CN105449352A - 一种单极子缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线通信领域的天线，尤其是指一种可应用于WLAN/WiMAX？USB无线适配器中的单极子缝隙天线。本发明所提出的单极子缝隙天线制作在1.0mm厚的FR4介质板上，其相对介电常数为4.3。介质板的一面设有接地面和接地面上挖出的两个相邻曲线缝隙MSI和MSII，这是本发明天线的主要辐射单元。介质板的另一面设有50欧姆的微带馈线，用于激励本天线的辐射单元。与现有技术相比，本发明天线很好地将尺寸进一步减小，简单的结构和小型的尺寸能够降低成本和减小制造的复杂度。与此同时，它的辐射方向为全向辐射，具有良好的增益，能同时工作在WLAN/WiMAX频段，在工程上具有很广阔的应用价值。

Description

一种单极子缝隙天线
技术领域
本发明涉及一种无线通信领域的天线，尤其是指一种可应用于WLAN/WiMAXUSB无线适配器中的单极子缝隙天线。
背景技术
现代无线通信技术的飞速发展，同时工作于两个或多个频段的通信系统成为无线通信领域的研究重点。然而随着电子设备的小型化、高传输速率的需求，要求天线的尺寸更小、频段更宽。目前市场上的同类产品体积较大，不合适用于小型化终端机。许多研究为了减少天线体积而牺牲了增益和带宽，使其不能完全覆盖WLAN/WiMAX的工作频段要求。因此，减小天线尺寸的同时仍保证其工作性能是一项十分有挑战的工作。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种结构简单、尺寸紧凑的单极子缝隙天线，可同时满足WLAN和WiMAX多个频段的通信需求。
一种单极子缝隙天线，所述天线包括介质板，接地面，接地面上挖出的两个缝隙槽孔，以及微带馈线；所述接地面和接地面上挖出的两个缝隙槽孔位于介质板的一面；所述微带馈线位于介质板的另一面；所述介质板为FR4基板，所述介质板的长度为60mm，所述介质板的宽度为15mm，所述介质板的厚度为1mm。
优选的，所述接地面上挖出的两个缝隙槽孔，包括曲线缝隙MSI和曲线缝隙MSII，位于所述介质板的上半部分，并且相邻放置。所述两个缝隙槽孔作为所述天线的主要辐射单元。
优选的，所述曲线缝隙MSI包括依次连通的5个缝隙：缝隙21、缝隙22、缝隙23、缝隙24、缝隙25；缝隙21的尺寸为12×7mm2，缝隙22的尺寸为1×0.5mm2，缝隙23的尺寸为4×0.5mm2，缝隙24的尺寸为4.5×1mm2，缝隙25的尺寸为2×1mm2。
优选的，所述曲线缝隙MSII包括依次连通的3个缝隙：缝隙31、缝隙32、缝隙33；缝隙31的尺寸为8×0.5mm2，缝隙32的尺寸为3×1.5mm2，缝隙33的尺寸为5.5×5mm2。
优选的，所述微带馈线的特征阻抗为50欧姆，所述微带馈线的长度为14.7mm，所述微带馈线的宽度为2mm，与所述介质板上边缘的距离为1.3mm。所述微带馈线的主要作用是用于激励所述天线的辐射单元，即所述两个曲线缝隙MSI和MSII。
本专利所提出的单极子缝隙天线制作在1.0mm厚的FR4介质板上，其相对介电常数为4.3。介质板的一面设有接地面和接地面上挖出的两个相邻曲线缝隙MSI和MSII，这是本发明天线的主要辐射单元。介质板的另一面设有50欧姆的微带馈线，用于激励本天线的辐射单元。
本发明天线通过两个相邻放置的曲线缝隙激励出2.45GHz，3.5GHz和5GHz三个通信频段，可以完全覆盖2.4/5.2/5.8-GHzWLAN和3.5/5.5-GHzWiMAX的频段标准，并具有良好的辐射特性。由于这两个曲线缝隙工作在λ/4的谐振模式，使得本发明天线可以满足结构简单、尺寸紧凑的设计需求。本发明天线制作在60×15mm2的介质板上，这刚好是无线USB适配器的典型尺寸，天线部分实际占用面积仅为17×15mm2，可方便的集成于包括无线USB适配器在内的小型化终端机。
与现有技术相比，本发明天线很好地将尺寸进一步减小，简单的结构和小型的尺寸能够降低成本和减小制造的复杂度。与此同时，它的辐射方向为全向辐射，具有良好的增益，能同时工作在WLAN/WiMAX频段，在工程上具有很广阔的应用价值。
附图说明
图1是本发明天线正面结构示意图。
图2是本发明天线Z部放大图(a是结构图，b是尺寸图)。
图3是本发明天线背面结构示意图。
图4是本发明天线实物图，其中a为正面，b为背面，c为适用的U盘。
图5是本发明天线的回波损耗。
图6是本发明天线的表面电流分布图。
图7是本发明天线的辐射方向图。
图8是本发明天线增益图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明涉及一种单极子缝隙天线，此天线制作在介电常数为4.3的FR4介质板上，它的厚度为1mm，它的尺寸为60×15mm2。
请参阅图1所示，本发明天线正面由接地面1以及在接地面上挖出的两个弯折曲线缝隙槽孔MSI2和MSII3组成，这两个缝隙槽孔是本天线的主要辐射单元。MSI和MSII这两个曲线缝隙均为开口缝隙，位于整个天线的上半部分，并且相邻放置。
曲线缝隙MSI与介质板上边沿的距离为1mm，它由依次连接的5个缝隙组成，它们是缝隙21、缝隙22、缝隙23、缝隙24和缝隙25，如图2所示。缝隙21的尺寸为12×7mm2，缝隙22的尺寸为1×0.5mm2，缝隙23的尺寸为4×0.5mm2，缝隙24的尺寸为4.5×1mm2，缝隙25的尺寸为2×1mm2。曲线缝隙MSII由依次连通的3个缝隙组成，它们是缝隙31、缝隙32、缝隙和33，如图2所示。缝隙31的尺寸为8×0.5mm2，缝隙32的尺寸为3×1.5mm2，缝隙33的尺寸为5.5×5mm2。两个曲线缝隙MSI和MSII之间的最小距离位于缝隙21和缝隙33之间，具体为0.5mm。
请参阅图3所示，本发明天线反面中间位置设有50欧姆的微带馈线，用来激励天线正面的曲线缝隙辐射单元。它的长度为14.7mm，宽为2mm；与介质板上边缘的距离为1.3mm。
根据以上描述的天线几何参数，对本发明涉及的单极子缝隙天线进行了加工和测试。天线的加工实物照片如图4所示，接下来将会给出天线的回波损耗、电流分布、辐射方向图和增益的仿真、实测结果。计算结果由CST瞬态求解器获得，实验数据是由安捷伦8720ET矢量网络分析仪测得。
(1)回波损耗
仿真和实测的回波损耗结果对比如图5所示，从仿真和实测的回波损耗结果图可以看出本发明天线成功地被激励出三种谐振模式。本发明天线在2.4GHz处获得了一个较窄的阻抗带宽(2.40-2.50GHz)，在高频段处获得了两个较宽的阻抗带宽(3.30-4.75，5.04-6.24GHz)。它能够同时覆盖2.4/5.2/5.8-GHzWLAN和3.5/5.5-GHzWiMAX工作频段。仿真和实测之间的偏差可能是受介质板的介电常数偏差以及加工误差的影响，但总体来说，实测结果跟仿真结果较为一致。
(2)电流分布
本发明天线分别在三个工作频段2.45GHz，3.5GHz和5.8GHz时的表面电流分布图由图6所示，可以观察到在这些频段的谐振模式是由不同的电流路径独立激发的。在2.45GHz和5.8GHz处的天线表面电流分布明显可以看出，电流分布主要在曲线缝隙MSI周围，而天线表面电流在3.5GHz处主要分布在MSII周围。
(3)辐射方向图
图7(a)～(c)展示了本发明天线在2.45GHz，3.5GHz和5.8GHz处的实测与仿真的辐射方向图，可以看出辐射方向图的仿真和实测结果在合理的误差范围内保持很好的一致性。由此图可知，在所有频带Y-Z面的辐射方向图都呈全向性。
(5)天线增益
本发明天线从2GHz到6GHz的峰值增益如图8所示，天线在三个频段2.45GHz，3.5GHz和5.8GHz的增益在1.6-5.4dBi之间，可以很好的满足大多数WLAN/WiMAX的实际应用要求。

Claims (5)

1.一种单极子缝隙天线，所述天线包括介质板，接地面，接地面上挖出的两个缝隙槽孔，以及微带馈线；
其特征在于，所述接地面和接地面上挖出的两个缝隙槽孔位于介质板的一面；所述微带馈线位于介质板的另一面；所述介质板为FR4基板，所述介质板的长度为60mm，所述介质板的宽度为15mm，所述介质板的厚度为1mm。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述接地面上挖出的两个缝隙槽孔，包括曲线缝隙MSI和曲线缝隙MSII，位于所述介质板的上半部分，并且相邻放置。所述两个缝隙槽孔作为所述天线的主要辐射单元。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述曲线缝隙MSI包括依次连通的5个缝隙：缝隙21、缝隙22、缝隙23、缝隙24、缝隙25；缝隙21的尺寸为12×7mm2，缝隙22的尺寸为1×0.5mm2，缝隙23的尺寸为4×0.5mm2，缝隙24的尺寸为4.5×1mm2，缝隙25的尺寸为2×1mm2。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述曲线缝隙MSII包括依次连通的3个缝隙：缝隙31、缝隙32、缝隙33；缝隙31的尺寸为8×0.5mm2，缝隙32的尺寸为3×1.5mm2，缝隙33的尺寸为5.5×5mm2。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述微带馈线的特征阻抗为50欧姆，所述微带馈线的长度为14.7mm，所述微带馈线的宽度为2mm，与所述介质板上边缘的距离为1.3mm。所述微带馈线的主要作用是用于激励所述天线的辐射单元，即所述两个曲线缝隙MSI和MSII。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115360520A (zh) * 2022-08-30 2022-11-18 余姚市萨塞克斯人工智能研究中心 一种家用呼吸机的双曲缝隙通信天线

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