CN106910989A - 折叠式双频段天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种折叠式双频段天线，包括折叠金属片和SMA接头，所述折叠金属片的尾部从内侧折叠一次形成尾部金属片，所述折叠金属片的前部从内侧折叠四次依次形成底部金属片、外侧金属片、顶部金属片、内侧金属片和中间金属片。所述SMA接头的地端与底部金属片焊接相连，所述底部金属片上开设有孔洞；所述SMA接头的馈线穿过底部金属片的孔洞并与中间金属片焊接形成馈电连接点；所述馈电连接点的周围且在中间金属片上开设一个挖空的缝隙谐振器，所述缝隙谐振器在2.4GHz频段时的有效电长度为二分之一波长。本发明在不需要增加现有折叠式金属片天线尺寸的条件下，能够实现470‑790MHz的TVWS工作频段和2.4GHz的WiFi工作频段的双频段功能，实现了天线的小型化。

Description

折叠式双频段天线
技术领域
本发明涉及射频微波通信技术领域，尤其涉及一种折叠式双频段天线。
背景技术
TVWS电视白区(Television White Space；TVWS)频段和2.4GHz WiFi频段可以被应用于认知无线电等领域研究，由于TVWS频段相对于2.4GHz WiFi频段频率低很多(470-790MHz)，所以目前很少有天线能同时覆盖这两个频段。在应对能同时覆盖高低频率的天线设计问题时，往往是通过采用组合多个天线的方法，但是这种设计方法不利于缩小天线尺寸。
发明内容
本发明的主要目的提供一种折叠式双频段天线，在不需要增加现有折叠式金属片天线尺寸的条件下，能够实现470-790MHz的TVWS工作频段和2.4GHz的WiFi工作频段的双频段功能，并且实现天线的小型化。
为实现上述目的，本发明提供了一种折叠式双频段天线，包括折叠金属片和SMA接头，所述折叠金属片的尾部从内侧折叠一次形成尾部金属片，所述折叠金属片的前部从内侧折叠四次依次形成底部金属片、外侧金属片、顶部金属片、内侧金属片和中间金属片，其中：
所述SMA接头的地端与所述底部金属片焊接相连，所述底部金属片上开设有孔洞；
所述SMA接头的馈线穿过所述底部金属片的孔洞并与所述中间金属片焊接形成馈电连接点；
所述馈电连接点的周围且在所述中间金属片上开设一个挖空的缝隙谐振器，所述缝隙谐振器在2.4GHz频段时的有效电长度为二分之一波长。
优选的，所述缝隙谐振器为U型缝隙谐振器、半圆形缝隙谐振器、V形缝隙谐振器、或者弧形缝隙谐振器。
优选的，所述U型缝隙谐振器的缝隙内径W1为2.2mm，缝隙长度L3为34mm，缝隙宽度L4为15mm。
优选的，所述U型缝隙谐振器的U型开口端与中间金属片的宽边W0之间的距离d1为2mm，该U型缝隙谐振器的U型封闭端与馈电连接点之间的距离d2为5.35mm。
优选的，所述尾部金属片与底部金属片相互垂直折叠连接，所述底部金属片与外侧金属片相互垂直折叠连接，所述外侧金属片与顶部金属片相互垂直折叠连接，所述顶部金属片与内侧金属片相互垂直折叠连接，所述内侧金属片与中间金属片相互垂直折叠连接。
优选的，所述折叠金属片为折叠式金属铜片，宽度W0为60mm，厚度为0.2mm。
优选的，所述尾部金属片的长度H0为61mm。
优选的，所述底部金属片长度L0为150mm。
优选的，所述外侧金属片、顶部金属片、内侧金属片和中间金属片的长度依次为H0＝61mm，L1＝65mm，H1＝45mm，L2＝49mm。
优选的，所述孔洞与底部金属片的宽边之间的横向距离d0＝45.45，该孔洞与底部金属片的长边之间的纵向距离为W0/2＝30mm。
相较于现有技术，本发明所述折叠式双频段天线实现了低频率宽带工作频段，能够覆盖470-790MHz的TVWS工作频段。此外，本发明通过优化天线的馈电结构，在作为馈电平面的中间金属片上挖空一个缝隙谐振器，在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率匹配，实现2.4GHz的WiFi工作频段。本发明所述折叠式双频段天线相比于通过组合多个天线方式设计的双频天线，在不需要增加天线尺寸的条件下，能够实现470-790MHz的TVWS工作频段和2.4GHz的WiFi工作频段的双频段功能，并且有效减小了天线尺寸，实现了天线的小型化。
附图说明
图1是本发明折叠式双频段天线优选实施例的立体结构示意图；
图2是本发明折叠式双频段天线的侧视图；
图3是本发明折叠式双频段天线的中间金属片的俯视图；
图4是本发明折叠式双频段天线的反射系数S11的仿真结果示意图；
图5是本发明折叠式双频段天线的中间金属片的长度对天线的反射系数S11的影响示意图；
图6是本发明折叠式双频段天线的缝隙谐振器的缝隙长度对天线的反射系数S11的影响示意图；
图7a、7b和7c分别为本发明折叠式双频段天线在0.51GHz、0.73GHz和2.49GHz三个频率的仿真方向图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，将在具体实施方式部分一并参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1、图2和图3所示，图1是本发明折叠式双频段天线优选实施例的立体结构示意图；图2是本发明折叠式双频段天线的侧视图；图3是本发明折叠式双频段天线的中间金属片的俯视图。在本实施例中，所述折叠式双频段天线包括折叠金属片1和SMA接头2，该折叠金属片1的尾部从内侧折叠一次形成尾部金属片11，折叠金属片1的前部从内侧折叠四次依次形成底部金属片12、外侧金属片13、顶部金属片14、内侧金属片15和中间金属片16。所述叠金属片1的每一次折叠方式可以采用任意角度弯折，例如30°、45°、60°以及90°等角度，为了简化描述，本实施例两个金属片之间采用90°角度的垂直折叠方式。即：所述尾部金属片11与底部金属片12相互垂直折叠连接，底部金属片12与外侧金属片13相互垂直折叠连接，外侧金属片13与顶部金属片14相互垂直折叠连接、顶部金属片14与内侧金属片15相互垂直折叠连接，内侧金属片15与中间金属片16相互垂直折叠连接。所述顶部金属片14、中间金属片16与底部金属片12互相平行设置，所述外侧金属片13、内侧金属片15与尾部金属片11互相平行设置。
所述折叠金属片1的尾部往内侧折叠一次形成尾部金属片11，长度H0为61mm；所述底部金属片12为所述折叠式双频段天线的底部，长度L0为150mm；所述外侧金属片13、顶部金属片14、内侧金属片15和中间金属片16的各部分长度依次为H0＝61mm，L1＝65mm，H1＝45mm，L2＝49mm；每一个金属片的宽度均为折叠金属片1的宽度W0＝60mm，所述折叠金属片1为折叠式金属铜片，厚度为0.2mm。
参考图2所示，所述SMA接头2为一种常见的天线接口，SMA是Sub-Miniature-A的简称。在本实施例中，所述SMA接头2包括地端21以及馈线22，所述SMA接头2的地端21与底部金属片12的底部焊接相连。底部金属片12上开设有孔洞120，该孔洞120的大小与SMA接头2的馈线22粗细相匹配。所述孔洞120与底部金属片12宽边W0之间的横向距离d0＝45.45，该孔洞120与底部金属片12的长边L0之间的纵向距离为W0/2＝30mm。SMA接头2的馈线22穿过底部金属片12的孔洞120并与中间金属片16焊接连接，使得所述SMA接头2的馈线22与中间金属片16的焊接连接处形成馈电连接点20，从而实现馈电。在本实施例中，由于底部金属片12与中间金属片16相互平行，因此所述馈电连接点20在中间金属片16上的位置处于所述孔洞120在底部金属片12的位置正上方。
参考图3所示，所述馈电连接点20的周围且在所述中间金属片16上开设一个挖空的缝隙谐振器10。所述缝隙谐振器10可以采用U型、半圆形、V形或弧形等结构缝隙的谐振器。所述缝隙谐振器10的谐振频率取决于缝隙的有效电长度(不是实际物理长度)，所述缝隙谐振器10在2.4GHz频段(2.4-2.483GHz)时的有效电长度为二分之一波长，因此本领域技术人员通过调节缝隙谐振器10的缝隙结构设计(例如缝隙的形状和长度的设计)，可以使缝隙谐振器10产生2.4GHz的WiFi工作频段。在本实施例中，所述缝隙谐振器10的形状优选为U型结构(简称为U型缝隙谐振器10)，如图3中的白色部分。该U型缝隙谐振器10的缝隙内径W1为2.2mm，缝隙长度L3为34mm，缝隙宽度L4为15mm。该U型缝隙谐振器10的U型开口端与中间金属片16的宽边W0之间的距离d1为2mm，该U型缝隙谐振器10的U型封闭端与馈电连接点20之间的距离d2为5.35mm。中间金属片16作为馈电平面，本发明由于在中间金属片16上开设有U型缝隙谐振器10，在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率匹配，从而使得本发明所述折叠式双频段天线能够覆盖2.4GHz的WiFi工作频段。
本发明所述折叠式双频段天线实现了低频率宽带工作频段，能够覆盖470-790MHz的TVWS工作频段。此外，通过优化天线的馈电结构，在作为馈电平面的中间金属片16上挖空一个缝隙谐振器10，在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率匹配，实现2.4GHz的WiFi工作频段。本发明所述折叠式双频段天线相比于通过组合多个天线方式设计的双频天线，可以有效减小天线尺寸，在不需要增加天线尺寸的条件下，能够获得470-790MHz的TVWS工作频段和2.4GHz的WiFi工作频段的双频段功能，并且实现了天线的小型化。
参考图4所示，图4是本发明折叠式双频段天线的反射系数S11的仿真结果示意图。从图4可以看出，本发明折叠式双频段天线有三个谐振频率模式：fm1、fm2和fm3。其中，fm1和fm2与天线的总体尺寸有关，fm3是由缝隙谐振器10产生。发明所述天线的工作频率覆盖TVWS频段(470-790MHz)和2.4GHz频段WiFi(2.4-2.483GHz)。在本实施例中，fm1为天线的最低工作频率，该频率fm1可以通过改变天线的高度H0设计来调节；fm2可以通过改变中间金属片16(天线的最后一个折叠金属片)的长度L2来调节；fm3可以通过改变缝隙谐振器10的缝隙长度L3设计来调节。
参考图5所示，图5是本发明折叠式双频段天线的中间金属片16的长度L2对天线的反射系数S11的影响示意图。从图5可以看出，当中间金属片16的长度L2增长时，fm2的频率降低，而fm1、fm3保持不变。
参考图6所示，图6是本发明折叠式双频段天线的缝隙谐振器10的缝隙长度L3对天线的反射系数S11的影响示意图。从图6可以看出，当L3缩短时，fm3的频率增大，而fm1、fm2保持不变。
参考图7a、7b和7c所示，图7a、7b和7c分别为本发明折叠式双频段天线在0.51GHz、0.73GHz和2.49GHz三个频率的仿真方向图。在本实施例中，本发明所述折叠式双频段天线在三个频率的仿真增益值分别为2.3dBi、2.9dBi以及4.8dBi。从图7a和7b中可以看出，在频段0.51GHz和0.73GHz时，天线朝上方辐射，即本发明所述折叠式双频段天线在第一工作频段(470-790MHz的TVWS工作频段)内朝上方辐射；从图7c中可以看出，在2.49GHz时，天线朝着0-90°方向辐射，即本发明所述折叠式双频段天线在第二工作频段(2.4GHz的WiFi工作频段)内朝天线的前端和尾部的折叠金属片部分之间辐射，并且具有相对较高的增益，该特性有助于电磁信号的定向传输，因此适用于室内私人WiFi系统。
本发明所述折叠式双频段天线不仅加工简单成本低廉，而且可以产生三个基本谐振模式，因此被广泛应用于宽带和多频段射频微波通信中。由于缝隙谐振器是在馈电平面上开槽获得，因此不需要增加额外谐振体，具有缩小本发明所述折叠式双频段天线尺寸的功能。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种折叠式双频段天线，包括折叠金属片和SMA接头，其特征在于，所述折叠金属片的尾部从内侧折叠一次形成尾部金属片，所述折叠金属片的前部从内侧折叠四次依次形成底部金属片、外侧金属片、顶部金属片、内侧金属片和中间金属片，其中：
所述SMA接头的地端与所述底部金属片焊接相连，所述底部金属片上开设有孔洞；
所述SMA接头的馈线穿过所述底部金属片的孔洞并与所述中间金属片焊接形成馈电连接点；
所述馈电连接点的周围且在所述中间金属片上开设一个挖空的缝隙谐振器，所述缝隙谐振器在2.4GHz频段时的有效电长度为二分之一波长。
2.如权利要求1所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述缝隙谐振器为U型缝隙谐振器、半圆形缝隙谐振器、V形缝隙谐振器、或者弧形缝隙谐振器。
3.如权利要求2所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述U型缝隙谐振器的缝隙内径W1为2.2mm，缝隙长度L3为34mm，缝隙宽度L4为15mm。
4.如权利要求2所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述U型缝隙谐振器的U型开口端与中间金属片的宽边之间的距离d1为2mm，该U型缝隙谐振器的U型封闭端与馈电连接点之间的距离d2为5.35mm。
5.如权利要求1所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述尾部金属片与底部金属片相互垂直折叠连接，所述底部金属片与外侧金属片相互垂直折叠连接，所述外侧金属片与顶部金属片相互垂直折叠连接，所述顶部金属片与内侧金属片相互垂直折叠连接，所述内侧金属片与中间金属片相互垂直折叠连接。
6.如权利要求1所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述折叠金属片为折叠式金属铜片，宽度W0为60mm，厚度为0.2mm。
7.如权利要求6所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述尾部金属片的长度H0为61mm。
8.如权利要求6所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述底部金属片长度L0为150mm。
9.如权利要求6所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述外侧金属片、顶部金属片、内侧金属片和中间金属片的长度依次为H0＝61mm，L1＝65mm，H1＝45mm，L2＝49mm。
10.如权利要求6所述的折叠式双频段天线，其特征在于，所述孔洞与底部金属片的宽边之间的横向距离d0＝45.45，该孔洞与底部金属片的长边之间的纵向距离为W0/2＝30mm。
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