CN101710646A - 新型四频平面倒f天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型四频平面倒F天线。本发明通过在传统平面倒F天线基础上，改变馈电形式，在双层矩形贴片开出双∏型槽，得到三频天线；然后在顶层贴片与接地板中间处加载与顶层相同的第二层贴片，耦合出第四个频段，从而得到工作于四频段——RFID(915MHz)、GSM(1800MHz)、WCDMA(2000MHz)和WIMAX(2.45GHz)的一种新型平面倒F天线。这种天线结构简单、容易制作、易于调节，可广泛应用于无线通信领域。

Description

新型四频平面倒F天线

技术领域

本发明涉及一种新型四频平面倒F天线，该天线可广泛应用于无线通信技术领域。

背景技术

随着现代通信技术的发展，无线通信设备的终端越来越向小形化、多功能化等方向发展，因此对于终端天线的设计也提出了小形、多频带的要求。平面倒F天线具有平面和垂直两种极化特性，结构紧凑、便于集成、制作简单、成本低、同时后向辐射较小、比吸收率(SpecificAbsorption Rates)低。这让平面倒F天线非常适用于移动通信的终端之中。

通过对相关资料的文献检索发现，在国内，还没有提出能同时工作于RFID、GSM、WCDMA和WIMAX四频段平面倒F天线；在国外，2004年3月Hwee Siang Tan等人在IEEE antenna andwireless propagation letters(天线与无线传输快报)，第3卷发表了“New compact six-bandinternal antenna”(一种新的内置紧凑形六频天线)”，在该文中提出了在双层辐射贴片上开一个U形缺口来实现六频工作，但该结构较复杂，同时天线尺寸也较大，不利于移动通信。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种新型四频平面倒F天线，能工作于四频段——RFID(915MHz)、GSM(1800MHz)、WCDMA(2000MHz)和WIMAX(2.45GHz)。本发明的理论基础是微带天线分析理论。对微带天线分析比较成熟的理论是由美籍华裔教授罗远祉(Y.T.Lo)于1979年提出的空腔模型理论，现在已经成为微带天线分析的基本理论。该理论认为微带天线可以看出四壁是磁壁，上下为电壁的腔体，首先计算腔体内的内场，进而计算辐射缝隙的等效磁流，最后计算天线的远场。而平面倒F天线由于一段短接，因此可以看成是上下为电壁，四周为三面磁壁一面电壁的腔体，其余分析步骤同微带天线。根据理论分析，对于接地等效为无限大的矩形辐射单元，平面倒F天线的谐振频率可以由下式估算：

$f_r=\frac{c}{4(l_p+w_p)}---\left(1\right)$

其中f_r为谐振频率，c为光速，l_p和w_p为矩形谐振单元的长度和宽度。

对于∏形槽，谐振频率的估算公式可以修正为：

$f_r=\frac{c}{4\mathrm{\α}(l_p+w_p)}---\left(2\right)$

其中α为修正因子，在这里∏形槽和矩形贴片的边缘相对位置有关。l_p和w_p为∏形槽的长度和宽度。

本发明针对RFID、GSM、WCDMA和WIMAX同时应用于无线通信技术领域的要求，为了实现这个目标，本发明的构思是：

通过在传统平面倒F天线实现多频的U形、L形开槽方式基础上改变馈电形式，在双层矩形贴片开出双∏型槽，得到三频天线；然后在顶层贴片与接地板中间处加载与顶层相同的第二层贴片，耦合出第四个频段，从而得到工作于四频段——RFID(915MHz)、GSM(1800MHz)、WCDMA(2000MHz)和WIMAX(2.45GHz)的一种新型平面倒F天线。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种新型四频平面倒F天线，包括顶层矩形贴片通过短路壁和蝶形贴片接连下面的接地板，其特征在于所述顶层矩形贴片上开有双∏型槽，构成三频天线；在所述顶层矩形贴片与接地板中间处有一个加载矩形贴片，加载矩形贴片同样通过短路壁与接地板连接，加载矩形贴片与顶层矩形贴片，也开有双∏型槽，耦合出第四个频段，构成四频天线。

上述倒F天线中，所述双∏型槽中的小∏型槽位于大∏型槽中央，小∏型槽的二条平行槽宽度与大∏型槽的二条平行槽宽度相同，小∏型槽的一条横槽与大∏型槽的一条横槽宽度相同。

上述倒F天线中，所述双∏型槽的∏型槽中心线与所在的顶层矩形贴片或加载矩形贴片的中心线重合。

上述倒F天线中，所述顶层矩形贴片、加载矩形贴片和接地板之间的介质均为空气，馈电仅一个，从接地板通过蝶形贴片馈入顶层矩形贴片，馈电位于双∏型槽对称轴和顶层矩形贴片边缘上。

上述倒F天线中，所述短路壁为矩形贴片，位于顶层矩形贴片和加载矩形贴片的边缘处，所述蝶形贴片位于双∏型槽对称轴和顶层矩形贴片边缘上。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的天线中顶层矩形贴片和加载矩形贴片中均有∏型槽，可工作在四个频段。这种天线结构简单，容易制作，易于调节，可广泛应用于无线通信领域。

在本发明的天线结构中，顶层矩形贴片作为辐射元0，产生低谐振频率f₀(RFID(915MHz))；较大的∏型槽所围的缝隙部分作为辐射元1，产生中间谐振频率f₁(WCDMA(2000MHz))；较小的∏型槽所围的缝隙部分作为辐射元2，产生高频谐振频率f₂(WIMAX(2.45GHz))；加载的位于顶层贴片和接地板之间的贴片耦合出新的频率谐振点f₃(GSM(1800MHz))。本发明可以得到工作于四频段——RFID(915MHz)、GSM(1800MHz)、WCDMA(2000MHz)和WIMAX(2.45GHz)的一种新型平面倒F天线。

附图说明

图1为本发明一个实施例的新型四频平面倒F天线的俯视图。

图2为本发明图1示例的第二层贴片俯视图。

图3为图1的左视图。

图4为图3的左视图。

图5为图1示例的四频平面倒F天线仿真的频率特性图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：参见图1、图2、图3和图4，本新型四频平面倒F天线包括顶层矩形贴片通过短路壁和蝶形贴片接连下面的接地板，其特征在于所述顶层矩形贴片上开有双∏型槽，构成三频天线；在所述顶层矩形贴片与接地板中间处有一个加载矩形贴片，加载矩形贴片同样通过短路壁与接地板连接，加载矩形贴片与顶层矩形贴片，也开有双∏型槽，耦合出第四个频段，构成四频天线。

实施例二：本实施例基本上与实施例相同，特别之处如下：上述双∏型槽2中的小∏型槽位于大∏型槽中央，小∏型槽的二条平行槽宽度与大∏型槽的二条平行槽宽度相同，小∏型槽的一条横槽与大∏型槽的一条横槽宽度相同。双∏型槽2的∏型槽中心线与所在的顶层矩形贴片3或加载矩形贴片7的中心线重合。顶层矩形贴片3、加载矩形贴片7和接地板6之间的介质均为空气，馈电仅一个，从接地板6通过蝶形贴片5馈入顶层矩形贴片3，馈电位于双∏型槽对称轴和顶层矩形贴片3边缘上。短路壁4为矩形贴片，位于顶层矩形贴片3和加载矩形贴片7的边缘处，所述蝶形贴片5位于双∏型槽对称轴和顶层矩形贴片3边缘上。

构建本天线过程中，首先确定整个矩形贴片的长度和宽度，调节矩形短路片和馈线的位置，设计出工作于915MHz的单频PIFA天线，然后根据公式(1)和(2)计算出开出内、外侧的两个U形槽的尺寸，从而得到f₁、f₂两个频段。通过在顶层贴片和接地板之间加入一层加载矩形贴片7，将引入一个新的频率谐振f₃。为了得到更好的阻抗匹配参数和更大的带宽，我们用了蝶形贴片5馈线和加载矩形贴片7，蝶形贴片5馈线主要改善天线的带宽特性。对以上所述的天线进行统一建模仿真，得到的结果如图5所示，本发明的频率特性是回波损耗参数。其中，横坐标表示频率分量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。可以看到，在RFID、GSM、WCDMA和WIMAX频段，回波损耗参数的幅值均小于-10dB，得到了RFID、GSM、WCDMA和WIMAX四频段工作的实用天线。

Claims (5)

1.一种新型四频平面倒F天线，包括顶层矩形贴片(3)通过短路壁(4)和蝶形贴片(5)接连下面的接地板(6)，其特征在于所述顶层矩形贴片(3)上开有双∏型槽(2)，构成三频天线；在所述顶层矩形贴片(3)与接地板中间处有一个加载矩形贴片(7)，加载矩形贴片(7)同样通过短路壁(4)与接地板(6)连接，加载矩形贴片(7)与顶层矩形贴片(3)，也开有双∏型槽(2)，耦合出第四个频段，构成四频天线。

2.根据权利要求1所述的新型四频平面倒F天线，其特征在于所述双∏型槽(2)中的小∏型槽位于大∏型槽中央，小∏型槽的二条平行槽宽度与大∏型槽的二条平行槽宽度相同，小∏型槽的一条横槽与大∏型槽的一条横槽宽度相同。

3.根据权利要求2所述的新型四频平面倒F天线，其特征在于所述双∏型槽(2)的∏型槽中心线与所在的顶层矩形贴片(3)或加载矩形贴片(7)的中心线重合。

4.根据权利要求1所述的新型四频平面倒F天线，其特征在于所述顶层矩形贴片(3)、加载矩形贴片(7)和接地板(6)之间的介质均为空气，馈电仅一个，从接地板(6)通过蝶形贴片(5)馈入顶层矩形贴片(3)，馈电位于双∏型槽对称轴和顶层矩形贴片(3)边缘上。

5.根据权利要求1所述的新型四频平面倒F天线，其特征在于所述短路壁(4)为矩形贴片，位于顶层矩形贴片(3)和加载矩形贴片(7)的边缘处，所述蝶形贴片(5)位于双∏型槽对称轴和顶层矩形贴片(3)边缘上。

Images