CN105281028A - 带谐波抑制功能的Zigbee天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，包括：一介质板，一天线安装在所述介质板上，所述天线包括：天线单元、微带馈线、馈电单元、接地单元；所述天线单元接地单元连接，所述微带馈线的一端与所述馈电电源连接，所述微带馈线的另一端与所述天线单元连接；所述天线单元包括：螺旋形金属结构；所述接地单元具有：螺旋缝隙单元。通过在天线的地平面上开设螺旋形缝隙，改变天线馈电微带线的电容和电感，从而抑制了天线对2.4GHz频段ZigBee信号高阶谐波的辐射，并且ZigBee基波频段的辐射效果不受影响。本发明体积小，成本低，制造方便，可以促进非线性PA在ZigBee产品中的应用，帮助ZigBee产品提高辐射功率、降低电源功率、降低硬件成本。

Description

带谐波抑制功能的Zigbee天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及一种带谐波抑制功能的Zigbee天线。
背景技术
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术。ZigBee支持多种网络拓扑结构，网络规模可以比蓝牙设备大得多，并且具有更低的功耗，随着物联网应用的蓬勃发展，ZigBee技术正被越来越广泛地接受。
ZigBee由于采用OQPSK的调制方式，其传输信息反映在调制信号的相位上，而信号幅度上不包含传输信息，因此ZigBee应用往往对无线系统的线性度要求不高，这就为在ZigBee射频收发机中采用非线性PA以提高信号发射功率与效率、降低硬件成本提供了可能。
世界各国对于射频系统在工作频带以外的信号杂散都提出了严格的限制，无线产品都必须经过北美的FCC、欧洲的CE等机构认证，才能够取得相应地区的销售许可。ZigBee产品往往采用非线性PA，造成在其工作频率2.4GHz的二次、三次、四次、五次谐波频点处产生较大杂散。而传统的单极子天线在其高次谐波频点处往往也有较好的辐射效率，这就对ZigBee产品信号杂散的指标设计提出了巨大挑战。
发明内容
本发明公开了一种带谐波抑制功能的Zigbee天线，用以解决现有技术中Zigbee产品采用非线性PA，造成在其工作频率2.4GHz的二次、三次、四次、五次谐波频点处产生较大的杂散的问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，包括：一介质板，一天线安装在所述介质板上，所述天线包括：天线单元、微带馈线、馈电单元、接地单元；所述天线单元接地单元连接，所述微带馈线的一端与所述馈电电源连接，所述微带馈线的另一端与所述天线单元连接；所述天线单元包括：螺旋形金属结构；所述接地单元具有：螺旋缝隙单元。
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述接地单元包括两对称设置在所述介质板一侧的第一接地部、第二接地部，所述微带馈线设置在所述第一接地部与第二接地部中间的介质板上；
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述第一接地部、所述第二接地部均为矩形铺铜区域；
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，还包括：一第三接地部，所述第三接地部设置在所述介质板的另一侧表面。
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述介质板开设有多个电气连通通孔，使第一接地部、第二接地部与第三接地部之间形成良好的电气连通；
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述微带馈线两侧介质板均具有连接通孔，将第一接地部、第二接地部与第三接地部连接。
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述螺旋缝隙结构开设在所述第三接地部上。
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述螺旋缝隙结构包括：第一螺旋缝隙结构、第二螺旋缝隙结构，所述第一螺旋缝隙结构包括：依次缩小的第一U型空隙、第二U型空隙、第三U型空隙、第四U型空隙；所述第一U型空隙、所述第二U型空隙、所述第三U型空隙、所述第四U型空隙呈嵌套结构，所述第一U型空隙的一端部与所述第二U型空隙的一端部间隙连通，所述第二U型空隙的另一端部与所述第三U型空隙的一端部间隙连通，所述第三U型空隙的另一端部与所述第四U型空隙的一端部间隙连通；所述第二螺旋缝隙结构与所述第一螺旋缝隙结构对称设置，所述第二螺旋结构与所述第一螺旋结构的第一U型空隙的另一端部间隙连通。
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述天线单元通过一L形接地点连接第一接地部。
如上所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，所述螺旋形金属结构包括：第一金属条、第一螺旋形金属结构、第二螺旋形金属结构，所述第一螺旋形金属结构包括：依次连接的第二金属条、第三金属条、第四金属条、第五金属条、第六金属条，所述第二金属条垂直安装在所述第一金属条上，所述第三金属条、所述第四金属条、所述第五金属条、所述第六金属条依次顺时针弯折90度，所述第六金属条的端部安装有一尖端部；所述第一螺旋形金属结构与所述第二螺旋形金属结构对称，所述第一螺旋形金属结构与所述第二螺旋形金属结构对称安装在所述第一金属条两侧。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中Zigbee产品采用非线性PA，造成在其工作频率2.4GHz的二次、三次、四次、五次谐波频点处产生较大的杂散的问题，通过在天线的地平面上开设螺旋形缝隙，改变天线馈电微带线的电容和电感，从而抑制了天线对2.4GHz频段ZigBee信号高阶谐波的辐射，并且ZigBee基波频段的辐射效果不受影响。本发明体积小，成本低，制造方便，可以促进非线性PA在ZigBee产品中的应用，帮助ZigBee产品提高辐射功率、降低电源功率、降低硬件成本。
附图说明
图1是本发明带谐波抑制功能的Zigbee天线的结构俯视图；
图2是本发明带谐波抑制功能的Zigbee天线的结构仰视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
图1是本发明带谐波抑制功能的Zigbee天线的结构俯视图，图2是本发明带谐波抑制功能的Zigbee天线的结构仰视图，请参见图1、图2，一种带谐波抑制功能的Zigbee天线，其中，包括：一介质板4，一天线安装在介质板4上，天线包括：天线单元、微带馈线2、馈电单元1、接地单元；天线单元接地单元连接，微带馈线2的一端与馈电电源连接，微带馈线2的另一端与天线单元连接；天线单元包括：螺旋形金属结构；接地单元具有：螺旋缝隙单元。
本发明的接地单元包括两对称设置在介质板4一侧的第一接地部31、第二接地部32，微带馈线2设置在第一接地部31与第二接地部32中间的介质板4上。
本发明的第一接地部31、第二接地部32均为矩形铺铜区域。
本发明的第一接地部31、第二接地部32与天线单元分别置于介质板4同一侧表面的左右两侧。
本发明还包括：一第三接地部33，第三接地部33设置在介质板4的另一侧表面。
本发明的介质板4开设有多个电气连通通孔，使第一接地部31、第二接地部32与第三接地部33之间形成良好的电气连通；
本发明的微带馈线2两侧介质板4均具有连接通孔，将第一接地部31、第二接地部32与第三接地部33连接。
本发明的螺旋缝隙结构开设在第三接地部33上。
本发明的螺旋缝隙结构包括：第一螺旋缝隙结构8、第二螺旋缝隙结构9，第一螺旋缝隙结构8包括：依次缩小的第一U型空隙、第二U型空隙、第三U型空隙、第四U型空隙；第一U型空隙、第二U型空隙、第三U型空隙、第四U型空隙呈嵌套结构，第一U型空隙的一端部与第二U型空隙的一端部间隙连通，第二U型空隙的另一端部与第三U型空隙的一端部间隙连通，第三U型空隙的另一端部与第四U型空隙的一端部间隙连通；第二螺旋缝隙结构9与第一螺旋缝隙结构8对称设置，第二螺旋结构与第一螺旋结构的第一U型空隙的另一端部间隙连通。通过调节螺旋缝隙结构各段缝隙的长度、宽度以及缝隙间距离，可以调节天线所抑制频段的频点。
本发明的天线单元通过一L形接地点5连接第一接地部31。
本发明的螺旋形金属结构包括：第一金属条、第一螺旋形金属结构6、第二螺旋形金属结构7，第一螺旋形金属结构6包括：依次连接的第二金属条、第三金属条、第四金属条、第五金属条、第六金属条，第二金属条垂直安装在第一金属条上，第三金属条、第四金属条、第五金属条、第六金属条依次顺时针弯折90度，第六金属条的端部安装有一尖端部；第一螺旋形金属结构6与第二螺旋形金属结构7对称，第一螺旋形金属结构6与第二螺旋形金属结构7对称安装在第一金属条两侧。
在本发明的一个实施例中，当馈电单元1处加以激励时，电流经微带馈线2，馈电到天线单元。第一螺旋缝隙结构8和第二螺旋缝隙结构9位于微带馈线2下方、介质板4反面接地单元上，并且在微带馈线2与天线单元连接处之前，可以改变微带馈线2的电容电感，抑制微带馈线2中信号的高次谐波进入天线单元辐射。而微带馈线2的基波信号不受影响，可以顺利进入天线单元，同时在第一金属螺旋结构和第二金属螺旋结构上产生谐振，形成回波损耗较低的谐振点。
本发明在2400~2450MHz的ZigBee工作频段范围内，回波损耗小于-10dB，辐射效率78%，最大增益2.5dBi。在其二次谐波4.88GHz处最大天线增益-42dBi，三次谐波7.32GHz处最大天线增益-32dBi，四次谐波9.76GHz处最大天线增益-37dBi，五次谐波12.2GHz处最大天线增益-29dBi。成功实现了对ZigBee基波信号有效辐射，同时抑制高次谐波信号辐射的目的。本发明体积小，成本低，制造方便，可以促进非线性PA在ZigBee产品中的应用，帮助ZigBee产品提高辐射功率、降低电源功率、降低硬件成本。

Claims (10)

1.一种带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，包括：一介质板，一天线安装在所述介质板上，所述天线包括：天线单元、微带馈线、馈电单元、接地单元；所述天线单元接地单元连接，所述微带馈线的一端与所述馈电电源连接，所述微带馈线的另一端与所述天线单元连接；所述天线单元包括：螺旋形金属结构；所述接地单元具有：螺旋缝隙单元。
2.根据权利要求1所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述接地单元包括两对称设置在所述介质板一侧的第一接地部、第二接地部，所述微带馈线设置在所述第一接地部与第二接地部中间的介质板上。
3.根据权利要求2所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述第一接地部、所述第二接地部均为矩形铺铜区域。
4.根据权利要求3所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，还包括：一第三接地部，所述第三接地部设置在所述介质板的另一侧表面。
5.根据权利要求3所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述介质板开设有多个电气连通通孔，使第一接地部、第二接地部与第三接地部之间形成良好的电气连通。
6.根据权利要求3所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述微带馈线两侧介质板均具有连接通孔，将第一接地部、第二接地部与第三接地部连接。
7.根据权利要求3所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述螺旋缝隙结构开设在所述第三接地部上。
8.根据权利要求7所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述螺旋缝隙结构包括：第一螺旋缝隙结构、第二螺旋缝隙结构，所述第一螺旋缝隙结构包括：依次缩小的第一U型空隙、第二U型空隙、第三U型空隙、第四U型空隙；所述第一U型空隙、所述第二U型空隙、所述第三U型空隙、所述第四U型空隙呈嵌套结构，所述第一U型空隙的一端部与所述第二U型空隙的一端部间隙连通，所述第二U型空隙的另一端部与所述第三U型空隙的一端部间隙连通，所述第三U型空隙的另一端部与所述第四U型空隙的一端部间隙连通；所述第二螺旋缝隙结构与所述第一螺旋缝隙结构对称设置，所述第二螺旋结构与所述第一螺旋结构的第一U型空隙的另一端部间隙连通。
9.根据权利要求3所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述天线单元通过一L形接地点连接第一接地部。
10.根据权利要求1~9任一所述的带谐波抑制功能的Zigbee天线，其特征在于，所述螺旋形金属结构包括：第一金属条、第一螺旋形金属结构、第二螺旋形金属结构，所述第一螺旋形金属结构包括：依次连接的第二金属条、第三金属条、第四金属条、第五金属条、第六金属条，所述第二金属条垂直安装在所述第一金属条上，所述第三金属条、所述第四金属条、所述第五金属条、所述第六金属条依次顺时针弯折90度，所述第六金属条的端部安装有一尖端部；所述第一螺旋形金属结构与所述第二螺旋形金属结构对称，所述第一螺旋形金属结构与所述第二螺旋形金属结构对称安装在所述第一金属条两侧。
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