CN107681257B - 一种微型化三谐振天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型化多谐振天线，包括介质基板、设置在介质基板上的环形辐射单元和非对称共面线馈电传输线、嵌入在环形辐射单元内的分型结构辐射单元和单极子辐射单元、设置在介质基板上的半边接地面，双U形辐射单元和单极子辐射单元均与环形辐射单元连接，非对称共面线馈电传输线与SMA的内导体相连接，SMA的外导体与接地面连接。本发明是一种微型化多谐振天线，采用非对称共面线馈电结构，辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，取得微型化设计的效果，且各个辐射单元可以独立设计，便于实现多频带设计。

Description

一种微型化三谐振天线
技术领域
本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种微型化多谐振天线。
背景技术
近年来，无线通信技术的飞速发展，已经深深植根于用户心中，给我们的日常生活带来了很大的便利，转瞬间整个地球变成了地球村，使人们对无线通信技术的依赖越来越强烈。从传输文字，传输语音再到现在的高清晰图像传输，无线通信的发展日新月异，对传输速率和传输带宽的要求也越来越高。特别是最近几年WiFi技术的飞速发展，似乎使人们已经不能离开WiFi的高速传输。为了满足用户的需求，WiFi通常工作在两个频段，根据传统的天线设计，需要两个天线分别满足两个频段的需求。此外，近年来的WiMAX通信技术可以获得更高的传输速率，因此采用三频带传输是目前小型化移动通信设备的需求。如果将多个天线分别集成在小型化终端的内部，不仅增加了系统的设计复杂度，而且不利于天线的放置和电磁兼容性设计。微型化多频带天线不仅可以提供多个频带，而且可以节省空间，实现小型化设计，受到市场的青睐。然而，多频带天线的小型化设计面临着多方面的挑战，如馈电技术，阵子摆放等。随着多频通信技术的发展，国内外学者和工程师们设计了各种各样多频带天线，主要采用微带馈电，孔径耦合馈电，共面波导馈电和同轴馈电等方式。这些宽带天线大都采用多层结构，槽式结构或者多个单极子共同实现的方式，但是这些结构增加了天线的尺寸，同时结构相对比较复杂，不易在实际工程中进行调试。所以在目前使用的移动通信设备中，往往需要多个谐振频带，工作在不同的模式下，以满足不同通信协议的需求，同时需要设备的制造成本较低，且天线的设计便于移动或者手持设备实现集成，有利于系统的电磁兼容性设计。因此，通过改进馈电结构、采用紧凑型的谐振结构，不仅可以拓宽天线的阻抗带宽，而且可以产生多个频带，设计高性能的多频带天线。
Y.Li等人在2016年提出了一种弯折线结构的多频带天线，该天线在接地板上采用弯折线结构进行引流，实现一个频率。同时，该天线采用弯折形的单极子结构作为辐射单元，且采用微带馈电的结构，根据需求天线可以实现三频带和双频带的设计。然而，这个天线的频带之间相互制约，很难实现独立设计，在实际的工程中不容易调节，且天线的尺寸较大。除此之外，Andrea Michel等人在2016年设计了一种新型的宽带微带天线，将多个单极子天线印刷在同一个紧凑的介质基板，使用微带线馈电，但是其尺寸大，且不能根据需求灵活设计。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种微型化多谐振天线，本发明采用非对称共面线馈电结构，辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，便于实现多频带，低剖面和微型化设计。
本发明的目的是这样实现的：包括介质基板、设置在介质基板上的环形辐射单元和非对称共面线馈电传输线、嵌入在环形辐射单元内的分型结构辐射单元和单极子辐射单元、设置在介质基板上的半边接地面，双U形辐射单元和单极子辐射单元均与环形辐射单元连接，非对称共面线馈电传输线与SMA的内导体相连接，SMA的外导体与接地面连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述分型结构辐射单元是双U形辐射单元。
2.单极子辐射单元由相互连接的弯折形辐射单元和垂直辐射单元组成。
3.单极子辐射单元是F形辐射单元或T形辐射单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用非对称共面线馈电结构，采用辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，可以实现天线的微型化设计，并且可以根据实际的需求，灵活方便的进行多频带的设计。本发明采用将双U形辐射单元以及单极子辐射单元嵌入在环形辐射单元的内部，通过增加辐射单元之间的耦合和扰动，实现多谐振的独立设计，同时可以根据实际工程需求，通过增加谐振单元实现多频带天线的微型化设计，该天线剖面低，尺寸小，且成本低。本发明通过调整各个辐射单元的尺寸，单极子辐射单元与双U形辐射单元之间的耦合以及环形辐射单元与接地面之间的耦合缝隙，该天线可以达到很好的匹配，可以满足多频带的设计需求；本发明所涉及的一种微型化多谐振天线具有剖面低，尺寸小，便于灵活设计等特点，可以安装在室内基站，移动手持终端中，实现全向辐射。
附图说明
图1是本发明的俯视方向结构示意图；
图2是本发明的侧视方向的结构示意图；
图3是本发明的双U型辐射单元的结构示意图；
图4是本发明的单极子辐射单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图4，本发明的天线主要包括介质基板106，非对称共面线馈电传输线102，接地面101，环形辐射单元103，双U形辐射单元104以及单极子辐射单元。双U形辐射单元104以及单极子辐射单元均与环形辐射单元连接，间接通过环形辐射单元进行馈电，且单极子辐射单元由垂直辐射单元1051和弯折形辐射单元1052组成(只是本发明的一种实施例)。通过调整各个辐射单元的尺寸，单极子辐射单元与双U形辐射单元之间的耦合以及环形辐射单元与接地面之间的耦合缝隙，该天线可以达到很好的匹配，可以满足多频带的设计需求。本发明的天线采用非对称共面线馈电结构，接地面只有半边，因此可以大大减小天线的尺寸。
所设计天线的非对称共面线馈电传输线102与SMA的内导体相连接，SMA的外导体与接地面101连接。按照图1所示的结构印刷在介质基板上，通过调整双U形辐射单元，单极子辐射单元以及环形辐射单元的结构尺寸，可以有效控制频带的谐振频率，且每个谐振频率还可以通过调整双U形辐射单元与和弯折形辐射单元1052之间的耦合实现。
本发明的天线的带宽和谐振频率由每个辐射单元的长度和宽度，单极子辐射单元与双U 形辐射单元之间的耦合缝隙以及环形辐射单元与接地面之间的耦合缝隙共同决定。该天线采用非对称共面馈电结构，辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，便于实现低剖面和微型化设计。
本发明的双U形辐射单元104以及单极子辐射单元嵌入在环形辐射单元的内部，且单极子辐射单元可以采用弯折线结构，F形结构，T形结构等，便于以减小天线的尺寸，易于和实际的小型化终端进行集成设计。
本发明的天线可以在环形辐射单元的内部设计不同的辐射单元实现，如：可以将双U形辐射单元设计成为分型结构，分型结构使所设计的天线的尺寸更小，且环形辐射单元可以采用开口谐振环的形式设计；可将单极子辐射单元设计成为弯折线结构，从而实现三频带天线设计或者多频带天线。单极子辐射单元和双U形辐射单元可以根据天线所需的谐振频率进行独立设计，通过设计1/4波长的结构实现辐射，设计出满足所需谐振频率和工作带宽的多频带天线。
本发明的圆环形辐射单元的外面组合设计多个嵌套环设计，通过不同的环进行设计，从而实现更多谐振频率的设计。
综上，本发明采用非对称共面线馈电结构，辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，便于实现低剖面和微型化设计。将双U形辐射单元104以及单极子辐射单元嵌入在环形辐射单元的内部，减小天线的尺寸，节省空间，便于小型化设计。该天线仅有环形辐射单元与非对称共面线馈电传输线102连接，便于实现阻抗匹配。环形辐射单元与接地面之间的耦合缝隙可以调整天线的阻抗带宽和天线的匹配。各个辐射单元可以独立设计，根据所需要的频段进行独立设计，增强天线设计的独立性，满足多频带谐振的独立性设计需求。该馈电结构还可以采用电阻，电感或者电容等分立元件集成在非对称共面线馈电结构的非对称共面线与接地面之间，进一步缩小天线的尺寸。本发明是一种微型化多谐振天线，采用非对称共面线馈电结构，辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，对圆环结构多枝节进行馈电，从而实现多频带天线设计，取得微型化设计的效果，且各个辐射单元可以独立设计，便于实现多频带设计。

Claims (2)

1.一种微型化三谐振天线，其特征在于：包括介质基板、设置在介质基板上的环形辐射单元和非对称共面线馈电传输线、嵌入在环形辐射单元内的分型结构辐射单元和单极子辐射单元、设置在介质基板上的半边接地面，所述分型结构辐射单元是双U形辐射单元，双U形辐射单元和单极子辐射单元均直接与环形辐射单元连接，单极子辐射单元与双U形辐射单元之间的存在耦合关系，非对称共面线馈电传输线与SMA的内导体相连接，SMA的外导体与接地面连接；采用非对称共面线馈电结构，多辐射单元融合设计，对圆环结构多枝节进行馈电，实现三频带天线设计、微型化设计；单极子辐射单元由相互连接的弯折形辐射单元和垂直辐射单元组成。
2.根据权利要求1所述的一种微型化三谐振天线，其特征在于：单极子辐射单元是F形辐射单元或T形辐射单元。
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