CN108511892A - 一种紧凑型多频带天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于信通领域，具体涉及一种紧凑型多频带天线。本发明包括介质基板105、设置在介质基板上的T形微带传输线，第一矩形辐射单元102，第二S形辐射单元103，第三S形辐射单元104，以及设置在介质基板下面的接地面106，第一矩形辐射单元102上刻蚀有E形槽，第一矩形辐射单元102与第三S形辐射单元104通过T形传输线相连，T形传输线的下端与连接器的内导体相连接，连接器的外导体与接地面106连接。本发明是一种紧凑型多频带天线，所设计的天线采用T形微带传输线馈电，辐射单元采用直接和间接相结合的方式馈电，以及多辐射单元融合设计，从而实现天线的多频带设计，获得低剖面和小型化的设计效果。

Description

一种紧凑型多频带天线

技术领域

本发明属于信通领域，具体涉及一种紧凑型多频带天线。

背景技术

进入20世纪以来，随着信息技术、电子通信和多媒体技术的迅速发展，人们对高速率、大容量、高性能的移动通信系统要求越来越强烈。移动终端设备的通信传输速率逐渐增大，通信协议标准增多，因此就要求终端设备中的天线能够覆盖不同工作协议标准和工作频段。但由于移动终端设备体积相对较小，多个收发天线的设计显然受到空间的制约且易产生耦合作用，严重影响了通信质量。另一方面，现代大规模集成电路制造技术和天线加工技术的快速发展，使得天线作为无线通信的能量转换装置，对其小型化宽频带的要求越来越高，而天线尺寸一味的减小也会降低天线的辐射性能，所以寻求一种对天线电性能影响较小的设计方案显得尤为重要。因此，为了能够很好地满足通信系统多功能、一体化以及不同通信制式的需求，天线作为接收和发送电信号的重要组成单元，其朝着多频带、高性能、宽频带、小尺寸且易于加工制造的方向发展有着非常重要的实际意义。在某些通信系统，如合成孔径雷达、移动通信和全球定位系统中通常需要双频段或多频段工作。在无线通信领域中，多频技术则得到了更为广泛的应用，手机终端和WLAN通信系统都需要双频甚至三频工作的天线。近年来的研究热点5G通信中，同样需要使用多频带天线，使用多频带天线可以节省空间，实现小型化设计，更受市场的青睐。微带天线体积小、重量轻、可与载体共形以及易于实现双频、多频工作等众多的优点使其在这些领域的应用具有很大吸引力，在国内外的重要刊物上己出现大量的多频带、宽频带、双极化、圆极化等多功能天线。国内外学者和工程师们设计了多种多频带天线，但大多采用的方法为孔径耦合馈电，共面波导馈电等方式，使用多层结构等，但这些结构增大了天线的尺寸，不易于集成和进行小型化设计。因此，通过改进馈电结构，采用紧凑型(弯折、刻槽等)的谐振结构，不仅可以实现多频带设计，同时可以进行小型化以及宽频带的天线设计。

Mahmoud M.A.El-Negm Yousef等人在2017年提出一种倒三角形多频带天线，该天线由介质基板，介质基板上方的倒三角形单极子天线，介质基板下面的半覆盖接地面组成，倒三角形单极子上刻蚀有分形槽，通过分形槽实现多频带。但是该天线的尺寸较大，并且方向图较差。Huafeng Shen等人在2017年提出一种环形多频带手机天线，该天线由环形天线进行一定程度上的折叠形成，通过环形天线调节中频频率，通过加载的调谐支路来调整高频频带，最后利用匹配电路拓宽低频频带宽度。该天线的带宽较窄，并且使用了匹配电路对天线辐射存在一定程度上的影响。I.T.E.Elfergani等人在2017年提出一种立体多频带手机天线，该天线由介质基板，矩形接地板，接地板上方的辐射单元组成，通过在辐射单元上刻弯折槽来实现多频带。但是该天线的尺寸较大，不利于集成。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种紧凑型多频带天线，本发明采用T形微带传输线馈电，辐射单元采用间接馈电和直接馈电相结合的方式，以及多辐射单元融合设计，实现多频带、低剖面和小型化设计。

本发明是这样实现的：

一种紧凑型多频带天线，包括T形微带传输线、第一矩形辐射单元102、第二S形辐射单元103、第三S形辐射单元104、介质基板105和接地面106，其特征在于，所述的T形微带传输线、第一矩形辐射单元102、第二S形辐射单元103和第三S形辐射单元104布置在介质基板105的上表面，所述的接地面106布置在介质基板105的下表面；所述的第一矩形辐射单元102与第三S形辐射单元104采用并行馈电方式，第一矩形辐射单元102与第二S形辐射单元103采用串行馈电方式，第二S形辐射单元103采用耦合馈电方式。

所述的第一矩形辐射单元102呈矩形，第一矩形辐射单元102上刻蚀有E形槽；第二S形辐射单元103和第三S形辐射单元104均呈“S”形。

所述的T形微带传输线为“T”字形，包括垂直微带线1011和水平微带线1012，垂直微带线1011和水平微带线1012互相垂直；第一矩形辐射单元102和第二S形辐射单元103布置在垂直微带线1011的左侧，第三S形辐射单元104布置在垂直微带线1011的右侧；第一矩形辐射单元102和第三S形辐射单元104均与水平微带线1012连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用T形微带传输线馈电辐射单元采用间接馈电和直接馈电相结合的方式，以及多辐射单元融合设计，可以实现天线的小型化设计，并且可以根据实际的需求，灵活方便的进行多频带的设计。由于本发明使用T形微带传输线对第一矩形辐射单元以及第三S形辐射单元进行直接馈电，并且对第二S形辐射单元进行耦合馈电，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。

本发明采用T形微带传输线馈电，辐射单元间接馈电和多辐射单元融合设计，通过调整各个辐射单元的尺寸，第一矩形辐射单元上刻蚀的E形槽的尺寸，第一矩形辐射单元与第二S形辐射单元之间的耦合缝隙以及T形传输线与第三S形辐射单元之间的耦合缝隙的尺寸，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紧凑型多频带天线具有剖面低、尺寸小、便于灵活设计等特点，可以安装在WLAN通信系统，移动通信的基站设备中，应用广泛。

附图说明

图1是本发明所设计天线的俯视图；

图2是本发明所设计天线的侧视图；

图3是本发明所设计天线的T形微带传输线的结构示意图；

图4是本发明所设计天线的第一矩形辐射单元的结构示意图；

图5是本发明所设计天线的第二S形辐射单元的结构示意图；

图6是本发明所设计天线的第三S形辐射单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做更详细地描述：

结合图1至图6，本发明设计了一种紧凑型多频带天线，所设计的天线采用T形微带传输线馈电，辐射单元采用间接馈电和直接馈电相结合的方式，以及多辐射单元融合设计，可以实现天线的小型化设计，同时可以根据设计需求，进行多频带天线设计。

具体实施例一：

本发明所涉及的天线主要包括介质基板105、设置在介质基板上的T形微带传输线，第一矩形辐射单元102(只是本发明的一种实施例)，第二S形辐射单元103(只是本发明的一种实施例)，第三S形辐射单元104，以及设置在介质基板下面的接地面106，第一矩形辐射单元102与第三S形辐射单元104通过T形微带传输线相连，T形微带传输线由垂直微带线1011和水平微带线1012组成。第一矩形辐射单元102与第三S形辐射单元104采用并行馈电的方式进行馈电。第二S形辐射单元103采用耦合馈电的方式进行馈电。通过调整各个辐射单元的尺寸，第一矩形辐射单元102上刻蚀的E形槽的尺寸，第一矩形辐射单元102与第二S形辐射单元103之间的耦合缝隙以及T形微带传输线与第三S形辐射单元104之间的耦合缝隙的尺寸，该天线可以达到很好的匹配，可以满足多频带的设计需求。

所设计的天线采用T形微带传输线进行馈电，垂直传输线1011的下端与连接器的内导体相连接，连接器的外导体与接地面连接。按照图1所示的结构印刷在介质基板105上，通过调整各个辐射单元与T形微带传输线之间耦合缝隙和辐射单元的尺寸，可以使天线具有多频带特性。

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，第一矩形辐射单元102上刻蚀的E形槽槽的尺寸，第一矩形辐射单元102与第二S形辐射单元103之间的耦合缝隙以及T形传输线与第三S形辐射单元104之间的耦合缝隙的尺寸共同决定。该天线采用T形微带传输线进行馈电，辐射单元采用间接馈电和直接馈电相结合的方式进行接馈电，以及多辐射单元融合设计，便于实现多频带和小型化设计。

本发明设计的第一矩形辐射单元102通过T形微带传输线直接馈电，且通过改变第一矩形辐射单元102上刻蚀E形槽的尺寸可以实现一个频段的设计，并且刻蚀E形槽的结构可以更改为F形槽或T形槽等，便于较小天线的尺寸。

本发明设计的第二S形辐射单元103与T形微带传输线通过缝隙耦合进行馈电，且通过采用不同的结构(G形，螺旋形等)，实现多频带天线设计。

具体实施例二：

本发明的目的是这样实现的：包括介质基板105、设置在介质基板上的T形微带传输线，第一矩形辐射单元102，第二S形辐射单元103，第三S形辐射单元104，以及设置在介质基板下面的接地面106，第一矩形辐射单元102上刻蚀有E形槽，第一矩形辐射单元102与第三S形辐射单元104通过T形传输线相连，T形传输线的下端与连接器的内导体相连接，连接器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.所述天线采用混合馈电方式，第一矩形辐射单元102与第二S形辐射单元103采用串行馈电的方式，该天线的第三S形辐射单元104采用耦合间接馈电的方式进行馈电。

2.T形传输线由相互连接的垂直辐射单元和水平辐射单元组成。

3.所述第一矩形辐射单元102中间刻蚀的槽可为E形槽或F形槽等。

4.所述第二S形辐射单元103可以是G形或螺旋形结构。

综上，本发明采用T形微带传输线馈电，辐射单元采用间接馈电和直接馈电相结合的方式，以及多辐射单元融合设计，便于实现多频带、低剖面和小型化设计。将第一矩形辐射单元进行刻槽设计，减小天线的尺寸，节省空间，便于进行小型化设计。该天线通过T形微带传输线进行直接馈电和间接馈电，便于实现阻抗匹配。通过调节辐射单元与T形微带传输线之间的耦合缝隙以及第一矩形辐射单元102和第二S形辐射单元103之间的耦合缝隙，可以调节天线的阻抗带宽和天线的匹配。各个辐射单元可以根据所需要的频带进行单独设计，增强了天线设计的独立性。该馈电结构还可以使用电阻、电感或电容等集成在传输线与辐射单元以及辐射单元与接地面之间，进一步缩小天线的尺寸。本发明是一种紧凑型多频带天线，所设计的天线采用T形微带传输线馈电，辐射单元采用间接馈电和直接馈电相结合的方式，以及多辐射单元融合设计，从而实现天线的多频带设计，取得低剖面和小型化的设计效果，可以满足小型化基站的通信需求。

Claims (3)

1.一种紧凑型多频带天线，包括T形微带传输线、第一矩形辐射单元(102)、第二S形辐射单元(103)、第三S形辐射单元(104)、介质基板(105)和接地面(106)，其特征在于，所述的T形微带传输线、第一矩形辐射单元(102)、第二S形辐射单元(103)和第三S形辐射单元(104)布置在介质基板(105)的上表面，所述的接地面(106)布置在介质基板(105)的下表面；所述的第一矩形辐射单元(102)与第三S形辐射单元(104)采用并行馈电方式，第一矩形辐射单元(102)与第二S形辐射单元103采用串行馈电方式，第二S形辐射单元(103)采用耦合馈电方式。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型多频带天线，其特征在于，所述的第一矩形辐射单元(102)呈矩形，第一矩形辐射单元(102)上刻蚀有E形槽；第二S形辐射单元(103)和第三S形辐射单元(104)均呈“S”形。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型多频带天线，其特征在于，所述的T形微带传输线为“T”字形，包括垂直微带线(1011)和水平微带线(1012)，垂直微带线(1011)和水平微带线(1012)互相垂直；第一矩形辐射单元(102)和第二S形辐射单元(103)布置在垂直微带线(1011)的左侧，第三S形辐射单元(104)布置在垂直微带线(1011)的右侧；第一矩形辐射单元(102)和第三S形辐射单元(104)均与水平微带线(1012)连接。