CN101222087B

CN101222087B - 多频环形偶极子天线

Info

Publication number: CN101222087B
Application number: CN2008100193969A
Authority: CN
Inventors: 蒯振起; 吴鹏飞; 朱晓维; 洪伟
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: CN101222087A

Abstract

多频环形偶极子天线用于需要多频工作的无线通信系统，既可作为独立的天线使用也可作为基本的辐射单元构成天线系统，尤其适合用于具有多种通讯体制的移动设备和多网合一的通信系统中。该天线包括位于最外层的工作在低频段的环形偶极子(1)、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子(2)、位于最内层的工作在高频段的环形偶极子(3)；多频环形偶极子天线采用任何平衡馈电的结构由对称馈电点(4)进行馈电，其中最内层的工作在高频段的环形偶极子(3)在其之内没有更高频段的偶极子时，将环内填实成为金属条带偶极子。

Description

多频环形偶极子天线

技术领域

多频环形偶极子天线用于需要多频工作的无线通信系统，既可作为独立的天线使用也可作为基本的辐射单元构成天线系统，尤其适合用于具有多种通讯体制的移动设备和多网合一的通信系统中。属于天线制造的技术领域。

背景技术

近年来，无线通信技术得到了快速发展并获得了广泛应用，各种不同用途的无线通信体制不断出现，每种无线通信体制通常具有不同的工作频率。从而不同频段不同模式的通讯系统共存的场合和具有多种模式的新型移动设备的需求也越来越多，如带卫星定位功能的无线通信设备、TD-SCDMA及WLAN和WiMax共平台的移动设备等。此外，为了节省建设投资，多网合一的通信系统建设方案受到了越来越多的重视并被广泛采用，如多网合一的室内分布通信网络、工作于多个频段的基站天线等。因此，为了满足不断发展的通信技术的需要，使天线能够实现多频带工作，成为天线领域的一个重要研究方向。通常的多频天线常出现一些不足之处，如分形天线可以产生多个工作频带，但各频带的谐振频率通常按指数规律分布，工作频带不易灵活控制；同一种形式的天线往往只能实现固定数量的工作频带等。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种多频环形偶极子天线，用同一种形式的天线就可以灵活控制工作频带和多频工作的频带数量，实现用一种天线达到多频应用的要求。同时所发明的天线还具有结构简单，适用性广，易于加工等优点。

技术方案：本发明的多频环形偶极子天线包括位于最外层的工作在低频段的环形偶极子、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子、位于最内层的工作在高频段的环形偶极子；多频环形偶极子天线采用任何平衡馈电的结构由对称馈电点进行馈电，其中最内层的工作在高频段的环形偶极子在其之内没有更高频段的偶极子时，可以将环内填实成为金属条带偶极子。所述的位于最外层的工作在低频段的环形偶极子、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子的环的形状也可以为梨形、或椭圆形。最外层的工作在低频段的环形偶极子、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子的末端的条带也可以断开或去除，形成开口结构形式。所述的位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子由多层环形偶极子组成。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明天线中，工作在各频率的各个环形偶极子具有一定程度的形状相似性，结构简单、易于加工制造。分形天线虽然其结构有自相似性因而可有多个谐振频率，但各工作频率的间隔具有一定的规律，不能灵活设置。与分形天线相比，本发明的天线可以通过改变不同环形偶极子的长度和宽度灵活设置所需要的工作频率和带宽。如可以灵活设置两个或多个不同的谐振频率，或在三频天线中将相邻两个谐振频率靠近设置，形成一个宽带和一个窄带天线，或将三个谐振频率参差调谐形成一个宽带天线等。

2.通常的多频天线，如双频和三频天线往往是不同的结构形式，双频天线不能通过简单的办法直接扩展为三频或多频天线，要增加工作频带数，需要重新选择天线形式，重新论证和设计。而用本发明的方法可以在原设计的基础上仅通过增加环形偶极子数即可扩展天线的工作频带数，每个频带的谐振频率只需通过调节环形偶极子的长度/宽度即可控制。具有设计简单、灵活、方便的优点。

3.本发明的天线用多重环形偶极子相套的形式实现了灵活的多频设计的同时保留了偶极子天线的优点，适合与各种平衡馈电结构连接，既适合传统的三维结构和高功率应用，如同轴馈电的多频环形偶极子，也适合作为两维或两维半结构的天线，如印刷形式的多频环形偶极子结构。

4.将环形偶极子末端条带断开或去除，使结构更灵活，适用性更广。如当各工作频带相距较近时，去除末端条带使空间约束和相互影响减小，设计要求更容易实现。

5.天线体积小巧，面积(体积)利用率高，可单独作为天线使用，特别适合在移动设备中使用。也可作为基本辐射单元构成天线系统。与一般的多频天线相比在应用场合上具有广泛的适用性和灵活性。

附图说明

图1为多频(三频)环形偶极子天线结构示意图，

图2为振子末端条带的不同形式结构示意图，其中图2a为开口环形，图2b为直条形。

图3为一种三频环形偶极子天线及馈电结构示意图，

图4为实施例1的实际天线结构及尺寸，其中，W1＝18mm，L1＝31mm；W2＝12mm，L2＝26.5mm；W3＝6mm，L3＝20mm；环的条带宽度均为W4＝1.5mm；馈线宽度W5＝2mm，W6＝2.7mm；介质板厚度h＝1mm。

图5为天线输入端反射系数的测试结果，

图6为实施例天线的E面、H面辐射方向图测试结果。其中图6(a)为1.8GHz辐射方向图，图6(b)为2.4GHz辐射方向图，图6(c)为3.5GHz辐射方向图。

以上的图中有：工作在低频段的环形偶极子1，工作在中间频段的环形偶极子2，工作在高频段的环形偶极子3，对称馈电点4，渐变过渡传输线5、介质基片6。

具体实施方式

把普通的偶极子天线臂展宽并除去中间部分的金属，形成金属条带的环形，构成环形偶极子，同时在由金属环形围成的空余部分接以一个或多个相似结构，形成多个环形偶极子，每个金属环形偶极子对应于一个工作频带，便构成了图1所示的多频环形偶极子天线，图中所示为三频工作的多频环形偶极子天线(环的形状不限于图中所示，也可为其它形状如梨形、椭圆形等其它形状)，1为工作在低频段的环形偶极子，2为工作在中间频段的环形偶极子，3为工作在高频段的环形偶极子，其中最内层的环形偶极子3在其之内没有更高频段的偶极子时，也可以将环内填实成为图1中3所示的金属条带偶极子，4为多频环形偶极子天线的对称馈电点，多频环形偶极子天线可以采用任何平衡馈电的结构由馈电点4进行馈电，如平行双线、带开槽巴伦的同轴线、半波长旁路式巴伦(U形线巴伦)的同轴线等，另外，也可将图1中各环形振子末端的条带断开或去除，形成如图2所示的结构形式。

图1中工作在低频段的环形偶极子1，工作在中间频段的环形偶极子2，工作在高频段的环形偶极子3，其中最内层的工作在高频段的环形偶极子3在其之内没有更高频段的偶极子时，可以将环内部分填实成为图1中工作在高频段的环形偶极子3所示的金属条带偶极子。

图3是一种采用印刷电路结构的三频环形偶极子天线及馈电结构，工作在低频段的环形偶极子1，工作在中间频段的环形偶极子2，工作在高频段的环形偶极子3、对称馈电点4同图1；由不平衡的微带线到平衡的平行双线的渐变过渡传输线5。传输线的平衡端(平行双线端)与对称馈电点4连接。

实施例1 图4给出了一种由微带-双线渐变线巴伦馈电的印刷结构的三频环形偶极子天线及馈电结构。图4中，从外向内的三个环形偶极子分别为工作在1.8GHz的环形偶极子、工作在2.4GHz的环形偶极子和工作在3.5GHz的环形偶极子。天线由不平衡的微带线到平衡的平行双线的渐变过渡传输线馈电，平行双线端与天线馈电点连接为天线馈电。整个天馈线采用平面电路工艺制作在介质基片上。实例中介质基片采用了厚度为1mm的介电常数为2.65的玻璃纤维-聚四氟乙烯双面敷铜板。实例天线按图4所示的尺寸在上述基片上制作。图5为在实际天线输入端口处反射系数的测试结果。图6为分别在三个频带的工作频率上测得的天线辐射方向图。

Claims

1. 一种多频环形偶极子天线，其特征在于该天线包括位于最外层的工作在低频段的环形偶极子(1)、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子(2)、位于最内层的工作在高频段的环形偶极子(3)；多频环形偶极子天线采用任何平衡馈电的结构由对称馈电点(4)进行馈电，其中最内层的工作在高频段的环形偶极子(3)在其之内没有更高频段的偶极子时，将环内填实成为金属条带偶极子。

2. 根据权利要求1所述的多频环形偶极子天线，其特征在于所述的位于最外层的工作在低频段的环形偶极子(1)、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子(2)的环的形状为梨形、或椭圆形。

3. 根据权利要求1或2所述的多频环形偶极子天线，其特征在于所述的位于最外层的工作在低频段的环形偶极子(1)、位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子(2)的末端的条带断开或去除，形成开口结构形式。

4. 根据权利要求1所述的多频环形偶极子天线，其特征在于所述的位于中间层的工作在中间频段的环形偶极子(2)由多层环形偶极子组成。