本發(fā)明屬于電學領域，尤其涉及一種天線和無線路由器。

背景技術：

現(xiàn)有技術的單極子天線包括以下電特性：輻射方向圖在水平面方向全向；電場極化方向為垂直極化，即遠區(qū)輻射場的電場方向在水平方向上垂直于水平面；具有2dbi以上的天線增益(決定于天線金屬地尺寸)。

在現(xiàn)有技術條件下，實現(xiàn)上述電特性主要有4種手段：

1、使用傳統(tǒng)的偶極子天線或者單極子天線，即偶極子或者鞭狀單極子天線。

2、使用ebg(電磁場帶隙)結構形成平面零階諧振天線。該結構采用了等效磁流輻射和對偶天線原理，當ebg結構處于零階諧振時，其電場在ebg結構內(nèi)部呈均勻分布狀態(tài)，即電場在ebg結構內(nèi)部處處相等，且由于電場方向為z方向，此時，依據(jù)等效磁流公式可知，磁流在ebg結構開口處呈現(xiàn)出環(huán)繞ebg結構中心軸流動的且幅度相等的特性，該特性類似于環(huán)天線的電流分布，而磁流與電流恰好對偶，因此，基于beg結構的零階諧振天線與環(huán)天線互為對偶天線，對偶天線在電特性上的具體表現(xiàn)為方向圖和極化方向完全相反。由于單極子天線也與環(huán)天線互為對偶天線，因此beg結構的零階諧振天線的電特性與單極子天線相同。

3、復合左右手(crlh)開路零階諧振天線，該天線利用零階諧振時，電流與環(huán)天線類似的方式，將天線垂直于水平面擺放，實現(xiàn)了類單極子天線的電特性。

4、倒f天線，該天線利用了微帶貼片天線電磁場分布在貼片的中心位置為零的特性，在微帶貼片天線的中心插入一個接地點，從而實現(xiàn)了一種與倒f形狀類型的天線，該天線具有方向圖在水平面全向輻射且極化垂直于水平面的特性。

雖然上述四種天線均能實現(xiàn)類似單極子天線的電特性，但是上述四種天線均有其各自缺點，具體如下：

1、偶極子天線或者單極子天線要實現(xiàn)應有的電氣性能，必須要求偶極子天線或者單極子天線的電高度的尺寸為二分之一波長或者四分之一波長，以2.4ghz天線為例，偶極子天線和單極子天線分別需要約60mm和30mm的長度才能獲得較好的電性能，因此，偶極子天線或者單極子天線用以實現(xiàn)上述的三點電特性，天線的高度無法降低太多，從而導致天線剖面過大。

2、ebg結構的零階諧振天線能滿足類單極電性能的同時，具有很低的剖面，但是該天線輻射效率很低，正常技術條件下無法滿足實際應用要求，如需提高天線的輻射效率，則需要將天線的厚度提高，同時降低ebg貼片與地之間的基材換介電常數(shù)，該做法將導致ebg貼片到地的金屬化通孔被探針代替，增加了焊接量，導致生產(chǎn)工藝復雜化，成本上升。

3、用crlh零階諧振實現(xiàn)的類單極子天線輻射性能較好，其輻射效率較高，且駐波比(voltagestandingwaveratio，vswr)帶寬也比較寬，但是該類型天線需要豎直放置才能實現(xiàn)類單極性能，因此，其天線剖面比ebg結構大的多。此外，由于該類型天線需要在側面放置連接上下兩面地的側面地，導致天線在水平相的輻射方向圖不圓度較差，除此外，該類型天線的交叉極化鑒別率性能也遠不如偶極子天線、單極子天線和ebg類型天線高。

4、倒f天線本身具有單極子天線和微帶貼片天線的特點，該特點導致天線的長度必須為四分之一波長才能實現(xiàn)理想性能，因此，該類型天線難以小型化，同時由于微帶貼片天線本身的交叉極化鑒別率較差，這也導致了從微帶貼片天線演化而來的倒f天線交叉極化鑒別率性能比偶極子天線、單極子天線和ebg結構的零階諧振天線差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種天線和無線路由器，旨在解決偶極子天線或者單極子天線的天線剖面過大、ebg結構的零階諧振天線輻射效率低、crlh零階諧振天線在水平相的輻射方向圖不圓度較差和倒f天線交叉極化鑒別率差的問題。

一方面，本發(fā)明提供了一種天線，所述天線包括介質(zhì)基板、附著于介質(zhì)基板的正面的金屬貼片、位于介質(zhì)基板的底面?zhèn)鹊慕饘俳拥匕?、以及連通金屬貼片和金屬接地板的電壁。

進一步地，所述位于介質(zhì)基板的底面?zhèn)鹊慕饘俳拥匕寰唧w是：附著于介質(zhì)基板的底面的金屬接地板。

進一步地，所述電壁是一金屬柱或者是由多個周期性間隔排列的金屬化孔組成的陣列。

進一步地，所述電壁包括位于介質(zhì)基板和金屬接地板之間的金屬接地柱，以及由多個周期性間隔排列的金屬化孔組成的陣列，所述由多個周期性間隔排列的金屬化孔組成的陣列連通金屬貼片和金屬接地柱。

進一步地，介質(zhì)基板的底面具有用于連通金屬化孔和金屬接地柱的金屬貼片。

進一步地，所述天線還包括加載在金屬貼片與電壁之間的周期性電感，電感形式為折彎線、金屬高阻線、或者集總電感。

另一方面，本發(fā)明提供了一種無線路由器，所述無線路由器包括上述的天線。

在本發(fā)明中，由于天線包括附著于介質(zhì)基板的正面的金屬貼片、位于介質(zhì)基板的底面?zhèn)鹊慕饘俳拥匕?、以及連通金屬貼片和金屬接地板的電壁，因此介質(zhì)基板、金屬貼片和電壁共同組成半?；刹▽ЫY構，該天線具有實現(xiàn)了單極子或者偶極子類型天線的全部電特性的能力，即：輻射方向圖在水平面方向全向，電場極化方向為垂直極化，且相比較于傳統(tǒng)單極子天線結構，該天線又具備結構上極低剖面和高增益等優(yōu)點。

具體優(yōu)點如下：

1.低剖面特性，該天線厚度與ebg零階諧振天線厚度相當，比其他幾類非平面ebg零階諧振天線小。

2.輻射效率高，該天線輻射效率與偶極子、單極子、crlh零階諧振天線以及倒f天線相當，但是遠高于ebg類型天線

3.水平方向上的輻射方向圖不圓度與偶極子、單極子和ebg零階諧振天線相當，但是比倒f和crlh零階諧振天線好

4.交叉極化較比率高，從下文中的理論分析中可知，該類型天線的交叉極化鑒別率接近于零，因此，該天線的交叉極化鑒別率與偶極子、單極子和ebg零階諧振天線相當，但是比倒f和crlh零階諧振天線高。

又由于天線還包括位于介質(zhì)基板和金屬接地板之間的金屬接地柱，因此工藝簡單，不要過多的對地焊接，可直接使用螺釘緊固金屬接地柱和半?；刹▽У姆椒ń拥匕惭b即可。

又由于天線還包括加載在金屬貼片與電壁之間的周期性電感，因此大幅縮小了天線的尺寸。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一提供的天線的分解圖。

圖2是本發(fā)明實施例一提供的天線的組裝圖。

圖3是本發(fā)明實施例一提供的天線的側視圖。

圖4是本發(fā)明實施例一提供的天線中，金屬貼片呈方形的天線組裝圖。

圖5是本發(fā)明實施例一提供的天線的等效電路圖。

圖6是本發(fā)明實施例二提供的天線的分解圖。

圖7是本發(fā)明實施例二提供的天線的組裝圖。

圖8是本發(fā)明實施例二提供的天線的側視圖。

圖9是本發(fā)明實施例二提供的天線中，金屬貼片呈方形的天線組裝圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供的天線包括介質(zhì)基板、附著于介質(zhì)基板的正面的金屬貼片、位于介質(zhì)基板的底面?zhèn)鹊慕饘俳拥匕濉⒁约斑B通金屬貼片和金屬接地板的電壁，電壁是理想導體，其電特性可以等效為一個電感。

本發(fā)明實施例還提供了一種包括本發(fā)明實施例提供的天線的無線路由器。

為了說明本發(fā)明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。

實施例一：

請參閱圖1至圖3，本發(fā)明實施例一提供的天線包括介質(zhì)基板11、附著于介質(zhì)基板11的正面的金屬貼片12、附著于介質(zhì)基板11的底面的金屬接地板13以及連通金屬貼片12和金屬接地板13的電壁14，電壁是理想導體，在本發(fā)明實施例一中可以等效為一個電感。

在本發(fā)明實施例一中，電壁14可以是一金屬柱或者是由多個周期性間隔排列的金屬化孔141組成的陣列(如圖1所示)。

金屬貼片12可以呈方形、圓形、扇形等任意形狀。其中，圖1所示的金屬貼片12呈圓形，圖4所示的金屬貼片22呈方形。金屬貼片可以是完整的貼片，也可以是中間鏤空的貼片。圖1所示的金屬貼片12和圖4所示的金屬貼片22是中間鏤空的貼片。當金屬貼片是中間鏤空的貼片時，介質(zhì)基板可以是完整的基板或者是于金屬貼片的鏤空位置相應的位置鏤空的基板。

多個周期性間隔排列的金屬化孔141可以呈圓形周期性間隔排列，也可以呈方形周期性間隔排列。

介質(zhì)基板11、金屬貼片12和金屬接地板13與電壁14配合的位置分別開設有通孔111、121、131。金屬貼片12和金屬接地板13與電壁14配合的位置也可以是分別開設有盲孔。

本發(fā)明實施例一的天線，電壁14連通金屬貼片12和金屬接地板13，從而使電壁14形成波導側壁，介質(zhì)基板11、金屬貼片12和電壁14共同組成半?；刹▽ЫY構，電磁能量首先在半?；刹▽ЫY構內(nèi)形成諧振，然后通過半模基片集成波導結構的開放空間輻射出去，從而形成天線。半?；刹▽ЫY構是由基片集成波導結構演變而來的新型平面波導結構，半?；刹▽ЫY構的具體原理為在基片集成波導的中間插入波導磁壁，將原基片集成波導結構一分為二；由于該處磁場為零，因此，波導磁壁加入后原電磁場分布不發(fā)生改變。在實際的實現(xiàn)中，波導磁壁一般由開放空間結構實現(xiàn)，即開路結構。開路結構引入后，半模基片集成波導結構和基片集成波導結構的電場分布基本沒有發(fā)生改變，但是卻能減少一半的尺寸。

為了獲得天線的完整性能，本發(fā)明實施例分別從輻射場理論與電路原理對半?；刹▽ЫY構的天線進行分析，并證明電磁場理論及電路原理的分析是一致的。

1、半模基片集成波導結構(hmsiw)腔模原理以及輻射場分析

需首先從腔模原理開始。當整個hmsiw結構的厚度很薄時，hmsiw諧振器中諧振的模式為tmnm模，其電場分布以及邊界條件為：

ez|r＝a＝0(1-2)

hφ|r＝b＝0(1-3)

由(1-1)到(1-3)可以解得本征解表達式。

其中χnm＝knma。令則b＝1，此時有電場ez：

利用磁流與ez關系，得到磁流分布為：

再使用電失位和格林函數(shù)積分，最后得到的遠場輻射為：

由(3)、(5-1)、(5-2)可知，當n＝0時，即hmsiw諧振于tm0m模時，上述公式可以化簡為：

諧振腔電場分布為：

遠區(qū)輻射電場為：

eφn＝0(6-3)

由(6-1)、(6-2)、(6-3)可知在tm0m驅(qū)動下，電磁場分布狀態(tài)的兩個結論：

a)不管是諧振腔內(nèi)場還是遠區(qū)的輻射場，在tm0m驅(qū)動下，電場幅度與水平方位角φ沒有任何關系，其幅度分布只與r和垂直面方位角θ有關。這意味著在輻射遠區(qū)場處，水平面方向圖呈現(xiàn)全向分布，其輻射方向圖與單極子天線類似。

b)(6-2)、(6-3)表面，輻射只有eθ方向的極化，而沒有eφ方向的極化，即在水平方向上，輻射電場只有垂直極化而沒有水平極化，因此該天線的極化方向也與單極子類型天線完全相同，并且在理論上無交叉極化出現(xiàn)。

另外，根據(jù)(6-2)計算可知，當m＝1，即天線工作于主模tm01模時，該天線增益增益通過調(diào)節(jié)金屬地的尺寸，增益可以突破單極子天線2dbi的限制，因此，半模基片集成波導結構天線具有單極子天線一樣的方向圖，并且輻射增益優(yōu)于單極子天線。

2.等效電路理論分析

由于基片集成波導結構(siw)和hmsiw結構的特殊性，金屬貼片與金屬接地板之間形成了等效的并聯(lián)電容，電壁則形成了等效的并聯(lián)電感，而金屬貼片自身還形成的等效串聯(lián)電感，因此，該結構的等效電路圖如圖5所示。

圖5所示的等效電路為一個去掉串聯(lián)電容的復合左右手傳輸線(crlh)，該類型傳輸線的特性可以通過分析其傳輸相位進行分析：

其中ω為角頻率，ll左手并聯(lián)電感，lr為右手串聯(lián)電感，cr為右手電容。由(7)可知當時，β(ω)＝0。且電磁波處于截至頻帶上，此時電磁波無法在傳輸線中傳輸。這意味著該類型的傳輸線組成環(huán)形諧振器后，其諧振主模為位于β(ω)＝0的諧振頻率上，工作于該頻率處的信號傳輸相位為零，因此，該諧振也被稱零階諧振。由于時，信號截止，故在低于零階諧振的頻率將不會再出現(xiàn)諧振。

由于零階諧振發(fā)生于時，因此，零階諧振器可等效為一個并聯(lián)諧振電路，此時該電路的q值(也即天線輻射q值)為：

其中g為天線的輻射電導。

綜合(7)、(8)兩式，可得基于電路理論設計半?；刹▽ЫY構天線的三點結論。

a)基于crlh傳輸線理論分析可知，當諧振器處于零階諧振時，信號的傳輸相位為零，此時，信號在諧振腔內(nèi)呈現(xiàn)靜止狀態(tài)，電場在諧振腔只與半徑有關而與方位角無關，該結論與基于電磁理論分析得到的tm01模一致，因此，基于電路理論分析得到的零階諧振即為電磁場輻射理論分析得到的主模tm01模。

b)由諧振頻率關系可知，提高lr或者cr都能降低諧振頻率，從而為小型化半模基片集成波導結構天線提供了一種思路，即可以使用集總元件補償lr與cr以完成天線的小型化。

c)由(8)式可知，當lr增加，cr減少時，天線的輻射q值可以大幅減少，從而提高天線效率。

綜合b)、c)兩點可知應盡可能增加半?；刹▽ЫY構天線的lr而減少cr，從而達到天線小型化和提升天線效率的效果。

總之，本發(fā)明不管是從電磁場理論的角度還是從電路理論的角度分析，都論證了半模基片集成波導結構天線能解決偶極子天線或者單極子天線的天線剖面過大、ebg結構的零階諧振天線輻射效率低、crlh零階諧振天線在水平相的輻射方向圖不圓度較差和倒f天線交叉極化鑒別率差的問題，具備高效率、垂直極化、輻射方向圖水平全向，并且具有極低的電剖面特性。在尺寸與結構上均比傳統(tǒng)天線小和緊湊。

實施例二：

為更進一步提高天線效率以及小型化半?；刹▽ЫY構，利用零階諧振特性的諧振頻率特性和式(8)，將半模基片集成波導的高度適當提高，并將電感加載于金屬貼片中。請參閱圖6至圖8，本發(fā)明實施例二提供的天線包括介質(zhì)基板31、附著于介質(zhì)基板31的正面的金屬貼片32、位于介質(zhì)基板31的底面?zhèn)鹊慕饘俳拥匕?3、以及連通金屬貼片32和金屬接地板33的電壁，電壁包括位于介質(zhì)基板31和金屬接地板33之間的金屬接地柱35、以及由多個周期性間隔排列的金屬化孔341組成的陣列34，所述由多個周期性間隔排列的金屬化孔341組成的陣列34連通金屬貼片32和金屬接地柱35，電壁是理想導體，在本發(fā)明實施例二中可以等效為一個電感。

在本發(fā)明實施例二中，介質(zhì)基板的底面可以具有用于連通金屬化孔和金屬接地柱的金屬貼片312，以增強通金屬化孔和金屬接地柱之間的電氣連接。

在本發(fā)明實施例二中，在金屬貼片與電壁之間加載有周期性的電感，電感形式為折彎線、金屬高阻線、或者集總電感等電特性為電感的元件。

本發(fā)明實施例二的天線，由于介質(zhì)基板和金屬接地板之間設置有金屬接地柱，從而將半?；刹▽ЫY構的零階天線的高度適當提高，使介質(zhì)基板與金屬接地板之間填充空氣，使用金屬接地柱將金屬貼片、電壁和金屬接地板連接，并加載周期性的電感于金屬貼片與電壁之間。由于加載電感的引入和高度的小幅提高，使得該天線的效率提升非常顯著，其最終輻射效率已經(jīng)接近98％。

金屬貼片32可以呈方形、圓形、扇形等任意形狀。其中，圖6所示的金屬貼片32呈圓形，圖9所示的金屬貼片42呈方形。金屬貼片可以是完整的貼片，也可以是中間鏤空的貼片。圖6所示的金屬貼片32和圖9所示的金屬貼片42是中間鏤空的貼片。當金屬貼片是中間鏤空的貼片時，介質(zhì)基板可以是完整的基板或者是于金屬貼片的鏤空位置相應的位置鏤空的基板。

多個周期性間隔排列的金屬化孔341可以呈圓形周期性間隔排列，也可以呈方形周期性間隔排列。

介質(zhì)基板31和金屬貼片32與電壁34配合的位置分別開設有通孔311、321。金屬貼片32與電壁34配合的位置也可以開設有盲孔。

本發(fā)明實施例二的天線，電壁34通過金屬接地柱35連通金屬貼片32和金屬接地板33，從而使電壁34形成波導側壁，介質(zhì)基板31、金屬貼片32和電壁34共同組成半?；刹▽ЫY構，電磁能量首先在半?；刹▽ЫY構內(nèi)形成諧振，然后通過半?；刹▽ЫY構的開放空間輻射出去，從而形成天線。半模基片集成波導結構是由基片集成波導結構演變而來的新型平面波導結構，半模基片集成波導結構的具體原理為在基片集成波導的中間插入波導磁壁，將原基片集成波導結構一分為二；由于該處磁場為零，因此，波導磁壁加入后原電磁場分布不發(fā)生改變。在實際的實現(xiàn)中，波導磁壁一般由開放空間結構實現(xiàn)，即開路結構。開路結構引入后，半?；刹▽ЫY構和基片集成波導結構的電場分布基本沒有發(fā)生改變，但是卻能減少一半的尺寸。

本發(fā)明實施例還提供了一種包括本發(fā)明實施例一或二提供的天線的無線路由器。

在本發(fā)明中，由于天線包括附著于介質(zhì)基板的正面的金屬貼片、位于介質(zhì)基板的底面?zhèn)鹊慕饘俳拥匕?、以及連通金屬貼片和金屬接地板的電壁，因此介質(zhì)基板、金屬貼片和電壁共同組成半?；刹▽ЫY構，該天線具有實現(xiàn)了單極子或者偶極子類型天線的全部電特性的能力，即：輻射方向圖在水平面方向全向，電場極化方向為垂直極化，且相比較于傳統(tǒng)單極子天線結構，該天線又具備結構上極低剖面和高增益等優(yōu)點。

具體優(yōu)點如下：

1.低剖面特性，該天線厚度與ebg零階諧振天線厚度相當，比其他幾類非平面ebg零階諧振天線小。

2.輻射效率高，該天線輻射效率與偶極子、單極子、crlh零階諧振天線以及倒f天線相當，但是遠高于ebg類型天線

3.水平方向上的輻射方向圖不圓度與偶極子、單極子和ebg零階諧振天線相當，但是比倒f和crlh零階諧振天線好

4.交叉極化較比率高，從下文中的理論分析中可知，該類型天線的交叉極化鑒別率接近于零，因此，該天線的交叉極化鑒別率與偶極子、單極子和ebg零階諧振天線相當，但是比倒f和crlh零階諧振天線高。

又由于天線還包括位于介質(zhì)基板和金屬接地板之間的金屬接地柱，因此工藝簡單，不要過多的對地焊接，可直接使用螺釘緊固金屬接地柱和半?；刹▽У姆椒ń拥匕惭b即可。

又由于天線還包括加載在金屬貼片與電壁之間的周期性電感，因此大幅縮小了天線的尺寸。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。