CN103956578B - 一种小型平面多频段天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型平面多频段天线，属于无线通信技术领域。该小型平面多频段天线由介质基板、基板正面的辐射单元、基板背面的接地面及金属带组成；所述辐射单元由一个金属圆环及一段微带馈线组成，金属圆环上刻有两个U形槽，所述两个U形槽的开口朝向一致；在基板背面设有一条金属带和接地面，所述接地面上刻蚀了两个H形槽，两个H形槽的大小相同。该天线有三个工作频带，具有小型化、结构简单、易于制作、易于集成的特点，在无线通信领域具有良好的应用前景。

Description

一种小型平面多频段天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种小型平面多频段天线。
背景技术
近年来，为了适应现代无线通信技术飞速发展，新的无线通信标准和技术不断地被提出和应用。无线局域网(WLAN)利用无线通信技术在空中传输数据、语音和视频信号，可以使用户从固定位置解放出来，随时随地地交换信息。全球微波互联接入(WiMAX)是其中一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接。无线通信设备通常同时拥有多种系统模块，工作在多个频带上。天线作为移动通信系统中通信终端的重要部件，也必须满足多频带工作的要求。因此多频天线是近年来的研究热点之一。
学者们提出了多种不同的方法来实现多频天线的设计。J.S.Row设计了双频三角平面倒F天线。戚冬生等通过在倒F天线上开槽或增加支节等方法实现多频谐振，但天线结构较为复杂，全向性不够理想。袁敏事等设计的新型多频段倒钩形微带天线是由倒钩形辐射贴片、双对称直角三角形接地面以及共面波导馈电组合。邓超等设计了基于共面波导馈电的加槽和谐振支节的三频带单极子天线。M.N.Suma等人提出了应用于DCS和2.4GHzWLAN的双频平面支节单极天线。W.S.Chen等人设计了具有阻带功能的印刷开缝隙天线。张秋艺等设计了基于扼流支节实现双频或多频的缝隙天线。
随着通信技术的不断发展，移动终端向着多功能、小型化方面发展，现在的移动终端除了实现基本的通信功能外，还要求具备WI-FI无线互联、蓝牙无线数据传输、RFID射频识别以及4G高质量视频图像传输等功能。实现这些功能所使用的无线电波频段不尽相同，移动终端需要在相应电波频段工作才能实现相应的功能。因此，作为移动终端电磁窗口的天线，需要能够在多个频段收发电磁波，才能支持无线终端的多种功能。轻薄型移动终端已经成为市场流行趋势，而轻薄型的移动终端留给天线的空间有限，所以多频段、小型化是移动终端天线的另一个要求。因此，移动终端天线多频段工作及小型化是一个必然的发展方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种小型平面多频段天线，该天线由微带馈线、刻有两个U形槽的圆环形辐射片、长方形金属带、刻有两个H形槽的接地面和介质基板构成。该天线有三个工作频带，具有小型化、结构简单、易于制作、易于集成的特点，在无线通信领域具有良好的应用前景。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种小型平面多频段天线，所述多频段天线由介质基板、基板正面的辐射单元、基板背面的接地面及金属带组成；所述辐射单元由一个金属圆环及一段微带馈线组成，金属圆环上刻有两个U形槽，所述两个U形槽的开口朝向一致；在基板背面设有一条金属带和接地面。
进一步，辐射单元的微带馈线采用一段50Ω微带馈线。
进一步，所述基板背面的金属带为一条长方形金属带。
进一步，所述接地面上刻蚀了两个H形槽，两个H形槽的大小相同。接地面上的H形槽是为了增加高频段的带宽。
本发明的有益效果在于：本发明所述的小型平面多频段天线有三个工作频带，具有小型化、结构简单、易于制作、易于集成的特点，在无线通信领域具有良好的应用前景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所述天线的结构示意图；
图2为实施例中三频段天线的S参数图；
图3为实施例中刻蚀H形槽前后天线的S11参数的变化示意图；
图4为实施例中S11随L1的变化特征示意图；
图5为实施例中S11随H1的变化特征示意图；
图6为实施例中S11随L2的变化特征示意图；
图7为实施例中S11随H2的变化特征示意图；
图8为实施例中天线的方向图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明所述天线的结构示意图，如图所示，该小型平面多频段天线有三个工作频带，由天线的介质基板、基板背面的接地面和一个金属带、以及基板正面的辐射单元组成。
具体来说，此三频段天线的辐射单元包括了一个半径为R2-R1的金属圆环、一段50Ω微带馈线、开在圆环上的两个U形槽。两个U形槽的开口朝向是一致的。U形槽的横向长度为L1，U型槽的两个支节的长度为H1，U型槽的缝隙宽度为W1，如图1(b)所示。在基板的另一面由两个部分组成：在辐射圆环的正下方是一个长为H2，宽为W2的长方形；另一部分是刻蚀了两个H形槽的接地面，如图1(c)所示。在没有刻蚀两个U形槽和没有在辐射单元背面添加金属带时，该天线就是一个超宽带天线。刻蚀了U形槽和添加金属带可以实现陷波，成为三频段的天线。地面上的H形槽是为了增加高频段的带宽。
下面通过具体实施例来对本天线进行详细说明。
以一个工作在三个WLAN和WiMAX频段的天线为例，其工作频段分别为2.36GHz-2.94GHz，3.26GHz-4.04GHz，4.86GHz-6.44GHz。该三频段天线的长H为40mm，宽W为38mm，厚度为1.6mm。辐射单元大圆的半径R2为12mm，小圆半径R1为4.5mm，U型槽的横向长度L1为12mm，U型槽的两个支节的长度H1为5mm，刻蚀U型槽的缝隙的宽度W1为1mm。接地面的宽度为38mm，长度为12.5mm。地面上刻蚀的两个H形槽的大小一样，其H形槽的两臂长为11.7mm，两臂的距离为5.6mm，刻蚀的缝隙宽度为0.4mm。辐射单元正背面的金属带的宽度W2为4.5mm，长度H2为14.5mm。该天线被放置在厚度为1.6mm、长度为40mm、宽度为38mm、介电常数为4.4的长方体FR4基板上。该天线的S参数仿真结果如图2所示。由图可见该天线在2GHz–7GHz之间有三个频段的S11参数在-10dB以下。
对于在接地面上刻蚀H形槽与未刻蚀H形槽进行对比，如图3所示，实线是在接地面上刻蚀了H形槽的S11曲线，虚线是在接地面上没有刻蚀H形槽的S11曲线。从图上可以看出，当刻蚀了H形槽时，在高频段(4.86GHz-6.44GHz)的带宽增加了。
对辐射单元上刻蚀的两个U形槽的横向长度参数L1进行优化，分别取值为10mm、12mm和14mm。通过使用HFSS软件进行仿真，得到在不同的L1取值时的S11参数，如图4所示。L1的取值对S11参数在低频段的影响不大，但是在中、高频段影响较大。当L1为12mm时，天线在高频段的带宽得到扩展。
同样地，对参数H1，W2和H2在不同的取值时对S11的影响进行研究，结果如图5-7所示。从图中可以看出，上述三个参数的最佳取值为H1＝5mm,W2＝4.5mm,H2＝14.5mm。在此情况下，该天线的S参数仿真结果如图2所示。从图2可以看出该天线的三个-10dB阻抗带宽分别为580MHz(2.36–2.94GHz),780MHz(3.26–4.04GHz)和1580MHz(4.86–6.44GHz)，可以完全覆盖常用的2.45/5.2/5.8GHzWLAN频段和2.5/3.5/5.5GHzWiMAX频段。该天线的辐射方向图如图8所示，图中，(a)在2.5GHz；(b)在3.5GHz；(c)在5.5GHz，从图可以看出，该天线在三个频段上有稳定的方向图，且与典型的印刷单极子天线的方向图类似。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种小型平面多频段天线，其特征在于：所述多频段天线由介质基板、基板正面的辐射单元、基板背面的接地面及金属带组成；所述辐射单元由一个金属圆环及一段微带馈线组成，金属圆环上刻有两个U形槽，所述两个U形槽的开口朝向一致；
辐射单元的微带馈线采用一段50Ω微带馈线；
所述基板背面的金属带为一条长方形金属带，该长方形金属带位于金属圆环的正下方；
所述接地面上刻蚀了两个H形槽，两个H形槽的大小相同。
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