一种电抗加载的双频天线
技术领域
本发明涉及平面印刷天线领域,具体涉及一种无线电通信设备中用于接受和发射无线电波的双频天线。
背景技术
近年来,随着无线通信技术的飞速发展,人们对无线通信的依赖也越来越强,3G移动通信运营以来,人们深深的体验到无限通信的方便性和及时性,人们可以通过无线通信随时随处获取信息,且移动终端用户空前增加,这在几年前是无法想象的。同时随着信息的分享和信息的获取手段做种多样,蓝牙技术,WiFi技术,无线局域网(WLAN)和全球微波接入(WiMAX)等给人们的生活带来了巨大变化。人们可以走不出户,享受高速的网络生活,且可以通过无线局域网和周围的邻居和小区之间进行有效的沟通。因此,双频天线的设计成为目前的研究热点和难点,特别是小型化的天线设计是目前研究的难点。而作为微带印刷天线不仅能有效的降低天线的尺寸,同时能采用光刻技术进行设计,因此,微带印刷天线成为目前的重要研究方向之一。目前天线研究者已经设计出各种各样的天线,但是很多天线都工作在单一的工作频段,虽然在近年来,热门也开发出了一些双频带和多频带的微带天线,但是这些天线的尺寸较大,不能满足日益增长的人们对小型化电子设备需求的需要。因此,设计结构尺寸小的双频天线是实现多功能通信的重要部分。
传统的无线局域网天线,大多采用单极子天线或者是多谐振元构成的超宽带天线。文献“T.H.Kim and D.C.park,CPW-fed compact monopole antenna for dual-band WLANapplications,Electronics Letters,vol.41,no.6,pp.291-293,2005”提出一种共面波导馈电的双频天线,该天线采用非对称单极子辐射单元,从而形成双频带工作特性。该天线的尺寸较大,且因为采用非对称的结构,该天线的辐射方向图呈现不对称特性。为了设计较好的双频天线,中国发明专利“双频宽带E形微带天线,专利申请号200910071878”设计了一种采用E形微带天线和弯折微带偶极子天线组合的形式设计出一种能两个谐振频率可以单独设计的双频带天线。但是该天线采用同轴电缆馈电,尺寸仍然较大,且调试相对复杂,同时难于和微波集成电路集成。为了减小天线的尺寸,文献“V.Deepu,R.K.Raj,M.Joseph,M.N.Suma,and P.Mohanan,Compact asymmetric coplanar strip fed monopole antenna for multiband applications,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.55,no.8,pp.2351-2357,2007.”提出一种共面非对称带线馈电的单极子天线,该天线的非对称共面波导馈电接地面仅仅为通常共面波导接地面的一半,因此,有效的降低了天线的尺寸,但是该天线仅仅有一个谐振频率。为了设计双频天线,文献“V.Deepu,R.Sujith,S.Mridula,C.K.Aanandan,K.Vasudevan,and P.Mohanan,ACS fed printed F-shaped unplanar antenna for dual band WLAN applications,Microwave and Optical Technology Letters,vol.51,no.8,pp.1852-1856,2009”提出一种利用共面非对称带线馈电形式设计了一种F形双频带天线,该天线的尺寸较小,且能提供双频带操作,但是该天线采用了非平面结构,不利于和微波射频前端集成。同时,为了进一步降低减小天线的尺寸,文献“C.P.Lai,S.C.Chiu,and S.Y.Chen,Miniaturization of CPW-fed slot antennasusing reactive terminations and truncated bilateral ground plane,IEEE Antennas Wireless andPropagation Letters,vol.11,pp.1072-1075,2012.”提出一种电抗加载的单极子天线,该天线有效减小了天线的尺寸,但是该天线只能工作在一个单一的频段,因此,不利于目前的多频带工作,且天线的尺寸较大。为了减小天线的尺寸,且能够提供双频谐振特性。为此,本发明提出一种电抗加载的双频天线。
本发明涉及一种电抗加载的双频天线,主要利用共面非对称带线馈电和电抗加载技术设计一种小型化双频带天线的方法,采用谐振频率单独设计的特性,设计双频带单极子天线,为了提高天线的阻抗带宽,减小天线的尺寸,在非对称共面波导馈电接地面和共面非对称带线馈电之间通过串联电感增加天线的阻抗带宽。为了设计小型化的双频天线,通过在弯折形单极子辐射单元末端采用电容加载的技术,有效的降低天线的尺寸。该天线的结构简单、两个频率可以单独设计,工作带宽宽,便于批量生产,且成本低廉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种辐射效率更高,尺寸更小的使用在小型化手持无线通信设备上,满足双频通信需求的双频天线。
本发明的目的是这样实现的:
本发明包括介质基板、第一弯折形单极子辐射单元(104)、第二弯折形单极子辐射单元(103)、第一加载调谐棒(107)、第二加载调谐棒(108)、串联电感(102)、非对称共面波导馈电接地面(109)、共面非对称带线馈电(101),第一弯折形单极子辐射单元(104)的末端为发夹形分支结构,第一加载调谐棒(107)设置在发夹形分支结构之间,构成电容结构,第一加载调谐棒(107)的另一端与非对称共面波导馈电接地面(109)连接;第二弯折形单极子辐射单元(103)和第二加载调谐棒(108)耦合连接,构成耦合电容结构,第二加载调谐棒(108)的另一端和非对称共面波导馈电接地面(109)连接,非对称共面波导馈电接地面(109)和共面非对称带线馈电(101)由串联电感连接在一起。
第一弯折形单极子辐射单元(104)、第二弯折形单极子辐射单元(103)与共面非对称带线馈电(101)连接在一起。
第一弯折形单极子辐射单元(104)和第二弯折形单极子辐射单元(103)形成双频谐振,在天线的终端加载电容,通过调节加载电容的电容值改变天线的谐振频率。
通过改变共面非对称带线馈电(101)的带线的尺寸改变电感值,改变天线的阻抗带宽。
第一弯折形单极子辐射单元为F形单极子结构或寄生结构的单极子天线结构,所述的第二弯折形单极子辐射单元为L形单极子结构。
串联电感还可以替换为弯折带线。
本发明的有益效果在于:
1.该天线结构简单,采用弯折单极子辐射单元,有效的减小天线的结构尺寸。
2.该天线在非对称的共面波导接地面和共面非对称带线馈电之间采用电感加载技术,该加载电感采用一段弯折带线实现,通过调节弯折带线的宽度,可以调整天线的阻抗带宽,从而设计满足需求的双频带天线。
3.该天线采用在弯折单极子辐射单元末端加载电容的方法,该电容主要是采用发夹形结构,通过调节发夹形电容的尺寸和相关的参数,就能满足天线的设计。该天线结构简单,紧凑,体积小,加工方便,成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1的基本结构的正视图;
图2为本发明实施例1的基本结构的侧视图;
图3为本发明实施例2的基本结构的正视图;
图4为本发明实施例3的基本结构的正视图。
具体实施方式
本发明由介质基板、弯折形单极子辐射单元Ⅰ、弯折形单极子辐射单元Ⅱ、加载调谐棒A、加载调谐棒B、串联电感、非对称共面波导馈电接地面、共面非对称带线馈电组成,其特征在于:弯折形单极子辐射单元Ⅰ和弯折形单极子辐射单元Ⅱ形成双频谐振,弯折形单极子辐射单元Ⅰ的末端采用发夹形分支结构,且由发夹形分支和组成,加载调谐棒A直接插入发夹形分支和之间,且有发夹形分支105,106和加载调谐棒107构成发夹形电容结构。加载调谐棒A的另一端直接和非对称共面波导馈电接地面(109)连接,弯折形单极子辐射单元Ⅱ和加载调谐棒B(通过耦合连接,从而加载调谐棒B108和弯折形单极子辐射单元Ⅱ103构成耦合电容结构,加载调谐棒B的另一端直接和非对称共面波导馈电接地面连接,非对称共面波导馈电接地面和共面非对称带线馈电采用加载串联电感连接在一起,在实际设计中通过一段弯折带线实现。
弯折形单极子辐射单元Ⅰ和弯折形单极子辐射单元Ⅱ形成双频谐振,在天线的终端加载电容,通过调节加载电容的电容值改变天线的谐振频率。
非对称共面波导馈电接地面和共面非对称带线馈电结构通过串联电感连接在一起,通过改变带线的尺寸改变电感值,从而改变天线的阻抗带宽。
弯折形单极子辐射单元采用L形单极子、F形单极子结构或寄生结构的单极子天线结构。
下面结合附图对发明做更详细地描述:
本发明涉及一种电抗加载的双频天线。该天线属于平面印刷单极子天线,该天线由介质基板、弯折形单极子辐射单元Ⅰ、弯折形单极子辐射单元Ⅱ、加载调谐棒A、加载调谐棒B、串联电感、非对称共面波导馈电接地面、共面非对称带线馈电组成。弯折形单极子辐射单元Ⅰ和弯折形单极子辐射单元Ⅱ可以根据单极子天线原理设计。弯折形单极子辐射单元Ⅰ和弯折形单极子辐射单元Ⅱ采用耦合电容加载,此外,非对称共面波导馈电接地面和共面非对称带线馈电通过串联电感连接在一起。本发明采用印刷天线结构和非对称共面波导馈电结构,同时采用了末端电容加载技术和串联电感技术,不仅有效的增加了天线的带宽,而且大大降低了天线体积,且比较容易和射频前端微波集成电路集成。
本发明还可以包括:
1.该天线的单极子天线结构可以采用L形单极子,F形单极子结构,也可以采用寄生结构的单极子天线结构。
2.该天线在单极子天线天线的末端采用电容加载的技术,也可以在天线的末端采用电感加载技术,从而设计小型化双频带天线。
3.非对称共面波导馈电接地面和共面非对称带线馈电通过串联电感连接,同时也可以采用多种电抗加载技术,展宽天线的阻抗带宽,同时也可以集成巴伦技术。
该天线用于双频谐振的弯折单极子辐射单元,可以采用单极子天线理论进行设计,便于设计和制作,且能保证较好的阻抗匹配,同时有较好的全向辐射特性。
该天线采用非对称的共面波导馈电结构,不仅有效的减小了天线的尺寸,同时采用共面非对称带线馈电可以使所设计的双频天线和射频微波前端集成,从而设计小型化的通信设备。
该天线在弯折单极子辐射单元的末端采用电容加载技术,通过天线的加载技术,有效的降低天线的尺寸。
该天线在非对称的共面波导接地面和共面非对称带线馈电之间采用电感加载技术,该加载电感采用一段弯折微带线实现,从而有效的展宽天线的阻抗带宽。
实施例1:
本发明涉及的一种电抗加载的双频天线的一个实例如图1和图2所示。该天线天线由介质基板111、弯折形单极子辐射单元Ⅰ104、弯折形单极子辐射单元Ⅱ103、加载调谐棒A107、加载调谐棒B108、串联电感102、非对称共面波导馈电接地面109、共面非对称带线馈电101组成。共面非对称带线馈电101直接和SMA的内导体连接,SMA的外导体与非对称共面波导馈电接地面109连接。天线的侧视图如图2所示,其中110为天线弯折形辐射单元,馈电线和接地面的侧视图。根据图1和图2所示的结构,只要选择合适的尺寸,就能双频通信的需求。
所述的天线结构印刷在介质基板111上,所述的一种电抗加载的双频天线,弯折形单极子辐射单元Ⅰ 104和弯折形单极子辐射单元Ⅱ 103形成双频谐振,弯折形单极子辐射单元Ⅰ104的末端采用发夹形分支结构,且由发夹形分支105,106和加载调谐棒A 107组成,加载调谐棒A 107直接插入发夹形分支105和106之间,且有发夹形分支105,106和加载调谐棒107构成发夹形电容结构。加载调谐棒A 107的另一端直接和非对称共面波导馈电接地面109连接,弯折形单极子辐射单元Ⅱ 103和加载调谐棒B 108通过耦合连接,从而加载调谐棒B 108和弯折形单极子辐射单元Ⅱ 103构成耦合电容结构,加载调谐棒B 108的另一端直接和非对称共面波导馈电接地面109连接,非对称共面波导馈电接地面109和共面非对称带线馈电101采用加载串联电感连接在一起,在实际设计中通过一段弯折带线102实现。
实施例2:
如图3所示,本发明的另一种实施实例是在实施实例1的基础上,仅采用弯折形单极子辐射单元204和加载电容构成单频带天线。通过调节弯折形单极子辐射单元的尺寸和加载电容的容值,可以调整天线的谐振频率,使所设计的天线满足所需的通信需求。该天线由介质基板、弯折形单极子辐射单元204、加载调谐棒207、串联电感202、非对称共面波导馈电接地面209、共面非对称带线馈电201组成。弯折形单极子辐射单元204的末端采用发夹形分支结构,且有发夹形分支205,206和加载调谐棒207构成发夹形电容结构,加载调谐棒207直接插入发夹形分支205和206之间,加载调谐棒207的另一端直接和非对称共面波导馈电接地面209连接。共面非对称带线馈电201直接和SMA的内导体连接,SMA的外导体与非对称共面波导馈电接地面209连接。根据图3所示的结构,只要选择合适的尺寸,就能单频段频通信的需求。
实施例3:
如图4所示,本发明的另一种实施实例是仅仅采用共面非对称带线馈电设计单极子天线。该天线的弯折形单极子辐射单元可以利用单极子天线理论进行设计。所设计的天线由介质基板、弯折形单极子辐射单元304、非对称共面波导馈电接地面309和共面非对称带线馈电301组成。整个天线印刷在介电常数为2.65的介质基板上。该天线的共面非对称带线馈电301直接和SMA内导体连接,SMA的外导体与非对称共面波导馈电接地面309连接。根据图4所示的结构,只要选择合适的尺寸,就能单频段频通信的需求。