CN108321518A - 一种基于耦合加载的多频带天线 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于耦合加载的多频带天线，采用耦合弧形耦合非对称共面馈电结构和末端加载耦合辐射单元的方法，实现宽带和多频带设计；本发明主要包括介质基板106、弧形耦合非对称共面馈电结构、弧形不规则接地面102、非对称共面波导馈电传输线101、第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元和第三末端加载耦合辐射单元；通过调整弧形不规则接地面102与第一弧形辐射单元103之间的耦合，第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元和第三末端加载耦合辐射单元的尺寸以及相互耦合，可以满足多频带、单频带室内基站的无线通信需求；本发明便于集成，设计简单，安装方便，调试容易，可以广泛的应用于移动设备的终端或者手持设备中。

Description

一种基于耦合加载的多频带天线

技术领域

本发明属于天线结构领域，具体涉及一种基于耦合加载的多频带天线。

背景技术

无线通信技术已经进入我们生活的方方面面，天线作为通信系统的主要组成部分，其性能的优劣将直接影响无线通信系统的功能，性能和通信质量。最具代表性的就是无线移动通信技术，特别是目前研究的热点，即5G移动通信技术。作为移动通信技术，不仅仅需要为日益发展的无线通信技术提供更好的支撑，同时还要求能够向下兼容已经存在的移动通信系统，满足2G、3G、4G和WiFi等系统的通信需求。因此，需要设计一副多频带天线不仅可以增加5G通信的频段，同时可以覆盖足2G、3G、4G和WiFi的现有通信。从某种程度上讲，5G多频带天线的设计将是一个真正意义上的融合网络技术在天线的设计。随着5G移动通信技术的深入研究，学者和工程人员设计了各种应用于5G技术的或者应用于其他通信系统的多频天线。虽然现在也有一些天线可以覆盖多个频段，但是这些天线要么结构复杂或者是频带不容易调整，或者是频带不够宽，最重要的是天线的布局结构僵化，相对尺寸较大，不能够实现天线的小型化。现阶段，微带天线技术已经很完善，可以采用微带馈电，共面波导馈电，孔径耦合馈电，同轴馈电，集成共面波导等方式。同时，这些宽带天线大多数采用多层结构，槽式结构，多个单极子组合或者寄生单元的方式来实现。但是这些结构却有着诸多缺点，采用多层结构增加了天线的剖面高度，采用孔径耦合馈电的多频天线，结构较为复杂，增加了天线的成本，同时也增加了天线的调试复杂度，采取槽式结构虽然可以实现天线的小型化，但是调试的时候却不能独立地对每个频带进行调试，多频带之间互相影响，同轴馈电也会增加天线的剖面高度，不容易集成于手持终端，也增加了通信系统设计的复杂度。目前使用的移动通信设备中，往往需要多个谐振频带，需要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，且天线可以实现集成到移动小型化设备中。因此，通过改进馈电结构，采用紧凑型的谐振结构，不仅需要展宽多频天线的工作带宽，而且需要实现天线的小型化。

现阶段已有的双频带天线有Y.Li提出的非对称共面馈电的可以覆盖2.4GHz和5.5GHz的天线，但是天线所加载的电抗却降低了天线的效率和天线的增益。K.A.Ansal提出的非对称共面线馈电的单极子天线，采取在辐射单元上刻槽的方式，实现双频操作，但是两个频带之间相互影响。其他的基于寄生单元，或者多层耦合的双频或者多频天线，增加了天线的剖面尺寸或者高度，不符合现代天线的小型化设计理念。

发明内容

针对目前现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种实现天线的多频带和宽带化设计的基于耦合加载的多频带天线。

本发明的目的是这样实现的：

本发明为一种基于耦合加载的多频带天线，包括非对称共面波导馈电传输线101、弧形不规则接地面102、第一弧形辐射单元103、弧形辐射阵子1041、第三垂直阵子1042、耦合单元105、介质基板106、延长线1011、弧形阵子1051、第一垂直阵子1052、第二垂直阵子1053、水平阵子连接带线1054、信号输入连接器，其特征在于：所述的弧形不规则接地面102在介质基板106上，弧形不规则接地面102和非对称共面波导馈电传输线101构成弧形耦合非对称共面馈电结构，弧形辐射阵子1041和第三垂直阵子1042构成第二弧形辐射单元，弧形阵子1051、第一垂直阵子1052、第二垂直阵子1053、水平阵子连接带线1054构成第三末端加载耦合辐射单元；信号输入连接器的内导体与非对称共面波导馈电传输线101连接，信号输入连接器的外导体与弧形不规则接地面102连接。

所述的第一弧形辐射单元103、弧形辐射阵子1041和第三垂直阵子1042与非对称共面波导馈电传输线101形成串行馈电结构；非对称共面波导馈电传输线101的延长线1011插入第一垂直阵子1052、第二垂直阵子1053之间。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明采用弧形耦合非对称共面馈电结构，上表面采用弧形结构构成弧形不规则接地面102，弧形不规则接地面102、第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元采用一致的共形设计，剖面低，设计简单，便于天线的小型化设计，安装调试。

本发明通过调整弧形不规则接地面102与第一弧形辐射单元103之间的耦合、第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元的尺寸以及第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元、第三末端加载耦合辐射单元之间的耦合，可以满足多频带、单频带室内基站的无线通信需求，为未来5G的多频带设计提供技术方案。

本发明采用弧形不规则接地面102作为一个辐射单元，利用弧形不规则接地面102与第一弧形辐射单元103之间的耦合调整天线的中心谐振频率，采用第一弧形辐射单元103和第二弧形辐射单元之间的耦合来实现天线的多频谐振，通过合理布局天线的辐射单元，实现天线的小型化设计。

本发明采用弧形耦合非对称共面馈电结构和弧形不规则接地面102，弧形不规则接地面102作为第一弧形辐射单元103的一侧耦合机制，提供一个谐振频率，调整天线的谐振频率和谐振带宽。第一弧形辐射单元103与第二弧形辐射单元采用串行馈电的方式，且第一弧形辐射单元与第二弧形辐射单元之间的耦合可以调整两个辐射单元所对新的谐振频率和相对应的谐振带宽，改变两个谐振频率的谐振比。第三末端加载耦合辐射单元和非对称共面波导馈电传输线101的延长线1011形成交指结构的耦合馈电结构，通过延伸进行馈电。第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元和第三末端加载弧形辐射单元所对应的谐振频率不会相互影响，可以进行单独设计和调试。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的弧形不规则接地面102；

图4是本发明的第一弧形辐射单元103和第二弧形辐射单元；

图5是本发明的第三末端加载耦合辐射单元。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做更详细地描述：

结合图1至图5，本发明为一种基于耦合加载的多频带天线，包括弧形耦合非对称共面馈电结构、弧形不规则接地面102、第一弧形辐射单元103和第二弧形辐射单元，采用串行馈电和交指耦合馈电相结合的技术，实现多频天线的小型化。

本发明主要包括介质基板106、弧形耦合非对称共面馈电结构、第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元和第三末端加载弧形辐射单元。弧形耦合非对称共面馈电结构由弧形不规则接地面102和非对称共面波导馈电传输线101组成，弧形不规则接地面102采用弧形结构，便于和第一弧形辐射单元103构成强耦合，实现很好的阻抗匹配，提供一个谐振频率，并且拓宽对应的频带宽度。通过调整第一弧形辐射单元103和第二弧形辐射单元的尺寸，可以确定所对应的谐振频率。第二弧形辐射单元由弧形辐射阵子1041和第三垂直阵子1042组成，便于调整相对应的谐振频率。该天线的第一弧形辐射单元103和第二弧形辐射单元采用串行馈电的方式进行馈电。第三末端弧形辐射单元包括第一垂直阵子1052、第二垂直阵子1053、弧形阵子1051和水平阵子连接带线1054。第三末端弧形辐射单元利用非对称共面波导馈电传输线101的延长线1011插入第一垂直阵子1052、第二垂直阵子1053之间对第三末端弧形辐射单元进行交指耦合馈电。本发明的谐振频率和阻抗带宽由弧形不规则接地面102、第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元，第三末端加载耦合辐射单元以及之间的耦合共同决定，通过调整第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元，第三末端加载耦合辐射单元的结构尺寸，满足各种带宽和谐振频率的多频通信需求。非对称共面波导馈电传输线101和连接器的内导体相连接，连接器的外导体与弧形不规则接地面102连接。图1所示的结构印刷在介质基板106上，通过调整第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元，第三末端加载耦合辐射单元的尺寸和之间的耦合，第一弧形辐射单元103和弧形不规则接地面102之间的耦合，有效控制本发明各个谐振频率和谐振带宽；通过调节第一弧形辐射单元103和第二弧形辐射单元，弧形不规则接地面102和耦合单元105的尺寸，有效调整本发明每个频带相对应的谐振频率。所以，本发明可以作为宽带天线，同时也可通过将不同的谐振频率进行重合，形成三频带天线或者是双频天线，甚至是单频天线。

本发明的第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元、第三末端加载耦合辐射单元可以采用L型结构或者梳状结构进一步减小本发明的尺寸。

本发明的第一弧形辐射单元103和弧形不规则接地面102可通过直接增加电容或者电阻实现本发明的小型化，同时也可以增加本发明的阻抗带宽。

本发明是一种基于耦合加载的多频带天线，可以利用各个辐射单元之间的耦合，末端耦合加载辐射单元与非对称传输线之间的交指耦合实现天线的带宽的展宽，同时也可以通过天线辐射单元之间的合理布局与采用非对称传输线结构，实现天线的小型化。

综上，本发明为一种基于耦合加载的多频带天线，通过采用弧形耦合非对称共面馈电结构和第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元、第三末端加载耦合辐射单元来实现天线的多频化与宽频设计。本发明主要包括介质基板106、弧形不规则接地面102、非对称共面波导馈电传输线101、第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元和第三末端加载耦合辐射单元，通过调整弧形不规则接地面102以及第一弧形辐射单元103、第二弧形辐射单元、第三末端加载耦合辐射单元的尺寸，第一弧形辐射单元103与弧形不规则接地面102之间的耦合，第三末端加载耦合辐射单元与非对称共面波导馈电传输线101的延长线1011之间的耦合来调整本发明的谐振频率和谐振带宽，以满足现代通信系统的要求。本发明具有剖面低，结构简单，易于设计，便于安装调试的优点，可广泛地应用于移动设备的终端或者手持设备以及移动通信的基站中。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于耦合加载的多频带天线，包括非对称共面波导馈电传输线(101)、弧形不规则接地面(102)、第一弧形辐射单元(103)、弧形辐射阵子(1041)、第三垂直阵子(1042)、耦合单元(105)、介质基板(106)、延长线(1011)、弧形阵子(1051)、第一垂直阵子(1052)、第二垂直阵子(1053)、水平阵子连接带线(1054)、信号输入连接器；其特征在于：所述的弧形不规则接地面(102)在介质基板(106)上，弧形不规则接地面(102)和非对称共面波导馈电传输线(101)构成弧形耦合非对称共面馈电结构；弧形辐射阵子(1041)和第三垂直阵子(1042)构成第二弧形辐射单元；弧形阵子(1051)、第一垂直阵子(1052)、第二垂直阵子(1053)、水平阵子连接带线(1054)构成第三末端加载耦合辐射单元；信号输入连接器的内导体与非对称共面波导馈电传输线(101)连接，信号输入连接器的外导体与弧形不规则接地面(102)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于耦合加载的多频带天线，其特征在于：所述的第一弧形辐射单元(103)、弧形辐射阵子(1041)和第三垂直阵子(1042)与非对称共面波导馈电传输线(101)形成串行馈电结构；非对称共面波导馈电传输线(101)的延长线(1011)插入第一垂直阵子(1052)、第二垂直阵子(1053)之间。