CN102394363A

CN102394363A - 双频单极子天线

Info

Publication number: CN102394363A
Application number: CN2011101917372A
Authority: CN
Inventors: 赵妮丽; 张毅; 冯玮; 罗铁亮
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明公开了一种双频单极子天线，包括介质基板，基板底面上集成有地平面金属片，基板表面上集成有第一辐射金属片、第二辐射金属片、第三辐射金属片、第四辐射金属片和微带馈电金属线，微带馈电金属线与地平面金属片平行布置，微带馈电金属线与第一辐射金属片一端相连，且位于同一直线上，第一辐射金属片另一端与第二辐射金属片垂直相连，第一辐射金属片和第二辐射金属片组成高频单极子天线；低频单极子天线包括第一辐射金属片、第三辐射金属片和第四辐射金属片，第三辐射金属片一端与第四辐射金属片垂直相连，另一端与第一辐射金属片电连接。本发明结构紧凑，可直接集成在电路基板上，可根据需求调整天线尺寸，实现双频通信。

Description

双频单极子天线

技术领域

本发明涉及天线领域，特别是涉及一种双频(Dual-band)单极子(Monopole)天线。

背景技术

现在的局域网络已经逐步由有线局域网扩展到WLAN(WirelessLocal Area Networks，无线局域网)。与有线局域网相比，无线局域网的主要优势是可以移动，无需线缆即可接入网络。目前已有的无线局域网标准主要有：IEEE 802.11a(5.15～5.35/5.47～5.725/5.725～5.875GHz)、IEEE 802.11b和802.11g(2.4～2.5GHz)。WLAN天线是无线局域网通信系统中的一个关键部件，其性能的好坏直接影响到无线通信的质量。

随着多功能通信产品的提出，许多新型的WLAN天线也开始得到人们的重视，例如双频天线、三频天线以及多频天线。其中，印刷双频天线由于具有加工简单、成本低、效益高的优点，因而越来越被人们所关注。许多研究者已经提出了工作在双频段的天线形式，例如偶极天线(Dipole Anten-na)、PIFA天线(Planar Inverted-F Antenna，印刷倒F天线)、准八木天线(Quari-Yagi antenna)、平面单极子天线(Planarl Monopole Antenna)等，但是，双频天线的具体实现还有待解决。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种双频单极子天线，其结构紧凑，可直接集成在电路基板上，还可根据需求灵活调整天线尺寸，实现双频通信。

本发明提供的双频单极子天线，包括介质基板，介质基板的基板底面上集成有地平面金属片，所述介质基板的基板表面上集成有第一辐射金属片、第二辐射金属片、第三辐射金属片、第四辐射金属片和微带馈电金属线，所述微带馈电金属线与地平面金属片平行布置，微带馈电金属线与第一辐射金属片的一端相连，且位于同一直线上，第一辐射金属片的另一端与第二辐射金属片垂直相连，第一辐射金属片和第二辐射金属片共同组成高频单极子天线；低频单极子天线包括第一辐射金属片、第三辐射金属片和第四辐射金属片，第三辐射金属片一端与第四辐射金属片垂直相连，另一端与第一辐射金属片电连接。

在上述技术方案中，所述第三辐射金属片与第一辐射金属片相连，且位于同一直线上，所述高频单极子天线和低频单极子天线构成F型。

在上述技术方案中，所述第一辐射金属片、第二辐射金属片、第三辐射金属片、第四辐射金属片和微带馈电金属线的线宽均相等。

在上述技术方案中，所述微带馈电金属线与第一辐射金属片的相连之处为馈入点，同时给高频单极子天线和低频单极子天线馈电。

在上述技术方案中，所述低频单极子天线还包括第五辐射金属片，第三辐射金属片通过第五辐射金属片与第一辐射金属片相连，第五辐射金属片与第二辐射金属片相连且位于同一直线上，第五辐射金属片的两端分别与第一辐射金属片、第三辐射金属片垂直相连，第三辐射金属片平行于第一辐射金属片。

在上述技术方案中，所述第一辐射金属片、第二辐射金属片、第三辐射金属片、第四辐射金属片、第五辐射金属片和微带馈电金属线的线宽均相等。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明中双频单极子天线的辐射主体为两个集成在一起的单极子天线，通过调整两个单极子天线的长度、宽度和形状等，可使天线工作在不同的双频段，而且在所需的频段内能够满足一般无线局域网中天线的性能指标要求。

(2)本发明的结构紧凑，可直接集成在电路基板上，体积小。

(3)通过调整辐射金属片的长度，能够灵活地调整天线的尺寸。

(4)本发明的结构简单，容易实现。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图1沿X轴方向的侧视图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明实施例1的S11参数图；

图5为本发明实施例1的VSWR参数图；

图6为本发明实施例1工作于2450MHz时XOY平面的辐射图；

图7为本发明实施例1工作于2450MHz时XOZ平面的辐射图；

图8为本发明实施例1工作于2450MHz时YOZ平面的辐射图；

图9为本发明实施例1工作于2400～2500MHz时的天线增益图；

图10为本发明实施例1工作于5800MHz时XOY平面的辐射图；

图11为本发明实施例1工作于5800MHz时XOZ平面的辐射图；

图12为本发明实施例1工作于5800MHz时YOZ平面的辐射图；

图13为本发明实施例1工作于5700～5900MHz时的天线增益图。

图中：1-第一辐射金属片，2-第二辐射金属片，3-第三辐射金属片，4-第四辐射金属片，5-第五辐射金属片，6-微带馈电金属线，7-地平面金属片，8-介质基板，9-基板表面，10-基板底面，A-第一馈入点，B-第二馈入点。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

下面通过2个实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

参见图1和图2所示，本发明实施例1提供的双频单极子天线，包括介质基板8，介质基板8的基板底面10上集成有地平面金属片7，介质基板8的基板表面9上集成有第一辐射金属片1、第二辐射金属片2、第三辐射金属片3、第四辐射金属片4和微带馈电金属线6，微带馈电金属线6与地平面金属片7平行布置，微带馈电金属线6与第一辐射金属片1的一端相连，且位于同一直线上，第一辐射金属片1的另一端与第二辐射金属片2垂直相连，第一辐射金属片1和第二辐射金属片2共同组成高频单极子天线。

第三辐射金属片3一端与第一辐射金属片1相连，且位于同一直线上，另一端与第四辐射金属片4垂直相连，第一辐射金属片1、第三辐射金属片3和第四辐射金属片4共同组成低频单极子天线。高频单极子天线和低频单极子天线构成F型。

微带馈电金属线6与第一辐射金属片1的相连之处A为第一馈入点，实施例1通过第一馈入点A同时给高频单极子天线和低频单极子天线馈电。第一辐射金属片1、第二辐射金属片2、第三辐射金属片3、第四辐射金属片4和微带馈电金属线6的线宽均相等。根据介质基板8的不同介电常数和板厚，可以计算出50欧微带线的线宽，并将此线宽作为微带馈电金属线6的线宽。

实施例2

参见图3所示，本发明实施例2提供的双频单极子天线，包括介质基板8，介质基板8的基板底面10上集成有地平面金属片7，介质基板8的基板表面9上集成有第一辐射金属片1、第二辐射金属片2、第三辐射金属片3、第四辐射金属片4、第五辐射金属片5和微带馈电金属线6，微带馈电金属线6与地平面金属片7平行布置，微带馈电金属线6与第一辐射金属片1的一端相连，且位于同一直线上，第一辐射金属片1的另一端与第二辐射金属片2垂直相连，第一辐射金属片1和第二辐射金属片2共同组成高频单极子天线。

第三辐射金属片3一端与第四辐射金属片4垂直相连，另一端通过第五辐射金属片5与第一辐射金属片1相连，第五辐射金属片5与第二辐射金属片2相连且位于同一直线上，第五辐射金属片5的两端分别与第一辐射金属片1、第三辐射金属片3垂直相连，第三辐射金属片3平行于第一辐射金属片1。第一辐射金属片1、第三辐射金属片3、第四辐射金属片4和第五辐射金属片5共同组成低频单极子天线。

微带馈电金属线6与第一辐射金属片1的相连之处B为第二馈入点，实施例2通过第二馈入点B同时给高频单极子天线和低频单极子天线馈电。第一辐射金属片1、第二辐射金属片2、第三辐射金属片3、第四辐射金属片4、第五辐射金属片5和微带馈电金属线6的线宽均相等。根据介质基板8的不同介电常数和板厚，可以计算出50欧微带线的线宽，并将此线宽作为微带馈电金属线6的线宽。

通过控制第一辐射金属片1、第二辐射金属片2、第三辐射金属片3、第四辐射金属片4、第五辐射金属片5和微带馈电金属线6的长度、宽度和形状，可以得到所需的天线工作频段。

本发明实施例中的双频单极子天线结构简单，不同于传统的PIFA(印刷倒F天线)的外形为倒F，实质为单极子天线，实施例1的形状为“F”，参见图1所示。若将高频段的辐射金属片进行变形，还可以衍生出其他形状，参见实施例2和图3所示。本发明实施例的双频单极子天线的所有构成部件均在普通印制板上完成，各金属片和金属线直接印制在电路基板上，这种实现方式使得天线的制作非常方便。

经试验，本发明实施例1可工作于2450MHz和5800MHz两个工作频段。下面对本发明实施例1的具体参数进行说明。

图4为本发明实施例1的S11(馈入点反射波与入射波的比值的dB值)参数图。从图4中可以看出，当实施例1的微带馈电金属线6的特性阻抗为50欧时，2450MHz频段和5800MHz频段的S11值都小于-13dB，满足行业一般设计要求。

图5为本发明实施例1的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio，电压驻波比)参数图。从图5中可以看出，本发明实施例1在2450MHz频段和5800MHz频段的VSWR值都小于1.6，满足行业设计要求。由此可见，本发明实施例1的天线阻抗匹配性能很好。

本发明实施例1工作在低频段(2450MHz频段)时，50欧微带馈电金属线6给第一辐射金属片1、第二辐射金属片2通过第一馈入点A馈电，产生的辐射场型参见图6、图7和图8所示。由图7可以看出，本发明实施例1工作在2450MHz频段时，在XOZ平面的辐射场型呈现接近于全向辐射场型。故本发明根据图1的实施例工作于2450MHz频段时，有良好的全向辐射和接收电磁波的性能。由图9可以看到，本发明实施例1工作在2450MHz频段时，天线的增益在1.25dBi至1.26dBi之间，可用于一般无线局域网络的覆盖。

本发明实施例1工作在高频段(5800MHz频段)时，50欧微带馈电金属线6给第一辐射金属片1、第三辐射金属片3和第四辐射金属片4通过第一馈入点A馈电，产生的辐射场型请参考图10、图11和图12。由图11可以看出，本发明实施例1工作在5800MHz频段时，在XOZ平面的辐射场型呈现接近于全向辐射场型。故本发明实施例1工作于5800MHz频段时，有良好的全向辐射和接收电磁波的性能。由图13可以看出，本发明实施例1工作在5800MHz频段时，天线的增益在3.3dBi至3.8dBi之间，可用于一般无线局域网络的覆盖。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种双频单极子天线，包括介质基板(8)，介质基板(8)的基板底面(10)上集成有地平面金属片(7)，其特征在于：所述介质基板(8)的基板表面(9)上集成有第一辐射金属片(1)、第二辐射金属片(2)、第三辐射金属片(3)、第四辐射金属片(4)和微带馈电金属线(6)，所述微带馈电金属线(6)与地平面金属片(7)平行布置，微带馈电金属线(6)与第一辐射金属片(1)的一端相连，且位于同一直线上，第一辐射金属片(1)的另一端与第二辐射金属片(2)垂直相连，第一辐射金属片(1)和第二辐射金属片(2)共同组成高频单极子天线；低频单极子天线包括第一辐射金属片(1)、第三辐射金属片(3)和第四辐射金属片(4)，第三辐射金属片(3)一端与第四辐射金属片(4)垂直相连，另一端与第一辐射金属片(1)电连接。

2.如权利要求1所述的双频单极子天线，其特征在于：所述第三辐射金属片(3)与第一辐射金属片(1)相连，且位于同一直线上，所述高频单极子天线和低频单极子天线构成F型。

3.如权利要求1或2所述的双频单极子天线，其特征在于：所述第一辐射金属片(1)、第二辐射金属片(2)、第三辐射金属片(3)、第四辐射金属片(4)和微带馈电金属线(6)的线宽均相等。

4.如权利要求1或2所述的双频单极子天线，其特征在于：所述微带馈电金属线(6)与第一辐射金属片(1)的相连之处为馈入点，同时给高频单极子天线和低频单极子天线馈电。

5.如权利要求1所述的双频单极子天线，其特征在于：所述低频单极子天线还包括第五辐射金属片(5)，第三辐射金属片(3)通过第五辐射金属片(5)与第一辐射金属片(1)相连，第五辐射金属片(5)与第二辐射金属片(2)相连且位于同一直线上，第五辐射金属片(5)的两端分别与第一辐射金属片(1)、第三辐射金属片(3)垂直相连，第三辐射金属片(3)平行于第一辐射金属片(1)。

6.如权利要求5所述的双频单极子天线，其特征在于：所述第一辐射金属片(1)、第二辐射金属片(2)、第三辐射金属片(3)、第四辐射金属片(4)、第五辐射金属片(5)和微带馈电金属线(6)的线宽均相等。

7.如权利要求5或6所述的双频单极子天线，其特征在于：所述微带馈电金属线(6)与第一辐射金属片(1)的相连之处为馈入点，同时给高频单极子天线和低频单极子天线馈电。