CN103490154B - 一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及民用无线通信天线技术领域，特别涉及一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，其特征是：包括非对称共面带线馈电的单极子、L形缝隙边缘谐振器、E形缝隙边缘谐振器以及介质板。本发明通过采用非对称共面带线馈电技术与双边缘谐振器加载技术，使得多频带天线尺寸得到大幅减小，远场方向图规则对称，且总辐射效率较高。该天线能够工作于WLAN2.4/5.2/5.8GHz制式以及WiMAX3.5GHz制式。
Description
技术领域
本发明涉及民用无线通信天线技术领域，特别涉及一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，该天线能够工作于WLAN2.4/5.2/5.8GHz制式以及WiMAX3.5GHz制式。
背景技术
随着电子信息化进程的不断加速，无线通信技术在人们日常生活与工作中发挥着越来越重要的作用。与此同时，伴着“智能化”大潮的来袭，智能移动终端在全球通信市场的地位也在逐步提升。如今，人们需要的是一种多功能、集成化的小型无线终端，要求设备在便携的同时，能够实现语音通讯、互联网连接、导航等多重功能。天线作为无线通信系统中收发电磁波信号的关键部件，其设计也面临着越来越多的新要求和新挑战。
无线通信技术自兴起以来，一直处于高速的发展和革新中。各种新型无线通信标准不断发展演进并投入应用，这使得频率资源利用率越来越高。例如，根据现行通信标准，常用的无线制式包括：移动通信系统的全球移动通信系统GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）、数据通信系统DCS（DataCommunicationSystem）、个人通信系统PCS（PersonalCommunicationSystem）、通用移动通信系统UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem）以及无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）、全球互通微波存取WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）等新兴宽带无线接入技术。全球无线通信领域当前呈现着“百花齐放”的态势。
正因如此，目前所使用的无线终端设备通常需要工作于多个通信频段，为了简化收发终端天线系统的设计复杂度并降低其制作成本，最有效的方法就是选择设计能够同时工作于多个通信频段的多频带天线。这种天线最大优点在于一个天线可同时实现多个天线的工作性能。另外，印刷天线作为一种加工简单，成本低廉，易于集成的天线形式，常常被应用于多频带天线的设计中。近几年，多频带印刷天线逐渐成为国内外天线微波领域的研究热点，每年都有很多优秀学术论文发表，多频带印刷天线得到大量的研究。
结合现代通信系统小型化、集成化的特点，中外学者们提出了多种实现印刷天线多频带小型化的方法。概括起来主要可分为：一、弯折枝节法。即通过在辐射体、缝隙、地板等结构上，加载一个或多个枝节来形成多条电流路径，不同电尺寸的枝节与其谐振频率相对应，进而实现天线的多频段工作。二、缝隙结构法。即通过设计不同形状的缝隙结构来激励不同的谐振，使天线产生多频特性；三、加载谐振器法。即通过在天线的辐射体周围加载特定的谐振器来实现多频带工作，同时有效减小天线物理尺寸。此外，微带天线设计中常用的寄生结构法、开槽法以及集总加载法等，也可用于多频带小型化印刷天线的设计。
综合目前多频带天线的研究现状来讲，在天线设计小型化的同时，还要保持天线的各项性能，是未来小型化多频带天线设计的难度和挑战所在。而现有的小型化多频带天线往往尺寸不够小，远场方向图不对称，且总辐射效率较低。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，以解决现有技术中的多频带天线尺寸不够小，远场方向图不对称，且总辐射效率较低的技术问题。
本发明目的另一个目的在于提供一种多频带天线，其具有结构简单紧凑，成本低廉，且易于实现的特点，能够适应无线通信终端设备小型化的趋势，并在民用移动通信设计中具有良好的应用前景。
本发明的技术方案如下：一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，其特征是：包括非对称共面带线馈电的单极子、L形缝隙边缘谐振器、E形缝隙边缘谐振器以及介质板，介质板是长方体，非对称共面带线馈电的单极子、L形缝隙边缘谐振器、E形缝隙边缘谐振器是在长方体介质板上下面金属层通过印制电路板工艺印制出的局部缝隙体，其中，E形缝隙边缘谐振器位于长方体介质板长边方向的右下角，包括E形缝隙和长方形金属片，E形缝隙开口向边侧，长方形金属片在E形缝隙对应的介质板下面，长方形金属片的长边与介质板长边方向对齐；L形缝隙边缘谐振器位于E形缝隙边缘谐振器上斜面，L形缝隙边缘谐振器由纵向缝隙与横向开口缝隙连接成90°夹角的L形，纵向缝隙长度大于横向开口缝隙长度，横向开口缝隙垂直于长方体介质板长度方向，横向开口缝隙的缝隙延伸到介质板边沿；L形缝隙边缘谐振器用于产生天线在中频带的谐振。
所述的非对称共面带线馈电的单极子包括主辐射体、匹配切角、馈线和地板，其中，地板是在长方体介质板长度方向的上左端印制的长方体金属体，长方体金属体长度与长方体介质板长度方向垂直，两边与长方体介质板两个边齐边；馈线是位于长方体介质板长度方向的上右端印制的长方体金属体，馈线长度方向与长方体介质板长度方向相同，两个边与长方体介质板两个边齐边；地板长度方向的一个边与馈线长度方向垂直，之间有缝隙。
所述的E形缝隙边缘谐振器的上方印制的三角形缝隙，三角形缝隙的一个斜边构成匹配切角，两个直角边一个与长方体介质板长度方向的左边齐边，另一个直角边是地板长度方向的一个边，匹配切角、馈线、主辐射体通过介质板的覆铜金属连接为一体。
所述的匹配切角用于改善非对称共面带线馈电的单极子在高频带的阻抗匹配，展宽天线工作带宽。
所述的馈线和地板组成非对称共面带线馈电结构用于缩减天线的横向尺寸。
所述的E形缝隙边缘谐振器的E形缝隙由第一横向缝隙、第二横向缝隙、第三横向开口缝隙通过纵向缝隙连接组成，E形缝隙边缘谐振器工作于该天线的较低频带，用于缩小天线的物理尺寸。
与现有技术相比，本发明通过采用非对称共面带线馈电技术与双边缘谐振器加载技术，使得多频带天线尺寸得到大幅减小，远场方向图规则对称，且总辐射效率较高。
附图说明
图1为本发明基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线的结构示意图；
图1A为图1的正视图；
图1B为图1的后视图；
图2为本发明L形缝隙边缘谐振器的放大结构示意图；
图3为本发明E形缝隙边缘谐振器的放大结构示意图；图4为本发明基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线的回波损耗图；
图5为本发明基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线的远场方向图；
图6为本发明基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线的辐射效率图。
图中，1、非对称共面带线馈电的单极子；101、主辐射体；102、匹配切角；103、馈线；104、地板；2、介质板；3、L形缝隙边缘谐振器；311、纵向缝隙；312、横向开口缝隙；4、E形缝隙边缘谐振器；401、E形缝隙；402、长方形金属片；411、第一横向缝隙；412、第二横向缝隙；413、第三横向开口缝隙；414、纵向缝隙。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明对本发明进行描述。
请参阅图1（图1A、图1B）、图2、图3所示，一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，包括非对称共面带线馈电的单极子1、L形缝隙边缘谐振器3、E形缝隙边缘谐振器4以及介质板2，介质板2是长方体，非对称共面带线馈电的单极子1、L形缝隙边缘谐振器3、E形缝隙边缘谐振器4是在长方体介质板2上下面金属层通过印制电路板工艺印制出的局部缝隙体，其中，E形缝隙边缘谐振器4位于长方体介质板2长边方向的右下角，包括E形缝隙401和长方形金属片402，E形缝隙401开口向边侧，长方形金属片402在E形缝隙401对应的介质板2下面，长方形金属片402的长边与介质板2长边方向对齐；E形缝隙边缘谐振器4用于产生天线在低频带的谐振L形缝隙边缘谐振器3位于E形缝隙边缘谐振器4上斜面，L形缝隙边缘谐振器3由纵向缝隙311与横向开口缝隙312连接成90°夹角的L形，纵向缝隙311长度大于横向开口缝隙312长度，横向开口缝隙312垂直于长方体介质板2长度方向，横向开口缝隙312的缝隙延伸到介质板2边沿；L形缝隙边缘谐振器3用于产生天线在中频带的谐振。
非对称共面带线馈电的单极子1包括主辐射体101、匹配切角102、馈线103和地板104，其中，地板104是在长方体介质板2长度方向的上左端印制的长方体金属体，长方体金属体长度与长方体介质板2长度方向垂直，两边与长方体介质板2两个边齐边；馈线103是位于长方体介质板2长度方向的上右端印制的长方体金属体，馈线103长度方向与长方体介质板2长度方向相同，两个边与长方体介质板2两个边齐边；地板104长度方向的一个边与馈线103长度方向垂直，之间有缝隙。通过印制电路板工艺在E形缝隙边缘谐振器4的上方印制的三角形缝隙，三角形缝隙的一个斜边构成匹配切角102，两个直角边一个与长方体介质板2长度方向的左边齐边，另一个直角边是地板104长度方向的一个边。匹配切角102、馈线103、主辐射体101通过介质板2的覆铜金属连接为一体。匹配切角102用于改善非对称共面带线馈电的单极子在高频带的阻抗匹配，展宽天线工作带宽。
在本实施例中，非对称共面带线馈电的单极子1采用由馈线103和地板104组成非对称共面带线馈电结构，可在很大程度上缩减天线的横向尺寸。
E形缝隙边缘谐振器4的E形缝隙403和长方形金属片402，二者分别印刷于介质板201的上下面，通过强电磁耦合作用的方式工作，实现该三频带天线的低频带谐振，具有体积小的特点。
请参阅图3，E形缝隙边缘谐振器4的E形缝隙401由第一横向缝隙411、第二横向缝隙412、第三横向开口缝隙413通过纵向缝隙414连接组成。E形缝隙边缘谐振器工作于该天线的较低频带，可在很大程度上缩小天线的物理尺寸，实现多频带天线的小型化设计。
请参阅图4，为本实施例天线的回波损耗测试结果图，由图可见，本实施例天线在2.37—2.52GHz、3.38—3.71GHz和4.92—5.96GHz的回波损耗都在10dB以下，这表明这些频段内辐射能量被很好地馈送给天线结构，并满足WLAN2.4/5.2/5.8GHz及WiMAX3.5GHz无线通信制式的频带要求。
请参阅图5，为本实施例天线工作于2.4GHz、3.5GHz和5.5GHz频点处的实测远场辐射方向图，由图可见，本实施例天线各频点的辐射方向图形状较为规则对称，其在H面近似全向辐射，而在E面呈现‘∞’形辐射。
请参阅图6，为本实施例天线在2.3—2.5GHz、3.2—3.9GHz和4.9—6.1GHz的总辐射效率图。由图可见，天线在低频带（2.3—2.5GHz）的辐射效率几乎都在4.5dB以上；天线在中频带（3.2—3.9GHz）的辐射效率均在3.5dB以上；天线在高频带（4.9—6.1GHz）的辐射效率均在2.5dB以上，表明该三频带印刷天线在工作频带内具有良好的辐射能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、改进和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围内。
本实施例没有详细叙述的部分和英文缩写属本行业的公知常识，，这里不一一叙述。
Claims (4)
1.一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，其特征是：包括非对称共面带线馈电的单极子（1）、L形缝隙边缘谐振器（3）、E形缝隙边缘谐振器（4）以及介质板（2），介质板（2）是长方体，非对称共面带线馈电的单极子（1）、L形缝隙边缘谐振器（3）、E形缝隙边缘谐振器（4）是在长方体介质板（2）上下面金属层通过印制电路板工艺印制出的局部缝隙体，其中，E形缝隙边缘谐振器（4）位于长方体介质板（2）长边方向的左下角，包括E形缝隙（401）和长方形金属片（402），E形缝隙（401）开口向边侧，长方形金属片（402）在E形缝隙（401）对应的介质板（2）下面，长方形金属片（402）的长边与介质板（2）长边方向对齐；L形缝隙边缘谐振器（3）位于E形缝隙边缘谐振器（4）上斜面，且该L形缝隙边缘谐振器（3）位于介质板（2）的上表面；L形缝隙边缘谐振器（3）由纵向缝隙（311）与横向开口缝隙（312）连接成90°夹角的L形，纵向缝隙（311）长度大于横向开口缝隙（312）长度，横向开口缝隙（312）垂直于长方体介质板（2）长度方向，横向开口缝隙（312）的缝隙延伸到介质板（2）边沿；L形缝隙边缘谐振器（3）用于产生天线在中频带的谐振；
所述的非对称共面带线馈电的单极子（1）包括主辐射体（101）、匹配切角（102）、馈线（103）和地板（104），其中，地板（104）是在长方体介质板（2）长度方向的左上端印制的地板长方体金属体，地板长方体金属体长度与长方体介质板（2）长度方向垂直，该地板长方体金属体的两个相互垂直的边与长方体介质板（2）的左上角的相互垂直的两边平齐；馈线（103）是位于长方体介质板（2）长度方向的上右端印制的馈线长方体金属体，馈线（103）长度方向与长方体介质板（2）长度方向相同，所述馈线（103）右上角的两个相互垂直的边与长方体介质板（2）的右上角的相互垂直的两边平齐；地板（104）长度方向的一个边与馈线（103）长度方向垂直，之间有缝隙；所述的主辐射体（101）设在介质板（2）的上表面，且该主辐射体（101）的一个角为直角，该主辐射体（101）的直角与介质板（2）的右下直角边重合；
所述的E形缝隙边缘谐振器（4）的上方印制了一个三角形缝隙，该三角形的两个直角边一个与长方体介质板（2）长度方向的左边齐边，另一个直角边是地板长度方向的一个边，三角形缝隙的斜边构成了匹配切角（102）；所述的匹配切角（102）、馈线（103）、主辐射体（101）通过介质板（2）的覆铜金属连接为一体。
2.根据权利要求1所述的一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，其特征是：所述的匹配切角（102）用于改善非对称共面带线馈电的单极子在高频带的阻抗匹配，展宽天线工作带宽。
3.根据权利要求1所述的一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，其特征是：所述的馈线（103）和地板（104）组成非对称共面带线馈电结构用于缩减天线的横向尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种基于双边缘谐振器加载的小型化三频带印刷天线，其特征是：所述的E形缝隙边缘谐振器（4）的E形缝隙（401）由第一横向缝隙（411）、第二横向缝隙（412）、第三横向开口缝隙（413）通过纵向缝隙（414）连接组成，E形缝隙边缘谐振器工作于该天线的较低频带，用于缩小天线的物理尺寸。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160217 |
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