CN107093799B - 可重构的斧形双模单极子天线 - Google Patents

可重构的斧形双模单极子天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可重构的斧形双模单极子天线，包括介质板、镂空金属片、斧形单极子结构和SMA头，所述镂空金属片贴合于所述介质板的上表面，所述斧形单极子结构贴合于所述介质板的下表面；所述镂空金属片上刻蚀有阶梯型镂空缝隙；所述斧形单极子结构的斧形横部包括等腰梯形金属片；所述SMA头设置于所述介质板上，所述斧形单极子结构与SMA头的馈电端电连接，所述镂空金属片与SMA头的接地端电连接，所述等腰梯形金属片的尖端上部设置有金属焊盘，所述金属焊盘通过过孔接地，所述金属焊盘通过集总电容与等腰梯形金属片的尖端连接。本发明可重构的斧形双模单极子天线的两个谐振模式可以实现独立调谐，并且谐振模式可重构。

Description

可重构的斧形双模单极子天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种可重构的斧形双模单极子天线。
背景技术
为了便于通信终端和射频识别系统的大规模推广应用，终端或系统的经济成本和体积大小都是至关重要的考虑因素，作为其中重要部件的天线，在保证较高性能指标的前提下，必须都需要多频化、宽带化、小型化。现有技术的单极子天线具有两个谐振模式，一个谐振模式由单极子天线的纵向结构产生，另一个谐振模式由单极子天线的横向结构产生。目前单极子天线设计可以通过合理调整其横纵尺寸，来有效调节天线频率带宽。但是，目前的单极子天线基本上很难将两个谐振模式有效分开，存在不能同时对两个谐振模式进行独立调谐，并且谐振模式不可重构的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的提供一种可重构的斧形双模单极子天线，旨在解决现有的单极子天线不能同时对两个谐振模式进行独立调谐，并且谐振模式不可重构的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种可重构的斧形双模单极子天线，包括介质板、镂空金属片、斧形单极子结构和SMA头，所述镂空金属片贴合于所述介质板的上表面，所述斧形单极子结构贴合于所述介质板的下表面；所述镂空金属片上刻蚀有阶梯型镂空缝隙，所述阶梯型镂空缝隙由第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空依次连接构成；所述斧形单极子结构包括条形竖部和斧形横部，所述斧形单极子结构的条形竖部包括连接的第一矩形金属片和第二矩形金属片，所述斧形单极子结构的条形竖部与所述介质板的下表面的宽边垂直；所述斧形单极子结构的斧形横部包括对称设置于所述斧形单极子结构的条形竖部两侧的等腰梯形金属片，且两侧的等腰梯形金属片分别与中间的条形竖部连接，所述斧形单极子结构关于所述介质板的下表面的宽边中轴线对称；所述SMA头设置于所述介质板上，所述斧形单极子结构与SMA头的馈电端电连接，所述镂空金属片与SMA头的接地端电连接；所述可重构的斧形双模单极子天线还包括一对设置于所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端上部的金属焊盘，所述金属焊盘上设置有过孔，所述金属焊盘通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端连接。
优选的，所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空的宽边与所述介质板的上表面的宽边中轴线平行；所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空关于所述宽边中轴线对称。
优选的，所述介质板为FR4的介质基板，所述介质板的厚度为0.8mm且介电常数为4.4。
优选的，所述介质板和镂空金属片的宽度为74mm，所述介质板和镂空金属片的长度为106mm；所述第一矩形镂空的宽度为52mm，所述第一矩形镂空的长度为44mm；所述第二矩形镂空的宽度为32mm，所述第二矩形镂空的长度为6mm；所述第三矩形镂空的宽度为6.7mm，所述第三矩形镂空的长度为10.5mm；所述第四矩形镂空的宽度为2.6mm，所述第四矩形镂空的长度为17.7mm；所述第五矩形镂空的宽度为9.6mm，所述第五矩形镂空的长度为1.5mm。
优选的，阶梯型镂空缝隙的下部宽边与所述介质板的上表面的下部宽边的距离为6.3mm。
优选的，所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的宽度为2.5mm，所述第一矩形金属片的长度为36mm；所述斧形单极子结构的第二矩形金属片的宽度为1mm，所述第二矩形金属片的长度为11mm；所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的上底边长度为2.5mm，所述等腰梯形金属片的下底边长度为16mm，所述等腰梯形金属片的高度为6.75mm。
优选的，所述斧形单极子结构的每一个等腰梯形金属片的中心点与所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的下底边的垂直距离为9.8mm。
相较于现有技术，本发明可重构的斧形双模单极子天线通过设置斧型单极子结构，由于其所述斧形单极子结构的斧形横部与射频地的耦合面积小，并且该所述斧形单极子结构的斧形横部与所述斧形单极子结构的条形竖部能够有效隔离，实现了两个谐振模式独立调谐；同时可重构的斧形双模单极子天线还设置一对金属焊盘于所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端上部，所述金属焊盘上设置有过孔，并通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端连接，实现了所述可重构的斧形双模单极子天线的高频谐振模式可以重构。
附图说明
图1是本发明可重构的斧形双模单极子天线优选实施例的结构示意图；
图2是本发明可重构的斧形双模单极子天线的镂空金属片优选实施例的结构示意图；
图3是本发明可重构的斧形双模单极子天线的斧形单极子结构优选实施例的结构示意图；
图4是本发明可重构的斧形双模单极子天线的反射系数仿真结果示意图；
图5是本发明可重构的斧形双模单极子天线LP3参数的反射系数仿真结果示意图；
图6是本发明可重构的斧形双模单极子天线S1参数的反射系数仿真结果示意图；
图7是本发明可重构的斧形双模单极子天线集总电容参数的反射系数仿真结果示意图。
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所示，图1是本发明可重构的斧形双模单极子天线优选实施例的平面结构示意图。在本实施例中，可重构的斧形双模单极子天线1，包括介质板10、镂空金属片20、斧形单极子结构50和SMA（Sub-Miniature-A）头60。所述可重构的斧形双模单极子天线1为长方体结构（图1中仅示出了平面示意图），所述镂空金属片20及斧形单极子结构50均为铜质。所述介质板10为FR4的介质基板，所述介质板10厚度为0.8mm且介电常数优选为4.4。所述SMA头60为同轴连接器。所述镂空金属片20贴合于所述介质板10的上表面，所述斧形单极子结构50贴合于所述介质板10的下表面；所述镂空金属片20上刻蚀有阶梯型镂空缝隙21，所述阶梯型镂空缝隙21由第一矩形镂空211、第二矩形镂空212、第三矩形镂空213、第四矩形镂空214和第五矩形镂空215依次连接构成；所述斧形单极子结构50包括条形竖部51和斧形横部52，所述斧形单极子结构的条形竖部51包括连接的第一矩形金属片511和第二矩形金属片512，所述斧形单极子结构的条形竖部51与所述介质板10的下表面的宽边垂直；所述斧形单极子结构的斧形横部52包括对称设置于所述斧形单极子结构的条形竖部51两侧的等腰梯形金属片521，所述斧形单极子结构50关于所述介质板10的下表面的宽边中轴线对称；所述SMA头60设置于所述介质板10上，所述斧形单极子结构50与SMA头60的馈电端电连接，所述镂空金属片20与SMA头60的接地端电连接。所述可重构的斧形双模单极子天线1还包括一对设置于所述斧形单极子结构50的等腰梯形金属片521的尖端上部的金属焊盘70，所述金属焊盘70上设置有过孔71，所述金属焊盘70通过所述过孔71接地，所述金属焊盘70还通过集总电容80与所述斧形单极子结构50的等腰梯形金属片521的尖端连接。
作为本发明的优选实施例，斧所述形单极子结构的竖部51延伸至所述介质板10的下表面的顶部宽边，所述SMA头60设置于所述斧形单极子结构的竖部51与所述介质板10的下表面的顶部宽边相交位置的介质板10上，形成第一馈电端口。
本发明可重构的斧形双模单极子天线通过设置斧型单极子结构，由于其所述斧形单极子结构的斧形横部与射频地的耦合面积小，并且该所述斧形单极子结构的斧形横部与所述斧形单极子结构的条形竖部能够有效隔离，实现了两个谐振模式独立调谐；同时可重构的斧形双模单极子天线还设置一对金属焊盘于所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端上部，所述金属焊盘上设置有过孔，并通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端连接，实现了所述可重构的斧形双模单极子天线的高频谐振模式可以重构。
参照图2所示，图2是可重构的斧形双模单极子天线的镂空金属片优选实施例的结构示意图。在本实施例中，所述第一矩形镂空211、第二矩形镂空212、第三矩形镂空213、第四矩形镂空214和第五矩形镂空215的宽边与所述介质板10的上表面的宽边中轴线平行；所述第一矩形镂空211、第二矩形镂空212、第三矩形镂空213、第四矩形镂空214和第五矩形镂空214关于所述宽边中轴线对称。
所述介质板10和镂空金属片20的宽度W为74mm，所述介质板10和镂空金属片20的长度L为106mm；所述第一矩形镂空211的宽度W0为52mm，所述第一矩形镂空211的长度L0为44mm；所述第二矩形镂空212的宽度W1为32mm，所述第二矩形镂空212的长度L1为6mm；所述第三矩形镂空213的宽度W2为6.7mm，所述第三矩形镂空213的长度L2为10.5mm；所述第四矩形镂空214的宽度W3为2.6mm，所述第四矩形镂空214的长度L3为17.7mm；所述第五矩形镂空215的宽度W4为9.6mm，所述第五矩形镂空215的长度L4为1.5mm。所述阶梯型镂空缝隙21的下部宽边与所述介质板10的上表面的下部宽边的距离dx为6.3mm。
参照图3所示，图3是可重构的斧形双模单极子天线的斧形单极子结构优选实施例的结构示意图。所述斧形单极子结构50的第一矩形金属片511的宽度WP2为2.5mm，所述第一矩形金属片511的长度LP2为36mm；所述斧形单极子结构50的第二矩形金属片512的宽度WP3为1mm，所述第二矩形金属片512的长度为LP3为11mm；所述斧形单极子结构50的等腰梯形金属片521的上底S2长度为2.5mm，所述等腰梯形金属片的下底边长度S1为16mm，所述等腰梯形金属片的高度d3为6.75mm。所述斧形单极子结构50的每一个等腰梯形金属片521的中心点与所述斧形单极子结构50的第一矩形金属片511的下底边的垂直距离为9.8mm。
参考图4所示，图4是本发明可重构的斧形双模单极子天线的反射系数仿真结果示意图。从图4可以看出，所述可重构的斧形双模单极子天线1的反射系数在-10dB以下，工作频率可以覆盖1.15GHz到2.99GHz，实现了fp1、fp2两个谐振模式。参考图5所示，图5是本发明可重构的斧形双模单极子天线LP3参数的反射系数仿真结果示意图。从图5中可以看出，通过调节斧形单极子结构50的第二矩形金属片512的长度LP3，可以实现对fp1的独立调谐。参考图6所示，图6是本发明可重构的斧形双模单极子天线S1参数的反射系数仿真结果示意图。从图6中可以看出，通过调节所述斧形单极子结构50的等腰梯形金属片521的下底长度S1，可以实现对fp2的独立调谐。
参考图7所示，图7是本发明可重构的斧形双模单极子天线集总电容参数的反射系数仿真结果示意图。从图7中可以看出，通过调节所述集总电容80的大小，可以实现对fp2的频率可重构，随着集总电容80的增大，谐振频率fp2不断降低。
本发明可重构的斧形双模单极子天线通过设置斧型单极子结构，由于其所述斧形单极子结构的斧形横部与射频地的耦合面积小，并且该所述斧形单极子结构的斧形横部与所述斧形单极子结构的条形竖部能够有效隔离，实现了两个谐振模式独立调谐；同时可重构的斧形双模单极子天线还设置一对金属焊盘于所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端上部，所述金属焊盘上设置有过孔，并通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端连接，实现了所述可重构的斧形双模单极子天线的高频谐振模式可以重构。
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 (7)

1.一种可重构的斧形双模单极子天线，包括介质板、镂空金属片、斧形单极子结构和SMA头，其特征在于：
所述镂空金属片贴合于所述介质板的上表面，所述斧形单极子结构贴合于所述介质板的下表面；
所述镂空金属片上刻蚀有阶梯型镂空缝隙，所述阶梯型镂空缝隙由第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空依次连接构成；
所述斧形单极子结构包括条形竖部和斧形横部，所述斧形单极子结构的条形竖部包括连接的第一矩形金属片和第二矩形金属片，所述斧形单极子结构的条形竖部与所述介质板的下表面的宽边垂直；所述斧形单极子结构的斧形横部包括对称设置于所述斧形单极子结构的条形竖部两侧的等腰梯形金属片，且两侧的等腰梯形金属片分别与中间的条形竖部连接，所述斧形单极子结构关于所述介质板的下表面的宽边中轴线对称；
所述SMA头设置于所述介质板上，所述斧形单极子结构与SMA头的馈电端电连接，所述镂空金属片与SMA头的接地端电连接；
所述可重构的斧形双模单极子天线还包括一对设置于所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端上部的金属焊盘，所述金属焊盘上设置有过孔，所述金属焊盘通过所述过孔接地，所述金属焊盘还通过集总电容与所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的尖端连接。
2.如权利要求1所述的可重构的斧形双模单极子天线，其特征在于，所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空的宽边与所述介质板的上表面的宽边中轴线平行；所述第一矩形镂空、第二矩形镂空、第三矩形镂空、第四矩形镂空和第五矩形镂空关于所述宽边中轴线对称。
3.如权利要求1所述的可重构的斧形双模单极子天线，其特征在于，所述介质板为FR4的介质基板，所述介质板的厚度为0.8mm且介电常数为4.4。
4.如权利要求1-3任一项所述的可重构的斧形双模单极子天线，其特征在于，所述介质板和镂空金属片的宽度为74mm，所述介质板和镂空金属片的长度为106mm；所述第一矩形镂空的宽度为52mm，所述第一矩形镂空的长度为44mm；所述第二矩形镂空的宽度为32mm，所述第二矩形镂空的长度为6mm；所述第三矩形镂空的宽度为6.7mm，所述第三矩形镂空的长度为10.5mm；所述第四矩形镂空的宽度为2.6mm，所述第四矩形镂空的长度为17.7mm；所述第五矩形镂空的宽度为9.6mm，所述第五矩形镂空的长度为1.5mm。
5.如权利要求4所述的可重构的斧形双模单极子天线，其特征在于，所述阶梯型镂空缝隙的下部宽边与所述介质板的上表面的下部宽边的距离为6.3mm。
6.如权利要求5所述的可重构的斧形双模单极子天线，其特征在于，所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的宽度为2.5mm，所述第一矩形金属片的长度为36mm；所述斧形单极子结构的第二矩形金属片的宽度为1mm，所述第二矩形金属片的长度为11mm；所述斧形单极子结构的等腰梯形金属片的上底边长度为2.5mm，所述等腰梯形金属片的下底边长度为16mm，所述等腰梯形金属片的高度为6.75mm。
7.如权利要求6所述的可重构的斧形双模单极子天线，其特征在于，所述斧形单极子结构的每一个等腰梯形金属片的中心点与所述斧形单极子结构的第一矩形金属片的下底边的垂直距离为9.8mm。
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