而得到U形缝隙，可见第二矩形段、第三矩形段与第一矩形段的夹角A1为50°，第二矩形段和第三矩形段的长度L2为3.2mm；此外，第一U形缝隙11关于X轴对称，第一U形缝隙11与Y轴之间的距离D2为3.5mm。
所述第二U形缝隙12中，第一矩形段、第二矩形段和第三矩形段的宽度为Ws2为1.2mm，第一矩形段位于中间，其长度L1为2.6mm，第二矩形段位于右边，其绕第一矩形段的右侧(第一侧)两个顶点逆时针旋转60°，并与第一矩形段的右侧相连，第三矩形段位于左边，其绕第一矩形段的左侧(第二侧)两个顶点逆时针旋转50°，并与第一矩形段的左侧相连，从而得到U形缝隙，可见第二矩形段、第三矩形段与第一矩形段的夹角A2为60°，第二矩形段和第三矩形段的长度L2为1.8mm；此外，第二U形缝隙12关于直线13对称，直线13平行于X轴，其与X轴之间的距离D1为1.05mm，第二U形缝隙12与Y轴之间的距离D3为8mm。
所述第一端口9和第二端口10均包括微带线，该微带线为50Ω微带线，通过50Ω微带线连接共面波导独立馈电，第一端口9的微带线关于X轴对称，第二端口10的微带线关于直线13对称，第一端口9和第二端口10的微带线与第一矩形贴片8之间的缝隙宽度C1为0.8mm，微带线与Y轴之间的距离B1为14mm，微带线长度Lm为7.5mm，宽度Wm为6mm。
所述第一金属化通孔列2、第二金属化通孔列3、第三金属化通孔列4和第四金属化通孔列5分别平行于介质基片1的四条边，且第一金属化通孔列2、第二金属化通孔列3、第三金属化通孔列4和第四金属化通孔列5的每个金属化通孔的直径D为0.8mm，第一金属化通孔列2和第二金属化通孔列3靠近第一端口9，第一金属化通孔列2和第二金属化通孔列3的金属化通孔数量为14个，其中紧靠第一端口9的两个金属化通孔关于X轴对称，其圆心与X轴之间的距离E2为4.45mm，其圆心与Y轴之间的距离为B1-E1，其中B1为14mm，E1为0.45mm，第三金属化通孔列4和第四金属化通孔列5靠近第二端口10，第三金属化通孔列4的金属化通孔数量为12个，第四金属化通孔列5的金属化通孔数量为13个；在第一金属化通孔列2和第四金属化通孔列5中，相邻两个金属化通孔圆心之间的距离S1为1.57mm，在第二金属化通孔列3和第三金属化通孔列4中，相邻两个金属化通孔圆心之间的距离S2为1.45mm。
所述第一独立金属化通孔6和第二独立金属化通孔7位于第二U形缝隙与第二端口10之间，本实施例将第一独立金属化通孔6和第二独立金属化通孔7设置在第二端口10的附近位置，并关于X轴对称，其圆心与X轴之间的距离G2为4mm，其圆心与Y轴之间的距离D4为12.8mm。
上述实施例中，所述第一矩形贴片、第二矩形贴片、第一端口和第二端口均采用金属材料制成，金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
图2和图3分别为本实施例的高增益自双工背腔天线谐振在7.52GHz时的E面和H面辐射场方向图；图4和图5分别为本实施例的高增益自双工背腔天线谐振在9.84GHz时的E面和H面辐射场方向图。
图6为本实施例的高增益自双工背腔天线的S参数图，从图中可以看到，两个通带的中心谐振频率分别为7.52GHz和9.84GHz，10dB的阻抗带宽分别为1.79％和1.02％，两个端口之间的隔离度大于21dB。
图7为本实施例的高增益自双工背腔天线在D4值改变时S参数变化情况，D4改变时高频点随D4的变化而变化，而低频点几乎不变化；图8为本实施例的高增益自双工背腔天线在Ws1值改变时S参数变化情况，Ws1改变时低频点随Ws1的变化而变化，而高频点几乎不变化。
图9为本实施例的高增益自双工背腔天线中第一端口Port1馈电时低频的阻抗带宽内增益变化以及第二端口Port2馈电时低频的阻抗带宽内增益变化。
综上所述，本实用新型天线具有结构简单、结构紧凑、高增益的特点，易于与各种无线通信设备(如手机、平板电脑等)的射频模块集成。
以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920074613.8
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:81(广州)
授权编号:CN209515977U
授权时间:20191018
主分类号:H01Q 1/22
专利分类号:H01Q1/22;H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/52;H01Q5/10;H01Q5/20
范畴分类:38G;
申请人:华南理工大学
第一申请人:华南理工大学
申请人地址:510640 广东省广州市天河区五山路381号
发明人:孔永丹;赖敏
第一发明人:孔永丹
当前权利人:华南理工大学
代理人:李君
代理机构:44245
代理机构编号:广州市华学知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：微带线论文; 天线增益论文; 天线方向图论文; 天线论文; 双工论文; 端口隔离论文; 手机天线论文; 无线通信技术论文; 实用新型论文; 波导论文;