CN101807744A - 基于z型六角铁氧体的平面倒f型天线 - Google Patents

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冯全源
潘雯
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Abstract

本发明公开了一种基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，采用PIFA天线的结构，具有辐射片，短路片和设置有馈电点的接地板，辐射片与接地板之间设置基质层。所述基质层由两部分构成：靠近馈电点部分的空气层及靠近接地片的磁性材料层；所述磁性材料层由Z型六角铁氧体构成。本发明使得平面倒F型天线在实现小型化的同时具有很好的相对频带宽度，回波损耗特性以及增益等特性。

Description

基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线
所属技术领域
本发明属于无线通讯天线，尤其是平面倒F型天线制造领域。
背景技术
由于无线通信技术的飞速发展，出现了多种类型的工作于不同频段的移动通信系统。例如无线通信系统DCS1800(1.71～1.88GHz)、PCS1900(1.85～1.99GHz)、WCDMA(1.92～2.17GHz)、UMTS(1.92～2.17GHz)、WLAN(2.4～2.484GHz)、DMB和DVB-H(170～800MHz)等等。对于移动通信终端设备来说，微电子技术与大规模集成电路的发展，使得天线成为电子设备中庞大、笨重部件的问题日渐突出。因此，设计宽频带小型化低剖面的天线成为天线领域一个重要研究方向。
平面倒F天线(PIFA)在物理结构上表现为：结构简单，体积小、重量轻、剖面低、易集成并且容易和载体共形。而在性能特性上则表现为通过一个短路金属平面或者短路金属线，平面倒F天线就能够谐振在小于一般微带天线天线二分之一的尺寸(约为四分之一波长)，同时可实现相对于一般微带天线较宽的工作带宽。正因为如此PIFA天线得到了极为广泛的应用，尤其是应用于无线通信终端设备。但是针对目前无线通信的市场需求，现有PIFA的设计在宽频带和小型化方面都有明显的不足。特别是在类似DMB和DVB-H的这类通信系统，其工作频段较低，且具有较大的频率跨度170～800MHz。PIFA贴片的尺寸是和缩减因子
Figure GSA00000073408800021
(等效介电常数εr和磁导率μr)成正比例关系的。因此以空气为介质工作于此频段的PIFA的物理尺寸大约为10cm长，这么大的天线尺寸对于移动终端设备是不可接受的。常用的方法是使用高介电常数的基底进行尺寸的缩小。例如陶瓷材料，其介电常数ε可以做的很大，有的甚至可以超过100。但使用高介电常数的陶瓷材料设计小型化的天线具有三个个缺点：1、高介电常数的介质区域呈容性使得大部分的场被约束，从而使PIFA的带宽更窄。2、高介电常数，低磁导率材料的本征阻抗通常比较低，从而使天线的阻抗匹配变得比较困难的。3、高介电常数的陶瓷材料往往有高的介质损耗，从而降低天线的效率。可见高介电常数材料并非缩减天线尺寸的理想材料。
发明内容
鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是研究基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，使之克服现有技术的以上缺点。
本发明的目的是通过如下的手段实现的。
基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，采用PIFA天线的结构，具有辐射片，短路片和设置有馈电点的接地板，辐射片与接地板之间设置基质层。所述基质层由两部分构成：靠近馈电点部分的空气层及靠近接地片的磁性材料层；所述磁性材料层由Z型六角铁氧体构成。
本发明合理的结构和基质层使得平面倒F型天线在实现小型化的同时具有很好的相对频带宽度，回波损耗特性以及增益等特性。PIFA的基质采用部分Z型六角铁氧体和部分空气介质的混合，空气是对电磁场束缚最小的介质，调整Z型六角铁氧体和空气介质的比例，可以得到工作在所需要频点的天线，并缩小了天线的物理尺寸。当Z型六角铁氧体和空气介质的比例在65％～90％变化时，天线的中心工作频点在300～1800MHz变化。选择比例83％时，天线中心工作频率在700MHz，工作带宽540～1000MHz，即相对带宽达到65％(-3dB)。回波损耗和驻波比(VSWR)在700MHz达到-40dB和1.02，增益最大值为1.26。该天线结构实现了相比传统倒F型天线尺寸缩小70％的同时满足宽频带的要求。
附图说明
图1本发明实施例PIFA的侧视图。
图2本发明实施例PIFA的俯视图。
图3是本发明实施例天线回波损耗图。
具体实施方式
实施例1
基于Z型铁氧体的宽频带小型化的平面倒F型天线。其天线结构尺寸23.5×5×1mm2接地板尺寸92×122mm2。采用PIFA天线的结构，具有辐射片1，短路片2和设置有馈电点3的接地板4，辐射片与接地板之间设置基质层，基质层由两部分构成：靠近馈电点3部分的空气层5及靠近接地片的磁性材料层6；所述磁性材料层由Z型六角铁氧体构成。这款基于上述Z型六角铁氧体的平面倒F型天线在实现小型化的同时具有很好的相对频带宽度，回波损耗特性以及增益等特性。
作为一种辅助手段，在PIFA的辐射贴片以及接地板上可开适当的槽7、8、9以提高天线的性能，因为开槽的方法可以改变天线表面的电流分布，可以理解为引入了等效的电感电容，调整开槽的形状和位置可使天线在工作频点达到较好的阻抗匹配，从而对增加天线频带宽度以及调整天线中心工作频率有帮助。

Claims (4)

1.基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，采用PIFA天线的结构，具有辐射片，短路片和设置有馈电点的接地板，辐射片与接地板之间设置基质层，其特征在于，所述基质层由两部分构成：靠近馈电点部分的空气层及靠近接地片的磁性材料层；所述磁性材料层由Z型六角铁氧体构成。
2.根据权利要求1所述之基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，其特征在于，所述各向同性Z型六角铁氧体为：Ba3Co2Fe24O41。
3.根据权利要求2所述之基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，其特征在于，Z型六角铁氧体层与空气层的体积比例在65％～90％变化，以获得300～1800MHz的天线中心工作频点范围。
4.根据权利要求3所述之基于Z型六角铁氧体的平面倒F型天线，其特征在于，磁性材料层与空气层的体积比例在83％，以获得天线中心工作频率700MHz，工作带宽540～1000MHz。
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