CN107994332A - 一种三频微带缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三频微带缝隙天线，包括前后设置的介质板和接地板，所述介质板设有微带线，所述接地板对应所述介质板设有所述微带线处开设有缝隙，所述缝隙包括非闭合环形槽、辐射槽和调整槽。本发明无需添加额外插件，采用耦合馈电方式，能够实现性能优良的三频工作，具有易集成，易加工，尺寸小，占用空间少，辐射性能好，生产成本低的优点。

Description

一种三频微带缝隙天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种三频微带缝隙天线。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，天线的应用越来越广泛，对天线的性能要求也越来越高，随着无线通信产品小型化的发展，天线作为无线通信发射和接收射频信号不可或缺的部件，除了要求性能上能够支持更多频段工作外，在尺寸、重量以及体积上的要求也越来越严格。
目前基于802.11n标准的WIFI有2.4GHz和5.8GHz两个工作频段，大部分国家使用较多的是2.4GHz频段，基于802.16的WiMAX则能够在比WIFI更广阔的地域范围内提供更高速的宽带接入，它的工作的频段采用的是无需授权频段，范围在2GHz至66GHz之间。
为实现天线的多频段工作，通常会采用增加插件结构或增加天线数量的方式实现，但是空间占用大，生产组装不便，成本高，不符合无线通信产品小型化的发展，近年来，微带天线和缝隙天线则由于易加工，制作成本低，占用空间小，质量轻等特点得到越来越多的使用和研究，但要实现双频甚至三频工作则较为困难。
如公开号为CN107196061A的发明专利公开了“一种基于加载谐振器的三频微带缝隙天线”，包括介质基板及制作于该介质基板上的输入端口、第一加载谐振器、第二加载谐振器及开有缝隙的地板，其中，所述第一加载谐振器和第二加载谐振器分别加载在地板的缝隙上来获得三频辐射特性，所述输入端口的馈线直接加载在缝隙上来激励缝隙。该天线具有较好的辐射特性，满足多频工作的要求，具有设计灵活、低剖面、成本低等优点，但占用空间相对较大。
又如公开号为CN105098343A的发明专利公开了“一种双频缝隙天线结构”，包括一基板，所述基板包括一上导电层，一介电层和一下导电层，所述上导电层包括一开孔，所述开孔内设置一馈电微带线；所述下导电层上形成有第一C形缝隙和第二C形缝隙。该天线结构可直接在主板上利用金属蚀刻实现，无需其他任何器件，无需预留天线净空区；利用双C形缝隙，实现了WIFI双频工作，占用空间小，但是仅能够实现双频工作，数据传输效率相对较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种采用耦合馈电方式，能够实现三频工作，易集成，易加工，尺寸小，占用空间少的三频微带缝隙天线。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种三频微带缝隙天线，包括前后设置的介质板和接地板，所述介质板设有微带线，所述接地板对应所述介质板设有所述微带线处开设有缝隙，所述缝隙包括非闭合环形槽、辐射槽和调整槽。
进一步地，所述辐射槽设于所述非闭合环形槽外侧且两者相互接触。
进一步地，所述调整槽设于所述非闭合环形槽内。
进一步地，所述调整槽设于所述非闭合环形槽内并靠近所述辐射槽与所述非闭合环形槽接触的一侧。
进一步地，所述辐射槽面积大于所述调整槽面积。
进一步地，所述微带线垂直于所述介质板边缘设置。
进一步地，所述调整槽靠近所述非闭合环形槽的一侧与所述微带线末端在接地板上的正投影重合。
进一步地，所述辐射槽为矩形，所述辐射槽一侧三分之一长度处与所述非闭合环形槽外侧相切。
进一步地，所述非闭合环形槽的开口设于所述辐射槽与所述非闭合环形槽的相切点以所述非闭合环形槽中心点为圆心逆时针旋转90度处。
进一步地，所述调整槽为U形，所述调整槽的开口方向与所述非闭合环形槽的开口方向一致。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：无需设置添加其他接插器件，直接设置微带线将射频信号耦合到非闭合环形槽、辐射槽和调整槽组成的缝隙上，就能够产生较好的三频工作特性，合理分布非闭合环形槽、辐射槽和调整槽的距离位置关系，可以调整出三频性能较优的天线；
本发明可通过固定非闭合环形槽和辐射槽，仅改变调整槽尺寸大小就以对各个频段的驻波特性进行微调整，调节方式简单易实现，可缩短射频调试时间，加快研发进度，而且根据实际应用环境调节后的天线更加符合实际需求，性能更优，数据传输效率更大；
设置调整槽靠近所述非闭合环形槽的一侧与所述微带线末端在接地板上的正投影重合，可使耦合效果更优，辐射出具有更好阻抗匹配性能的，带宽更宽的，覆盖范围更广的工作频段；
另外，本发明整体上具有占用空间小，易集成，易加工，可复制性高，可以被广泛应用于各种小型器件的PCB板上，实用性好的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：
图1为本发明实施例1提供的三频微带缝隙天线的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的三频微带缝隙天线的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的三频微带缝隙天线的结构主视图；
图4为本发明实施例4提供的三频微带缝隙天线在PCB板上应用的结构主视图；
图5为本发明实施例4提供的三频微带缝隙天线的S参数仿真图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
在局域网终端产品及智能家居产品中，为了满足产品小型化的需求，对天线尺寸要求越来越严格，通过一个天线实现多个频段工作，可以大大减少天线数量和天线占用尺寸空间。目前PCB微带天线技术如微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形、易集成、易加工、低成本、馈电网络可与天线结构一起制成等优点，引起天线工作者的广泛关注；
现有的微带缝隙天线按照形状分类，有矩形微带缝隙天线、环形微带缝隙天线、锥形微带缝隙天线、三角形微带缝隙天线等，按照工作原理分类，则有谐振型(驻波型)和非谐振性(行波型)，不管是上面的哪一种微带缝隙天线类型，就现有的结构变化来说，实现双频甚至三频工作都会存在一定地困难。
本发明采用微带缝隙天线形式，利用S参数仿真，通过合理设计的开缝来实现三频工作，具有尺寸较小，调试方便的特点。该天线可工作于WiFi的2.4～2.5GHz和5.15～5.85GHz频段，以及WiMAX的3.4～3.8GHz频段。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种三频微带缝隙天线，包括前后设置的介质板1和接地板2，其中接地板2具有完整的接地设置，所述介质板1设有微带线11，所述接地板2对应所述介质板1设有所述微带线11处开设有缝隙21；详细地，介质板1和接地板2的外形大小相同，位置前后设置，介质板1性质上可以等同于做了净空处理的PCB板的TOP层，接地板2性质上可以等同于PCB板的BOTTOM层，因此，本实施例中设置在介质板1上的微带线11、设置接地板2上的缝隙21均可通过生产工艺，设置在PCB板上，以节省天线设置时占用的空间；
微带线11是由设置在介质板1表层的单一导体带构成的微波传输线，其形状可设置为多种，微带线11一端靠近介质板1的一边(例如右边)，另一端向介质板1的中心竖直延伸，缝隙21设置在接地板2上，且缝隙21对应微带线11设置，故而缝隙21靠近接地板2的右边设置，以便与微带线11传输的射频信号更好的耦合，减少信号传输距离过长导致的信号干扰；
所述缝隙21包括非闭合环形槽211、辐射槽212和调整槽213，本实施例中非闭合环形槽211与辐射槽212相互接触，调整槽213与非闭合环形槽211和辐射槽212均不接触，需要说明的是，对于缝隙21的具体尺寸长短以及开槽宽度不做进一步限定，具体视实际情况(即接地板2的板材厚度，材质等)而定，可以通过仿真调试得到较优的尺寸组合，以实现较好的阻抗匹配性能。
本实施例中，靠近介质板1下底边的微带线11一端与射频端口连接，射频信号从射频端口传输到微带线11并沿着微带线11向介质板1的中心传输，传输过程中射频信号与接地板2的缝隙21耦合，促使非闭合环形槽211与辐射槽212共同产生多个频段的辐射，增加了天线的带宽，从而使该天线实现较好的三频工作特性。
本实施例提供的三频微带缝隙天线，体积小，重量轻，低剖面，采用平面化结构处理，无需增加插件，尺寸体积占用少，易集成，易加工，可复制性强。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例依据多次仿真结果显示，总结出非闭合环形槽211、辐射槽212和调整槽213三者的详细位置关系，能够产生更优的辐射特性，如图2所示，所述辐射槽212设于所述非闭合环形槽211外侧且两者相互接触，具体地，从接地板2的下底边向上依次设置辐射槽212和非闭合环形槽211，辐射槽212的长边与接地板2的下底边平行设置，在上述辐射槽212和非闭合环形槽211的位置分布下，信号传输具有较高的阻抗带宽，辐射特性与频率覆盖范围有一个较好的平衡。
所述调整槽213设于所述非闭合环形槽211内，所述调整槽213的一边与所述辐射槽212的长边平行，调整调整槽213的尺寸大小，能够对非闭合环形槽211与辐射槽212共同产生的多个频段的辐射进行驻波特性微调整，缩短了研发调试的时间，还可以产生更理想的辐射，提高信号最大传输率，保障天线提供稳定的通信质量。
所述调整槽213设于所述非闭合环形槽211内并靠近所述辐射槽212与所述非闭合环形槽211接触的一侧。
所述辐射槽212面积大于所述调整槽213面积。可减少调整槽213对非闭合环形槽211与辐射槽212共同产生的多个频段的辐射造成的谐振干扰，保障，保障各频段都具有优良的驻波比。
所述微带线11垂直于所述介质板1边缘设置，所述介质板1为规则的四边形，微带线11垂直于所述介质板1四条边的任意一边。
所述调整槽213靠近所述非闭合环形槽211的一侧与所述微带线11末端在接地板2上的正投影重合以形成良好的馈电，可使耦合效果更优，辐射出具有更好阻抗匹配性能的，带宽更宽的，覆盖范围更广的工作频段。
所述辐射槽212为矩形，所述调整槽213可采用正多边形规则形状(如三角形，方形以及菱形等，所述辐射槽212一侧三分之一长度处与所述非闭合环形槽211外侧相切，例如，非闭合环形槽211的正下方与辐射槽212的上底边左侧三分之一边长处接触；调整槽213下底边的中心处与所述辐射槽212和所述非闭合环形槽211相切形成的相切点的连线垂直于所述接地板2的一边。
所述非闭合环形槽211的开口设于所述辐射槽212与所述非闭合环形槽211的相切点以所述非闭合环形槽211中心点为圆心逆时针旋转90度处，以保证馈点与开口的距离处于性能平衡位置，使得辐射特性最大化，保证信号的稳定低损耗传输，以适用大容量数据的低失真传输。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于，所述调整槽213为U形槽，所述调整槽213的开口方向与所述非闭合环形槽211的开口方向一致，以保障较优的馈电耦合，减少电磁辐射干扰信号。调整槽213与非闭合环形槽211宽度可相同或不同，且调整槽213的不同边的宽度也可相同或不同，通常调整槽213每条边的宽度及调整槽213与非闭合环形槽211之间的间距可根据阻抗匹配、工作频段以及无线通信标准等进行调整，即通过调整槽213的长度和/或宽度，来改变天线的工作频率。
另外采用U形调整槽213与非闭合环形槽211配合，使得微带线11馈电形成电磁辐射的磁流全部集中在非闭合环形槽211内，不会影响到其外面的区域，从而防止了天线以外区域的器件对天线产生影响。
实施例4
本实施例提供的一种三频微带缝隙天线在100mm×100mm×0.8mm的FR4材质的PCB板上实施成形，以PCB板TOP层和BOTTOM层分别作为介质板1和接地板2，如图4所示，PCB板TOP层的右上角设置有长为37mm，宽为40mm的净空区(挖去此区域的“地”，此区域尺寸大于BOTTOM层设置缝隙21的缝隙区尺寸)，在净空区靠近下底边设置有微带线11，微带线11从净空区的下底边向净空区中心延伸，微带线11可设置的长度范围为9～12mm，本实施例取10.5mm，宽度则根据PCB板材厚度及材质调整，保证其特性阻抗为50欧姆即可，本实施例取1.8mm。射频端口与微带线11靠近净空区下底边的一端连接，以便将射频信号传输到微带线11上。
BOTTOM层右上角开设有缝隙21，包括一个非闭合环形槽211、一个辐射槽212和一个调整槽213，辐射槽212和调整槽213均为矩形；非闭合环形槽211半径范围为12～16mm，本实施例取14mm，宽度可取0.5～4mm，本实施例取2mm；调整槽213长为8mm，宽为9mm，辐射槽212长为24mm，宽为6mm，其中，辐射槽212和调整槽213的长宽可在±2mm范围内调整。
非闭合环形槽211的正下方与辐射槽212的上底边左侧1/3处接触；非闭合环形槽211的右半环中心处，即非闭合环形槽211与辐射槽212接触处沿非闭合环形槽211圆点逆时针旋转90度处设有非闭合环形槽211的开口，开口的宽度范围控制在0.5～4mm，本实施例取1mm。
TOP层的微带线11对应在BOTTOM层上的正投影，在非闭合环形槽211竖向中心轴向偏左1～2mm的位置，对应与辐射槽212看则微带线11在辐射槽212左边1/4处；对应于调整槽213看，则微带线11末端与调整槽213下底边重合。
本实施例的天线工作时，射频信号通过TOP层的微带线11耦合到BOTTOM层的缝隙21上，非闭合环形槽211与辐射槽212共同产生多个频段的辐射且辐射特性较好，通过调整调整槽213的长和宽，还可以对各频段驻波特性做微调，优化天线的性能。
对本实施例参数设置的天线进行性能仿真处理，如图5所示，图中曲线为该三频微带缝隙天线的射频S参数结果，从S11可见，该天线工作频段(S11<-10dB，常规天线性能指标)较宽，覆盖了WiFi使用的2.4～2.5GHz和5.15～5.85GHz频段，以及WiMAX使用的3.4～3.8GHz，实现了较好的三频工作特性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种三频微带缝隙天线，包括前后设置的介质板(1)和接地板(2)，其特征在于，所述介质板(1)设有微带线(11)，所述接地板(2)对应所述介质板(1)设有所述微带线(11)处开设有缝隙(21)，所述缝隙(21)包括非闭合环形槽(211)、辐射槽(212)和调整槽(213)。
2.根据权利要求1所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述辐射槽(212)设于所述非闭合环形槽(211)外侧且两者相互接触。
3.根据权利要求1所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述调整槽(213)设于所述非闭合环形槽(211)内。
4.根据权利要求2所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述调整槽(213)设于所述非闭合环形槽(211)内并靠近所述辐射槽(212)与所述非闭合环形槽(211)接触的一侧。
5.根据权利要求1或3所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述辐射槽(212)面积大于所述调整槽(213)面积。
6.根据权利要求1所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述微带线(11)垂直于所述介质板(1)边缘设置。
7.根据权利要求1或4所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述调整槽(213)靠近所述非闭合环形槽(211)的一侧与所述微带线(11)末端在接地板(2)上的正投影重合。
8.根据权利要求1所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述辐射槽(212)为矩形，所述辐射槽(212)一侧三分之一长度处与所述非闭合环形槽(211)外侧相切。
9.根据权利要求8所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述非闭合环形槽(211)的开口设于所述辐射槽(212)与所述非闭合环形槽(211)的相切点以所述非闭合环形槽(211)中心点为圆心逆时针旋转90度处。
10.根据权利要求1所述的一种三频微带缝隙天线，其特征在于，所述调整槽(213)为U形，所述调整槽(213)的开口方向与所述非闭合环形槽(211)的开口方向一致。
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