CN103531908A

CN103531908A - 多频带平面印刷天线

Info

Publication number: CN103531908A
Application number: CN201310526112.6A
Authority: CN
Inventors: 徐自强; 刘昊; 吴波; 张根; 夏红; 尉旭波; 廖家轩; 汪澎; 田忠
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: Dongguan Huaxinlian Technology Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CN103531908B

Abstract

本发明公开了一种能够覆盖WiMAX和WLAN工作频段而且频带之间的隔离特性较好的多频带平面印刷天线。该多频带平面印刷天线，包括介质基板，所述介质基板的下表面印制有金属地板，所述介质基板的上表面印制有辐射贴片以及微带馈线，所述辐射贴片包括第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元，该多频带平面印刷天线的辐射贴片由三个形状不同的辐射单元组成，三个辐射单元可以产生覆盖2.4～5.825GHz的频率，能够覆盖WiMAX和WLAN工作频段，而且采用三个不同的谐振单元结构，使得天线在每个频带之间的隔离度非常好，几乎不会产生相互干扰，频带之间的隔离特性较好，另外，这种结构的多频带平面印刷天线整体面积非常小。适合在天线技术领域推广应用。

Description

多频带平面印刷天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种多频带平面印刷天线。

背景技术

现代无线通讯的蓬勃发展对无线通信设备的设计提出了越来越高的要求，小型化是其中一个非常重要的指标。通信装置的小型化，天线的设计也必须相应的小型化。对于天线小型化的解决方案，在现有技术中已逐渐成为成熟技术。例如，微带天线、高介电常数天线、缝隙天线与小型螺旋形天线均因天线小型化发展所提出的解决方案。平面印刷天线以低坡面、结构简单、易于加工，成本低和易于实现多频带等特点而广泛应用在无线通信领域中。

同时随着越来越多的无线通讯协议被订立以满足各种无线通信传输的要求，研究多频段的天线正在成为焦点，特别是无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）和全球微波互联接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）。目前WLAN常用标准有三种，即IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g。WLAN使用的频段为2.4～2.484GHz、5.15～5.35GHz和5.725～5.85GHz，WiMAX使用的频段为3.4-3.69GHz和5.25-5.85GHz。因此研究出覆盖WiMAX和WLAN的小型化的多频带天线已经成为天线领域的一个重要研究课题。例如专利申请号为200910260733.8，专利名称为《双频天线》的中国专利，提出了一种具有双频带的平面天线，天线通过一辐射片和一个辐射槽产生2.4GHz和5.5GHz频率，覆盖了WLAN的两个频段，但该天线并不能产生WiMAX频段频率。又如专利申请号为201010614363.6，专利名称为《多频天线》的中国专利，提出一种多频天线，该天线由可产生适用于WLAN和WiMAX频段的通带，但此文献中的5.5GHz频段带宽太大，远超出了WLAN信号的频段范围，这无疑造成了其他频段对工作频段的干扰，频带之间的隔离特性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够覆盖WiMAX和WLAN工作频段而且频带之间的隔离特性较好的多频带平面印刷天线。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该多频带平面印刷天线，包括介质基板，所述介质基板的下表面印制有金属地板，所述介质基板的上表面印制有辐射贴片以及微带馈线，所述辐射贴片包括第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元，所述第一辐射单元由第一垂直贴片、第一水平贴片、第二水平贴片组成，所述第一水平贴片、第二水平贴片设置在第一垂直贴片的右侧并且第一水平贴片连接在第一垂直贴片的上端、第二水平贴片连接在第一垂直贴片的下端，第二水平贴片的右端与微带馈线的馈电端相连；所述第二辐射单元由第二垂直贴片与第三水平贴片组成，第三水平贴片设置在第二垂直贴片的左侧并且连接在第二垂直贴片的下端，第三水平贴片的左端与微带馈线的馈电端相连；所述第三辐射单元设置在微带馈线的右侧并且通过接地通孔与金属地板相连，第三辐射单元由第三垂直贴片、第四垂直贴片以及第四水平贴片组成，所述第三垂直贴片、第四垂直贴片设置在第四水平贴片的上方并且第三垂直贴片连接在第四水平贴片的左端、第四垂直贴片连接在第四水平贴片的右端，第三垂直贴片与微带馈线之间存在间隙。

进一步的是，所述第三垂直贴片与微带馈线之间的间隙宽度为0.1mm-1.0mm。

进一步的是，所述微带馈线位于介质基板垂直中轴线的左侧，并且与介质基板垂直中轴线之间的距离为2mm。

进一步的是，所述微带馈线由特性阻抗为50欧姆的微带线组成。

进一步的是，所述介质基板的介电常数介于2-10之间，介质基板厚度为0.5mm-3mm，介电损耗小于0.02。

本发明的有益效果：该多频带平面印刷天线的辐射贴片由三个形状不同的辐射单元组成，其中第一辐射单元的工作带宽为3.3～3.69GHz，第二辐射单元的工作带宽为5.15～5.825GHz，第三辐射单元的工作带宽为2.4～2.484GHz，三个辐射单元可以产生覆盖2.4～5.825GHz的频率，能够覆盖WiMAX和WLAN工作频段，而且采用三个不同的谐振单元结构，使得天线在每个频带之间的隔离度非常好，几乎不会产生相互干扰，频带之间的隔离特性较好，另外，这种结构的多频带平面印刷天线整体面积非常小，同时本发明采用平面单极子天线的形式，结构简单，易加工，易于同射频前端的微波电路集成。

附图说明

图1是本发明多频带平面印刷天线的结构示意图；

图2是本发明多频带平面印刷天线的几何尺寸示意图；

图3为本发明实施例的仿真与实测回波损耗曲线图；

图4为本发明的实施例在2.45GHz的仿真辐射方向图；

图5为本发明的实施例在3.5GHz的仿真辐射方向图；

图6为本发明的实施例在5.5GHz的仿真辐射方向图；

图7为本发明的实施例的测试增益曲线图。

图中标记说明：介质基板1、金属地板2、第一辐射单元31、第一垂直贴片311、第一水平贴片312、第二水平贴片313、第二辐射单元32、第二垂直贴片321、第三水平贴片322、第三辐射单元33、第三垂直贴片331、第四垂直贴片332、第四水平贴片333、微带馈线4、接地通孔5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，该多频带平面印刷天线，该多频带平面印刷天线，包括介质基板1，所述介质基板1的下表面印制有金属地板2，所述介质基板1的上表面印制有辐射贴片以及微带馈线4，所述辐射贴片包括第一辐射单元31、第二辐射单元32、第三辐射单元33，所述第一辐射单元31由第一垂直贴片311、第一水平贴片312、第二水平贴片313组成，所述第一水平贴片312、第二水平贴片313设置在第一垂直贴片311的右侧并且第一水平贴片312连接在第一垂直贴片311的上端、第二水平贴片313连接在第一垂直贴片311的下端，第二水平贴片313的右端与微带馈线4的馈电端相连；所述第二辐射单元32由第二垂直贴片321与第三水平贴片322组成，第三水平贴片322设置在第二垂直贴片321的左侧并且连接在第二垂直贴片321的下端，第三水平贴片322的左端与微带馈线4的馈电端相连；所述第三辐射单元33设置在微带馈线4的右侧并且通过接地通孔5与金属地板2相连，第三辐射单元33由第三垂直贴片331、第四垂直贴片332以及第四水平贴片333组成，所述第三垂直贴片331、第四垂直贴片332设置在第四水平贴片333的上方并且第三垂直贴片331连接在第四水平贴片333的左端、第四垂直贴片332连接在第四水平贴片333的右端，第三垂直贴片331与微带馈线4之间存在间隙。第三辐射单元33通过与微带馈线4的耦合，实现2.45GHz左右的谐振频率，第四水平贴片333的长度为谐振频率2.45GHz所对应的波长的四分之一。该多频带平面印刷天线的辐射贴片由三个形状不同的辐射单元组成，其中第一辐射单元31的工作带宽为3.3～3.69GHz，第二辐射单元32的工作带宽为5.15～5.825GHz，第三辐射单元33的工作带宽为2.4～2.484GHz，三个辐射单元可以产生覆盖2.4～5.825GHz的频率，能够覆盖WiMAX和WLAN工作频段，而且采用三个不同的谐振单元结构，使得天线在每个频带之间的隔离度非常好，几乎不会产生相互干扰，频带之间的隔离特性较好，另外，这种结构的多频带平面印刷天线整体面积非常小，同时本发明采用平面单极子天线的形式，结构简单，易加工，易于同射频前端的微波电路集成。

在上述实施方式中，所述第三垂直贴片331与微带馈线4之间的间隙宽度为0.1mm-1.0mm。可以使得第三辐射单元33与微带馈线4更好的耦合，精确实现2.45GHz左右的谐振频率。

进一步的是，所述微带馈线4位于介质基板1垂直中轴线的左侧，并且与介质基板1垂直中轴线之间的距离为2mm，可以使整个天线结构更加紧凑，进一步减小天线的体积。

进一步的是，所述微带馈线4由特性阻抗为50欧姆的微带线组成，使得在通带范围内天线的通带匹配特性很好，回波损耗都达到-15dB以下。

实施例

本实施例中的多频带平面印刷天线，采用介质基板1的具体参数为相对介电常数ε_r=4.4，厚度h=1.0mm。图2为实施例的结构尺寸示意图，其具体的几何参数为Lg=8mm，L1=8.7mm,L21=11.2mm，L22=4.9mm，L3=5.63mm，L4=3.07mm，S=0.3mm，g=0.5mm。

本发明的效果可通过以下仿真及测试图进一步说明：

对本发明实施案例的回波损耗进行测试，其结果如图3所示，由图3的测试驻波曲线图可见，本发明的多频段天线的工作频段几乎覆盖2.4～2.484GHz、3.3～3.69GHz和5.15～5.825GHz的WLAN/WiMAX频段。

对本发明实施案例在2.45GHz，3.5GHz，5.5GHz的辐射方向图进行仿真，其结果如图4、图5、图6所示，由图4、图5、图6的仿真辐射方向图可见，本发明的多频段天线在H面具有水平全向性，E面具有8字形状。

对本发明实施案例的增益进行测试，其结果如图7所示，由图7的测试增益曲线可见，本发明的多频段天线在2.4～2.484GHz工作频段内增益在1.0dBi左右，在3.3～3.69GHz工作频段内增益在1.5dBi左右，在5.15～5.825GHz工作频段内增益在2.3dBi左右。

Claims

1.多频带平面印刷天线，包括介质基板（1），所述介质基板（1）的下表面印制有金属地板（2），所述介质基板（1）的上表面印制有辐射贴片以及微带馈线（4），其特征在于：所述辐射贴片包括第一辐射单元（31）、第二辐射单元（32）、第三辐射单元（33），所述第一辐射单元（31）由第一垂直贴片（311）、第一水平贴片（312）、第二水平贴片（313）组成，所述第一水平贴片（312）、第二水平贴片（313）设置在第一垂直贴片（311）的右侧并且第一水平贴片（312）连接在第一垂直贴片（311）的上端、第二水平贴片（313）连接在第一垂直贴片（311）的下端，第二水平贴片（313）的右端与微带馈线（4）的馈电端相连；所述第二辐射单元（32）由第二垂直贴片（321）与第三水平贴片（322）组成，第三水平贴片（322）设置在第二垂直贴片（321）的左侧并且连接在第二垂直贴片（321）的下端，第三水平贴片（322）的左端与微带馈线（4）的馈电端相连；所述第三辐射单元（33）设置在微带馈线（4）的右侧并且通过接地通孔（5）与金属地板（2）相连，第三辐射单元（33）由第三垂直贴片（331）、第四垂直贴片（332）以及第四水平贴片（333）组成，所述第三垂直贴片（331）、第四垂直贴片（332）设置在第四水平贴片（333）的上方并且第三垂直贴片（331）连接在第四水平贴片（333）的左端、第四垂直贴片（332）连接在第四水平贴片（333）的右端，第三垂直贴片（331）与微带馈线（4）之间存在间隙。

2.如权利要求1所述的多频带平面印刷天线，其特征在于：所述第三垂直贴片（331）与微带馈线（4）之间的间隙宽度为0.1mm-1.0mm。

3.如权利要求1或2所述的多频带平面印刷天线，其特征在于：所述微带馈线（4）位于介质基板（1）垂直中轴线的左侧，并且与介质基板（1）垂直中轴线之间的距离为2mm。

4.如权利要求3所述的多频带平面印刷天线，其特征在于：所述微带馈线（4）由特性阻抗为50欧姆的微带线组成。

5.如权利要求4所述的多频带平面印刷天线，其特征在于：所述介质基板（1）的介电常数介于2-10之间，介质基板（1）厚度为0.5mm-3mm，介电损耗小于0.02。