CN102340050A - 多频天线及多频天线阵列 - Google Patents

Abstract

一种多频天线及多频天线阵列，所述多频天线包括接地部及馈入元件，所述馈入元件可与第一频段谐振，所述多频天线还设有与馈入元件分开的与第二频段对应的第一寄生辐射元件、位于第一寄生辐射元件与馈入元件之间的与第二频段对应的寄生元件。该种结构的多频天线及多频天线阵列可工作在两个比较接近的频段，且结构简单，制造容易。

Description

多频天线及多频天线阵列

【技术领域】

本发明涉及一种多频天线及多频天线阵列，尤其是关于具有两个频段相隔较近的多频天线及多频天线阵列。

【背景技术】

美国专利公告第US7277055号揭示了一种多频天线，该多频天线包括底层绝缘层、顶部绝缘层，设置在底部绝缘层及顶部绝缘层之间的中间绝缘层、设置在中间绝缘层与顶部绝缘层之间的馈入元件及设置在中间绝缘层与底部绝缘层之间的寄生接地元件，该结构的多频天线可以工作在900MHz及1800MHz两个频段内，900MHz频段与1800MHz频段相隔较远，该种双频天线在业界比较容易设计，如果双频天线的两个频段相隔较近则比较难以实现，比如目前第四种3G标准WiMax(Worldwide Interoperabilityfor Microwave Access，全球微波互联接入)即IEEE802.16标准主要工作在两个频段内，中心频段分别为2.5GHz及3.5GHz，2.5GHz与3.5GHz比较接近，目前业界主要通过设计有分频器，合路器等其他方式实现，前述方法增加了产品的成本及复杂度。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多频天线，该种多频天线可以工作在两个较近的频段上，且结构简单，容易制造。

为解决上述问题，本发明提供一种多频天线，其包括接地部及馈入元件，所述馈入元件可与第一频段谐振，所述多频天线还设有与馈入元件分开的与第二频段对应的第一寄生辐射元件、位于第一寄生辐射元件与馈入元件之间的与第二频段对应的寄生元件。

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多频天线阵列，该种多频天线阵列可以工作在两个较近的频段上。

为解决上述问题，本发明提供一种多频天线阵列，其包括若干排成矩阵的多频天线，所述各多频天线均包括接地部及馈入元件，所述馈入元件可与第一频段谐振，所述各多频天线还设有与馈入元件分开的与第二频段对应的第一寄生辐射元件、位于第一寄生辐射元件与馈入元件之间的与第二频段对应的寄生元件。

相较于现有技术，本发明的多频天线及多频天线阵列，馈入元件可与第一频段谐振，设有第二频段寄生辐射元件及与第二频段对应的寄生元件，从而可以工作在两个比较接近的频段，且本发明的结构简单，制造容易。

【附图说明】

图1是本发明多频天线第一实施例的立体图。

图2是图1所示多频天线俯视图。

图3是图1所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图4是本发明多频天线第二实施例的立体图。

图5是图4所示多频天线俯视图。

图6是图4所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图7是本发明多频天线第三实施例的立体图。

图8是图7所示多频天线俯视图。

图9是图7所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图10是本发明多频天线第四实施例的立体图。

图11是图10所示多频天线俯视图。

图12是图10所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图13是本发明多频天线第五实施例的立体图。

图14是图13所示多频天线俯视图。

图15是图13所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图16是本发明多频天线第六实施例的俯视图。

图17是图16所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图18是本发明多频天线第七实施例的俯视图。

图19是图18所示多频天线回波损耗随频率变化的仿真图。

图20是本发明多频天线第八实施例的俯视图。

图21是图20所示多频天线阵列峰值增益随频率变化的仿真图。

图22是图1所示多频天线在Y方向排列成天线阵列的俯视图。

图23是图1所示多频天线在Y及X两个方向排列成天线阵列的俯视图。

图24是图22所示多频天线阵列以不同间距排列成阵列时的峰值增益随频率变化的仿真图。

图25是图22所示多频天线阵列以100mm毫米及120毫米的间距排列成阵列时的峰值增益随频率变化的仿真图。

图26是图1所示多频天线在X方向以不同间距排列成阵列时的峰值增益随频率变化的仿真图。

图27是图23所示多频天线阵列的峰值增益随频率变化的仿真图。

【具体实施方式】

如图1至3所示，本发明第一实施例多频天线10，该多频天线10包括接地部11、馈入元件12、第一寄生辐射元件13、寄生元件14及第二寄生辐射元件15，所述接地部11位于第一平面内，所述馈入元件12、第一寄生辐射元件13、寄生元件14及第二寄生辐射元件15均设置在与第一平面间隔设置的第二片面内，所述第一平面与第二平面之间的距离为7毫米。

所述馈入元件12可以与第一频段谐振，所述馈入元件12沿一长度方向延伸，在馈入元件12的中间位置处设有连接部121可与同轴线缆或者同轴连接器连接。所述第一寄生辐射元件13与第二频段对应，所述第一寄生辐射元件13与馈入元件12分开设置，第一寄生辐射元件13的长度方向垂直于馈入元件12的长度方向。所述寄生元件14与第二频段对应并设置在馈入元件12与第一寄生辐射元件13之间，并与馈入元件12平行设置。所述第一寄生辐射元件13与寄生元件14设置在馈入元件12的中间位置的一侧。所述第二寄生辐射元件15与第一频段对应，其与馈入元件12分开设置并与寄生元件14位于同一侧，第二寄生辐射元件15共设有两个，分开设置分别设置在馈入元件12的相对的两端，所述第二寄生辐射元件15的长度方向垂直于馈入元件12的长度方向，所述第二寄生辐射元件15以垂直于馈入元件12的中间位置的轴线A呈轴对称设置。

在本实施例中，该多频天线10可工作在WiMax的两个工作频段中，该两个频段分别为较低的2.3-2.7GHz，及较高的3.3-3.8GHz。所述第一频段对应为2.3-2.7GHz，第二频段对应为3.3-3.8GHz。所述第一寄生辐射元件13的长度为第二频段中心频率波长的一半，所述第二寄生辐射元件15的长度为第一频段中心频率波长的一半，所述寄生元件14的长度为第二频段中心频率波长的四分之一。所述第一寄生辐射元件13及第二寄生辐射元件15的长度还可设置成其对应频段中心频率的波长的四分之一。

图3是本发明第一实施例的多频天线10的回波损耗(Return Loss)在2-4GHz范围内仿真图，其显示，该多频天线10在WiMax的两个工作频段即2.3-2.7GHz及3.3-3.8GHz内，回波损耗均小于-10dB。

如图4至6所示，本发明第二实施例多频天线20，该多频天线20包括接地部21、馈入元件22、第一寄生辐射元件23、寄生元件24、第二寄生辐射元件25、及第三寄生辐射元件26。所述接地部21位于第一平面内。所述馈入元件22、第一寄生辐射元件23、寄生元件24、第二寄生辐射元件25及第三寄生辐射元件26均设置在与第一平面间隔设置的第二片面内。所述第一平面与第二平面之间的距离为7毫米。

所述馈入元件22包括沿第一方向延伸的第一部分201及自第一部分的中间位置以垂直于第一方向延伸的第二部分202，所述馈入元件12设有连接部221可与同轴线缆或者同轴连接器连接，所述连接部221连接在第二部分202上，该连接部221将馈入元件22分成可以与第一频段谐振的第一谐振部222及可与第三频段谐振的第二谐振部223，所述第一寄生辐射元件23与第二频段对应，所述第一寄生辐射元件23设有一对与馈入元件22分开设置，该对第一寄生辐射元件23以穿过第二部分202的轴线A为对称轴呈轴对称设置，所述各第一寄生辐射元件23包括平行于第二部分202的方向延伸的主体部231，及自主体部231的一端以平行于第一部分201的并分别向第二部分202的方向延伸的延伸部232。所述寄生元件24与第二频段对应，所述寄生元件24设有一对，分别设置在各第一寄生辐射元件23与馈入元件22的第二部分202之间，所述寄生元件24均包括平行于馈入元件22的第一部分201延伸的第一寄生部分241及平行于第二部分202延伸的第二寄生部分242，所述第一寄生部分241与第二寄生部分242相连接，所述一对寄生元件24以轴线A为对称轴呈轴对称设置。所述第二寄生辐射元件25与第一频段对应，所述第二寄生辐射元件25与馈入元件22分开并设置在馈入元件22的第一部分201的末端，所述第二寄生辐射元件25的长度方向垂直于馈入元件22的第一部分201的长度方向。所述第三寄生辐射元件26与第三频段对应，所述第三寄生辐射元件26与馈入元件22分开并设置在馈入元件22的第二部分202的末端，所述第三寄生辐射元件26的长度方向与第二部分202的长度方向相同。

在本实施例中，该多频天线20工作在WiMax及WIFI(IEEE 802.11，无线局域网标准)的三个工作频段中，该三个频段分别为较低的2.3-2.7GHz，较高的3.3-3.8GHzz，最高的5.1-5.8GHz。所述第一频段对应为2.3-2.7GHz，第二频段对应为3.3-3.8GHz，第三频段对应为5.1-5.8GHz。所述第一寄生辐射元件23的长度为第二频段中心频率波长的一半，所述第二寄生辐射元件25的长度为第一频段中心频率波长的一半，所述第三寄生辐射元件26的长度为第三频段中心频率波长的一半，所述寄生元件24的长度为第二频段中心频率波长的四分之一。所述第一寄生辐射元件23、第二寄生辐射元件25及第三寄生辐射元件26的长度还可设置成其对应频段中心频率的波长的四分之一。

图6是本发明第二实施例的多频天线20的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图，其中标号100的曲线表示的是第一及第二平面间距离为5毫米时的情况，标号200的曲线表示的是第一及第二平面为7毫米时的情况，其显示，在距离为7毫米时，该多频天线20在WiMax及WIFI的三个工作频段即2.3-2.7GHz、3.3-3.8GHz及5.1-5.8GHz内，回波损耗均小于-10dB。

如图7至9所示，本发明第三实施例多频天线30，该多频天线30包括接地部31、馈入元件32、第一寄生辐射元件33、寄生元件34、第二寄生辐射元件35、及第三寄生辐射元件36。所述接地部31位于第一平面内，所述馈入元件32包括连接部321、可以与第一频段谐振的第一谐振部322及可与第三频段谐振的第二谐振部323。所述第一谐振部322、第一寄生辐射元件33、寄生元件34及第二寄生辐射元件35均设置在与第一平面间隔设置的第二片面内，所述第一平面与第二平面之间的距离为7毫米。所述第二谐振部323及第三寄生辐射元件36均设置在与第一平面及第二片面之间的第三平面内，所述第一平面与第三平面之间的距离为4毫米。

所述馈入元件32的第一谐振部322沿一长度方向延伸，所述连接部321连接在第一谐振部322的中间位置，所述第二谐振部连接在连接部上并沿垂直于第一谐振部322的方向向第一谐振部322的一侧延伸。所述馈入元件32的连接部321可与同轴线缆或者同轴连接器连接。所述第一寄生辐射元件33设有一对均与与第二频段对应，该对第一寄生辐射元件33与馈入元件32分开并设置在第一谐振部322的一侧，所述该对第一寄生辐射元件33以垂直于第一谐振部322的中间部分的轴线A呈轴对称设置，所述第一寄生辐射元件33的长度方向垂直于第一谐振部。所述寄生元件34与第二频段对应，所述寄生元件34设有一对，分别设置在各第一寄生辐射元件33与馈入元件32的第一谐振部322之间，所述寄生元件34均包括平行于第一谐振部322延伸的第一寄生部分341及垂直于第一谐振部322延伸的第二寄生部分342，所述第一寄生部分341与第二寄生部分342相连接，所述一对寄生元件34以轴线A呈轴对称设置。所述第二寄生辐射元件35与第一频段对应，所述第二寄生辐射元件35设有一对，其与馈入元件32分开并分别设置在第一谐振部322的两末端处，所述第二寄生辐射元件35的长度方向均垂直于第一谐振部322，所述一对第二寄生辐射元件35以轴线A对称设置。所述第三寄生辐射元件36与第三频段对应，所述第三寄生辐射元件36与馈入元件32分开并设置在第二谐振部323的延伸末端处，所述第三寄生辐射元件36的长度方向与第二谐振部323的长度方向相同。

在本实施例中，该多频天线30也工作在WiMax及WIFI(IEEE 802.11，无线局域网标准)的三个工作频段中，该三个频段分别为较低的2.3-2.7GHz，较高的3.3-3.8GHzz，最高的5.1-5.8GHz。所述第一频段对应为2.3-2.7GHz，第二频段对应为3.3-3.8GHz，第三频段对应为5.1-5.8GHz。所述第一寄生辐射元件33的长度为第二频段中心频率波长的一半，所述第二寄生辐射元件35的长度为第一频段中心频率波长的一半，所述第三寄生辐射元件36的长度为第三频段中心频率波长的一半，所述寄生元件34的长度为第二频段中心频率波长的四分之一。所述第一寄生辐射元件33、第二寄生辐射元件35及第三寄生辐射元件36的长度还可设置成其对应频段中心频率的波长的四分之一。

图9是本发明第三实施例的多频天线30的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图。

如图10至12所示，本发明第四实施例多频天线40，该多频天线40是一种小型化设计。该多频天线40包括接地部41、馈入元件42、第一寄生辐射元件43、寄生元件44、第二寄生辐射元件45、及第三寄生辐射元件46。所述接地部41位于第一平面内，所述第馈入元件42、第一寄生辐射元件43、寄生元件44、第二寄生辐射元件45及第三寄生辐射元件46均设置在与第一平面间隔设置的第二片面内，所述第一平面与第二平面之间的距离为7毫米。

所述馈入元件42包括连接部421、可以与第一频段谐振的第一谐振部422及可与第三频段谐振的第二谐振部423。所述馈入元件42的连接部421可与同轴线缆或者同轴连接器连接。所述馈入元件42大体沿第一方向延伸。所述第一寄生辐射元件43与第二频段对应，第一寄生辐射元件43与馈入元件42分开并设置在馈入元件42的一侧，所述第一寄生辐射元件43大体呈平行于馈入元件42的方向延伸。所述寄生元件44与第二频段对应，所述寄生元件44设置在各第一寄生辐射元件43与馈入元件42之间，所述寄生元件44均包括平行于馈入元件42延伸的第一寄生部分441及垂直于馈入元件42延伸的第二寄生部分442，所述第一寄生部分441与第二寄生部分442相连接。所述第二寄生辐射元件45与第一频段对应，所述第二寄生辐射元件45与馈入元件42分开并设置在馈入元件42的第一谐振部422的末端处，所述第二寄生辐射元件45的长度方向与馈入元件42的延伸方向相同。所述第三寄生辐射元件46与第三频段对应，所述第三寄生辐射元件46与馈入元件42分开并设置在第二谐振部423的末端处，所述第三寄生辐射元件46的长度方向与馈入元件42的长度方向相同。

在本实施例中，该多频天线40也工作在WiMax及WIFI(IEEE 802.11，无线局域网标准)的三个工作频段中，该三个频段分别为较低的2.3-2.7GHz，较高的3.3-3.8GHzz，最高的5.1-5.8GHz。所述第一频段对应为2.3-2.7GHz，第二频段对应为3.3-3.8GHz，第三频段对应为5.1-5.8GHz。所述第一寄生辐射元件43的长度为第二频段中心频率波长的一半，所述第二寄生辐射元件45的长度为第一频段中心频率波长的一半，所述第三寄生辐射元件46的长度为第三频段中心频率波长的一半。所述寄生元件44的长度为第二频段中心频率波长的四分之一。该种多频天线40的在第一方向的长度为105毫米，在垂直于第一方向的宽度为7毫米。

图12是本发明第四实施例的多频天线40的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图。

如图13至15所示，本发明第五实施例多频天线50。该多频天线50包括接地部51、馈入元件52、第一寄生辐射元件53、寄生元件54、第二寄生辐射元件55、及第三寄生辐射元件56。该多频天线50的结构与第四实施例中的多频天线40大体相同，主要区别在于，馈入元件52的与第一频段谐振的第一谐振部522的末端设有弯曲部520，以减少馈入元件在第一方向的长度。第一寄生辐射元件53、第二寄生辐射元件55及第三寄生辐射元件56的长度分别为其对应频段的中心频率的波长的四分之一。第三寄生辐射元件56的长度方向垂直于第一方向延伸。从而该多频天线50的长度只有55毫米，宽度仍然为7毫米。

图15是本发明第五实施例的多频天线50的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图。

如图16-17所示，本发明第六实施例多频天线60，该多频天线60包括接地部61、馈入元件62、第一寄生辐射元件63、寄生元件64、第二寄生辐射元件65、及第三寄生辐射元件66。该多频天线60的结构与第四实施例中的多频天线40大体相同，区别仅在于，第二寄生辐射元件65的长度为对应频段的中心波长的四分之一。从而该多频天线60的长度为75毫米，宽度为7毫米。

图17是本发明第六实施例的多频天线50的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图。

如图18-19所示，本发明第七实施例多频天线70，该多频天线70包括接地部71、馈入元件72、第一寄生辐射元件73、寄生元件74、第二寄生辐射元件75、及第三寄生辐射元件76。该多频天线70的结构与第六实施例中的多频天线60大体相同，区别仅在于，第三寄生辐射元件76的长度为对应频段的中心波长的四分之一。从而该多频天线60的长度为67毫米，宽度为7毫米。

图19是本发明第七实施例的多频天线60的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图。

如图20-21所示，本发明第八实施例多频天线80，该多频天线80包括接地部81、馈入元件82、第一寄生辐射元件83、寄生元件84及第二寄生辐射元件85。该多频天线80的结构与第五实施例中的多频天线50大体相同，区别仅在于，未设有与第三频段对应的第三寄生辐射元件。从而该多频天线的长度最短只有46.5毫米，宽度为7毫米。

图21是本发明第八实施例的多频天线60的回波损耗(Return Loss)在2-6GHz范围内仿真图。

如图22所示，本发明第一实施例的多频天线10在Y方向排列成多频天线阵列。该多频天线阵列也可以仅在X方向上排列。

如图23所示，本发明第一实施例的多频天线10在及Y及X两个方向排列成多频天线阵列，此时，在X方向的间距为80毫米，在Y方向的间距为100毫米，该多频天线阵列的接地部11的尺寸为X方尺寸为150毫米，Y方向尺寸为180毫米，该多频天线阵列的高度等于第一实施例的第一及第二平面之间的距离为7毫米。

图24-25是图22所示的多频天线阵列的峰值增益(Peak Gain)在2-4GHz的频段内的仿真图。其中标号为300的曲线为仅有一个多频天线10的仿真图，标号为400的曲线为两个多频天线10在Y方向上以60毫米的间距排列成阵列时的仿真图，标号为500的为两个多频天线10在Y方向上以80毫米的间距排列成阵列时的仿真图，标号为600的曲线为两个多频天线10在Y方向上以100毫米的间距排列成阵列时的仿真图，标号为700的曲线为两个多频天线10在Y方向上以120毫米的间距排列成阵列时的仿真图。其中间距为100毫米与间距为120毫米的仿真结果几乎相同。

图26是图1所示的多频天线10在X方向上排列成多频天线阵列的峰值增益(Peak Gain)在2-4GHz的频段内的仿真图。其中标号为401的曲线为两个多频天线10在X方向上以80毫米的间距排列成阵列时的仿真图，标号为501的曲线为两个多频天线10在X方向上以100毫米的间距排列成阵列时的仿真图，标号为601的曲线为两个多频天线10在X方向上以120毫米的间距排列成阵列时的仿真图。

图27是图23所示的多频天线阵列的峰值增益(Peak Gain)在2-4GHz的频段内的仿真图。其中标号为800曲线为四个多频天线10分别在X方向以80毫米的间距及Y方向以100毫米的间距排列成阵列时的仿真图。

在本发明的所有实施例中可以工作在两个比较接近的频段，且本发明的结构简单，制造容易。

【主要元件符号说明】

多频天线            10、20、30、40、50、60、70、80

接地部              11、21、31、41、51、61、71、81

馈入元件            12、22、32、42、52、62、72、82

第一寄生辐射元件    13、23、33、43、53、63、73、83

寄生元件            14、24、34、44、54、64、74、84

第二寄生辐射元件    15、25、35、45、55、65、75、85

第三寄生辐射元件    26、36、46、56、66、76

连接部              121、221、321、421、521、621、721、821

第一部分            201            第二部分      202

第一谐振部          222、322、422、第二谐振部    223、323、423

                    522

主体部              231            延伸部        232

第一寄生部分    241、341、441第二寄生部分     242、342、442

弯曲部          520

Claims (10)

1.一种多频天线，其包括接地部及馈入元件，所述馈入元件可与第一频段谐振，其特征在于：所述多频天线还设有与馈入元件分开的与第二频段对应的第一寄生辐射元件、位于第一寄生辐射元件与馈入元件之间的与第二频段对应的寄生元件。

2.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于：所述多频天线设有与馈入元件分开设置的与第一频段对应的第二寄生辐射元件。

3.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于：所述馈入元件分成第一部分及第二部分，其中第一部分可以与第一频段谐振，第二部分可与第三频段谐振。

4.如权利要求3所述的多频天线，其特征在于：所述第二部分设有与第三频段对应的第三寄生辐射元件，所述第一频段为2.3-2.7GHz，所述第二频段为3.3-3.8GHz，所述第三频段为5.1-5.8GHz。

5.如权利要求4所述的多频天线，其特征在于：所述第一寄生元件的长度为第二频段中心频率波长的二分之一或者四分之一，所述第二寄生辐射元件的长度为第一频段中心频率波长的二分之一或者四分之一，所述第三寄生辐射元件的长度为第三频段中心频率波长的二分之一或者四分之一，所述寄生元件的长度为第二频段中心频率波长的二分之一。

6.如权利要求4所述的多频天线，其特征在于：所述第一寄生元件的长度方向垂直或者平行于寄生元件的长度方向，所述第二寄生元件的长度方向垂直或者平行于馈入元件的长度方向，所述第三寄生元件的长度方向垂直或者平行于馈入元件的长度方向。

7.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于：所述接地部位于第一平面内，所述馈入元件、第一寄生辐射元件及寄生元件位于第二平面内，所述第一及第二平面相互平行，第一平面与第二平面之间的距离为7mm。

8.一种多频天线阵列，其包括若干排成矩阵的多频天线，所述各多频天线均包括接地部及馈入元件，所述馈入元件可与第一频段谐振，其特征在于：所述各多频天线还设有与馈入元件分开的与第二频段对应的第一寄生辐射元件、位于第一寄生辐射元件与馈入元件之间的与第二频段对应的寄生元件。

9.如权利要求8所述的多频天线阵列，其特征在于：所述各多频天线设有与馈入元件分开设置的与第一频段对应的第二寄生辐射元件。

10.如权利要求8所述的多频天线阵列，其特征在于：所述第一频段为2.3-2.7GHz，第二频段为3.3-3.8GHz，所述馈入元件的长度方向为第一方向，所述第一频段寄生辐射元件的长度方向为垂直于第一方向的第二方向，所述各多频天线在第一方向上排列间距为100mm，所述各多频天线在第二方向上排列间距为80mm。

Images