CN106410417A - 一种缝隙与枝节天线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缝隙与枝节天线及其设计方法。在微带贴片天线上进行的各种技术和形状的操作，以贴片曲流理论为基础，利用了缝隙加载技术和微带贴片天线的本身的特质，从而改变了天线本身的辐射特性形成了覆盖多频段且工作带宽宽的特性。该缝隙天线的工作频段在0.83GHz‑1.606GHz、1.86GHz‑2.24GHz和2.40GHz‑2.54GHz，相对中心频率1.2GHz的相对带宽为75%，第二频段的绝对带宽为1.86GHz‑2.24GHz相对于中心频率2.05GHz的相对带宽为19.5%,第三频段的绝对带宽为2.40GHz‑2.54GHz相对于中心频率2.5GHz的相对带宽为5.6%。本发明天线结构简单、体积小、重量轻、剖面低、多频段、带宽宽且易于集成，可应用于GSM900/CDMA/DCS/UMTS/PCS1900/TD‑SCDMA和WLAN2.4GHz频段的现代无线通信系统。

Description

一种缝隙与枝节天线及其设计方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种缝隙与枝节相结合的天线。

背景技术

近年来，无线通信产业的迅速发展，对天线提出了很多新的研究方向，对各式各样的移动终端天线的需求也在不断的加大，这推动了现代通信天线的发展。人们对于移动通信的要求越来越高，为此要求天线的性能指标朝着小尺寸、多频带宽、高效能、低辐射的发展，个人移动设备应用从GSM、DCS、PCS到3G,从GPS到Wi-Fi和WiMax，通信频段被划分给各种应用，且频段相互之间不连续。

谐振类天线在工作频带内具有稳定的阻抗特性,尺寸相对于其它宽带或口径天线具有显著优势,该类天线中的缝隙天线和微带天线具有低剖面、体积小、易共形、易加工等特点，得到了广泛的应用，但是一些传统的无线通信天线，它们的工作带宽相对较窄并且只能覆盖其中的一个频段，还存在着尺寸大、加工成本高等缺点。现在无线通信的高速发展，为了减小设计加工成本，对于多频带宽频化的要求越来越高，因此覆盖多频段和工作带宽宽的小型化天线成为无线通信系统中迫切的需求。

缝隙天线即在金属贴片上开缝或槽，变更金属贴片原来共振模态的电流分布，来获得天线的多频特性，通过改变贴片表面的电流路径，增大电长度从而达到天线小型化的目的；枝节天线设计思路明确，方法简单，并且频带相互独立，频带间的隔离也较好，正是这两种天线的优点，也就是能够用于天线小型化填充有限空间设计的一个关键原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缝隙与枝节天线及其设计方法，以实现结构简单、体积小、重量轻、剖面低、多频段、带宽宽和易于集成等功能。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种缝隙与枝节天线，包括介质基板，位于介质基板（1）一面上的主辐射单元、位于介质基板（1）另一面上馈源端（8）的接地板（9），其特征在于：所述主辐射单元（2）为直角三角形，保证了天线具有相应的圆极化特性；所述主辐射单元（2）通过馈线（7）连接到馈源端（8）；所述接地板（9）为直角三角形；接地板（9）不完全覆盖介质基板，接地板的高度设置以保证天线工作频段为0.83GHz-1.606GHz、1.86GHz-2.24GHz和2.40GHz-2.54GHz；馈线（7）为被弯曲处理过的，以减小介质基板的大小；所述主辐射单元上设有三个缝隙结构以及一个枝节结构，缝隙的大小与枝节的大小设置以保证所述天线的工作频段为0.83GHz-1.606GHz、1.86GHz-2.24GHz和2.40GHz-2.54GHz；所述介质基板（1）为矩形，主辐射单元（2）与接地板（9）为直角三角形。

一种所述缝隙与枝节天线的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，利用微带贴片曲流技术，对主辐射单元进行三次开槽设计；

在微带天线贴片表面开不同形式的槽或者缝隙时，原有电流绕槽边曲折流过，即电流路径变长，这相当于在天线的等效电路中引入级联电感，使得谐振频率降低，从而能够减小天线的尺寸，同时又能引入新的谐振频率，实现了天线的多频特性。本设计针对这一特点经过大量的仿真与计算最终选择了三次开槽，从而增加了表面电流的电流路径。

步骤二，在主辐射单元电流密度较强处进行加载枝节处理，枝节形状为矩形；或通过改变贴片表面的电流路径，从而在有限的贴片尺寸下产生了更多的频带；

步骤三，通过Ansoft HFSS对接地板尺寸参数进行优化，接地板形状为直角三角形结构。

本设计对介质基板下增加了接地板，接地板形状为直角三角形，改变了与主辐射单元的电磁效应。

本发明具有有益效果。本发明通过使用微带贴片曲流技术与枝节加载理论结合，达到了现代多频段天线的以满足结构简单、体积小、重量轻、剖面低、多频段、带宽宽和易于集成等特点，克服了传统多频段天线形式尺寸大、加工成本高、剖面高或机械加工精度要求高等缺陷。

附图说明

图1 为本设计的结构正面示意图。

图2 为本设计的结构背面示意图。

图3 为HFSS仿真与加工的实物经过矢量网络分析仪测量后的S11参数对比图。

图4 为HFSS仿真与加工的实物经过矢量网络分析仪测量后的VSWR参数对比图。

图中：1介质基板，2主辐射单元，3 L型槽A、4 L型槽B，5 枝节，6 h型槽，7 馈线，8馈源端，9接地板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细说明。

图1为本发明天线的正面示意图。介质基板1为Rogers 4003C，介电常数为3.55的材料构成，对主辐射单元2进行三次缝隙与一次枝节操作，得到的L型槽A、L型槽B、枝节、h型槽，改变了主辐射单元表面电流的路径，为在主辐射单元2上开的L型槽A、L型槽B、h型槽以及添加枝节5形成电流，与主辐射单元相连接的馈线7与馈源端8相连接对整个天线进行馈电。

图2为本发明天线的背面结构。其中接地板9为直角三角形形状。与主辐射单元2相互作用改变空间的电磁分布.

图3和图4分别为本发明天线的HFSS仿真与加工的实物经过矢量网络分析仪测量后的S11和VSWR参数对比图。

以上的操作都是为了使天线工作在0.83GHz-1.606GHz、1.86GHz-2.24GHz和2.40GHz-2.54GHz频段中。通过仿真和测试得出该分形天线有三个工作频段，其中第一频段的绝对带宽为776MHz（0.83GHz-1.606GHz）,相对中心频率1.2GHz的相对带宽为75%，第二频段的绝对带宽为380MHz(1.86GHz-2.24GHz),相对于中心频率2.05GHz的相对带宽为19.5%,第三频段的绝对带宽为80MHz(2.40GHz-2.54GHz),相对于中心频率2.5GHz的相对带宽为5.6%。本发明设计的天线具有三频段、高带宽的效果，覆盖了第二代移动通信GSM900(890MHz-909MHz及935MHz-954MHz)/CDMA(870MHz-885MHz)，第三代移动通信TD-SCDMA(2110MHz-2025MHz)/WCDMA(1940MHz-1955MHz及2130MHz-2145 MHz)/CDMA2000(1920MHz-1935MHz)/UMTS(1885MHz-2025MHz 及2110MHz-2200 MHz)，第四代移动通信TD-LTE(1880MHz -1890 MHz)/FDD-LTE(1860MHz -1875MHz)，并且可以应用于WLAN(2400MHz-2484MHz)等无线通信频段。

Claims (3)

1.一种缝隙与枝节天线，包括介质基板，位于介质基板（1）一面上的主辐射单元、位于介质基板（1）另一面上馈源端（8）的接地板（9），其特征在于：所述主辐射单元（2）为直角三角形，保证了天线具有相应的圆极化特性；所述主辐射单元（2）通过馈线（7）连接到馈源端（8）；所述接地板（9）为直角三角形；接地板（9）不完全覆盖介质基板，接地板的高度设置以保证天线工作频段为0.83GHz-1.606GHz、1.86GHz-2.24GHz和2.40GHz-2.54GHz；

馈线（7）为被弯曲处理过的，以减小介质基板的大小；所述主辐射单元（2）上设有三个缝隙结构以及一个枝节结构，所述缝隙的大小与枝节的大小设置以保证所述天线的工作频段为0.83GHz-1.606GHz、1.86GHz-2.24GHz和2.40GHz-2.54GHz；所述介质基板（1）为矩形，主辐射单元（2）与接地板（9）为直角三角形。

2.根据权利要求1所述的一种缝隙与枝节天线的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，利用缝隙与枝节方法，对主辐射单元即直角三角形贴片进行三次缝隙设计；

第二步，在主辐射单元电流密度较强处进行加载枝节处理，枝节形状为矩形；

第三步，通过Ansoft HFSS对接地板尺寸参数进行优化，接地板形状为直角三角形结构。

3.根据权利要求1所述的一种缝隙与枝节天线的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，利用微带贴片曲流技术，对主辐射单元进行三次开槽设计；

在微带天线贴片表面开不同形式的槽或者缝隙时，原有电流绕槽边曲折流过，即电流路径变长，这相当于在天线的等效电路中引入级联电感，使得谐振频率降低，从而能够减小天线的尺寸，同时又能引入新的谐振频率，实现了天线的多频特性；

本设计针对这一特点经过大量的仿真与计算最终选择了三次开槽，从而增加了表面电流的电流路径；

步骤二，在主辐射单元电流密度较强处进行加载枝节处理，枝节形状为矩形；或通过改变贴片表面的电流路径，从而在有限的贴片尺寸下产生了更多的频带；

步骤三，通过Ansoft HFSS对接地板尺寸参数进行优化，接地板形状为直角三角形结构。