CN108666755B - 一种新型小型化多频段全向终端天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种新型小型化多频段全向终端天线，包括第一矩形金属片、金属薄片、第二矩形金属片、第三矩形金属片、第一分支结构、第四矩形金属片、第二分支结构、第三分支结构、第四分支结构、金属地、介质基板、馈电结构、金属化过孔和第五矩形金属片，第一矩形金属片、金属薄片、第二矩形金属片、第三矩形金属片、第一分支结构、第四矩形金属片、第二分支结构、第三分支结构和第四分支结构均位于介质基板的上表面，金属地和第五矩形金属片均位于介质基板的下表面。本发明的天线能获得880‑906MHz、1.51‑1.58GHz和1.85‑2.96GHz三个工作频段、体积小、满足带宽要求和能获得稳定的增益。

Description

一种新型小型化多频段全向终端天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种新型小型化多频段全向终端天线。
背景技术
随着科学技术的发展，无线通信设备越来越多的进入到人们的生活中去，同时，随着各种终端设备小型化的需求，对天线的尺寸以及性能要求也越来越多。为了能在不同的环境下使用同样的终端设备，获得高效的无线通信体验，就要求天线能够工作在多频段，特别是需要天线能够在较低的频段实现无线通信功能，以实现远距离的无线通信要求。但与此同时，终端设备小型化与天线尺寸之间的制约，使得天线小型化的要求越来越重要。终端小型化设备在最终使用时，有可能是固定安装的，例如一些吸顶天线，但更多的终端设备在使用时，处于移动状态，这就要求天线的辐射方向具有全向性，以便更好的收发信号，实现无线通信功能。平面倒F天线比较常用于各种终端设备中，但其带宽较窄，虽然可以通过多枝节，增加接地点的位置等方式扩展带宽，但效果有限。RFID天线虽然尺寸较小，但其一般为定向辐射，且需要芯片的加入才能正常工作，增加了一定的成本。在这种情况下，研发一款小型化，宽频带，全向辐射的天线就至关重要。
发明内容
本发明提供了一种小型化，宽频带，全向辐射的新型小型化多频段全向终端天线。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种新型小型化多频段全向终端天线，包括第一矩形金属片、金属薄片、第二矩形金属片、第三矩形金属片、第一分支结构、第四矩形金属片、第二分支结构、第三分支结构、第四分支结构、金属地、介质基板、馈电结构、金属化过孔和第五矩形金属片，第一矩形金属片、金属薄片、第二矩形金属片、第三矩形金属片、第一分支结构、第四矩形金属片、第二分支结构、第三分支结构和第四分支结构均位于介质基板的上表面，金属地和第五矩形金属片均位于介质基板的下表面，馈电结构的外导体与金属地电连接，馈电结构的内导体与第一矩形金属片电连接，金属薄片的首端连接在第一矩形金属片的尾端，第二矩形金属片的首端连接在金属薄片的尾端，第三矩形金属片和第四矩形金属片相对的连接在第二矩形金属片的尾端，第一分支结构与第三矩形金属片相连接，第二分支结构、第三分支结构和第四分支结构均连接在第四矩形金属片上，第三分支结构位于第二分支结构和第四分支结构之间，第五矩形金属片通过金属化过孔与金属薄片电连接，金属化过孔位于第一分支结构的下方，金属地位于第一矩形金属片的下方。
作为本发明的优化方案，第一分支结构包括第六矩形金属片、第七矩形金属片、第八矩形金属片和第九矩形金属片，第六矩形金属片、第七矩形金属片、第八矩形金属片和第九矩形金属片依次相互连接，形成非封闭的“口”字形，第六矩形金属片的长度长于第八矩形金属片的长度，第七矩形金属片的长度长于第九矩形金属片的长度。
作为本发明的优化方案，第二分支结构包括第十矩形金属片、第十一矩形金属片、第十二矩形金属片和第十三矩形金属片，第十矩形金属片、第十一矩形金属片和第十二矩形金属片依次连接，第十三矩形金属片垂直连接在第十二矩形金属片上，第十一矩形金属片、第十二矩形金属片和第十三矩形金属片形成倒“F”形状，第十一矩形金属片长度长于第十三矩形金属片的长度。
作为本发明的优化方案，第三分支结构包括第十四矩形金属片和第十五矩形金属片，第十四矩形金属片和第十五矩形金属片组成“L”形。
作为本发明的优化方案，第四分支结构包括第十六矩形金属片、第十七矩形金属片、第十八矩形金属片和第十九矩形金属片，第十六矩形金属片、第十七矩形金属片、第十八矩形金属片和第十九矩形金属片依次相互连接，形成非封闭的“口”字形，第十六矩形金属片的长度长于第十八矩形金属片的长度，第十七矩形金属片的长度长于第十九矩形金属片的长度。
作为本发明的优化方案，馈电结构为50欧姆同轴电缆。
本发明具有积极的效果：1)本发明的天线能获得880-906MHz、1.51-1.58GHz和1.85-2.96GHz三个工作频段、满足带宽要求和能获得稳定的增益；
2)本发明有效地利用了第一分支结构、第二分支结构、第三分支结构和第四分支结构，折叠了天线振子，减小了天线的尺寸，使得天线的小型化成为可能；
3)本发明利用了金属化过孔来连接金属薄片和第五矩形金属片，延长了电流的有效路径，缩小了天线的尺寸；
4)本发明为全向天线，不圆度低，增益高，能够适用于复杂环境；
5)本发明天线整体尺寸小，工作频带宽。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的仰视图；
图3是本发明的爆炸图；
图4是本发明第一分支结构的结构图；
图5是本发明第二分支结构的结构图；
图6是本发明第三分支结构的结构图；
图7是本发明第四分支结构的结构图；
图8是本发明的回波损耗图；
图9是本发明天线工作在0.89GHz时的辐射状态图；
图10是本发明天线工作在1.55GHz时的辐射状态图；
图11是本发明天线工作在1.88GHz时的辐射状态图；
图12是本发明天线工作在1.99GHz时的辐射状态图；
图13是本发明天线工作在2.5GHz时的辐射状态图；
图14是本发明天线工作在2.6GHz时的辐射状态图；
图15是本发明天线工作在2.7GHz时的辐射状态图；
图16是本发明天线工作在880-906MHz时的带内增益曲线图；
图17是本发明天线工作在1.51-1.58GHz时的带内增益曲线图；
图18是本发明天线工作在1.85-2.96GHz时的带内增益曲线图。
其中：1、第一矩形金属片，2、金属薄片，3、第二矩形金属片，4、第三矩形金属片，5、第一分支结构，6、第四矩形金属片，7、第二分支结构，8、第三分支结构，9、第四分支结构，10、金属地，11、介质基板，12、馈电结构，13、金属化过孔，14、第五矩形金属片，51、第六矩形金属片，52、第七矩形金属片，53、第八矩形金属片，54、第九矩形金属片，71、第十矩形金属片，72、第十一矩形金属片，73、第十二矩形金属片，74、第十三矩形金属片，81、第十四矩形金属片，82、第十五矩形金属片，91、第十六矩形金属片，92、第十七矩形金属片，93、第十八矩形金属片，94、第十九矩形金属片。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明公开了一种新型小型化多频段全向终端天线，包括第一矩形金属片1、金属薄片2、第二矩形金属片3、第三矩形金属片4、第一分支结构5、第四矩形金属片6、第二分支结构7、第三分支结构8、第四分支结构9、金属地10、介质基板11、馈电结构12、金属化过孔13和第五矩形金属片14，第一矩形金属片1、金属薄片2、第二矩形金属片3、第三矩形金属片4、第一分支结构5、第四矩形金属片6、第二分支结构7、第三分支结构8和第四分支结构9均位于介质基板11的上表面，金属地10和第五矩形金属片14均位于介质基板11的下表面，馈电结构12的外导体与金属地10电连接，馈电结构12的内导体与第一矩形金属片1电连接，金属薄片2的首端连接在第一矩形金属片1的尾端，第二矩形金属片3的首端连接在金属薄片2的尾端，第三矩形金属片4和第四矩形金属片6相对的连接在第二矩形金属片3的尾端，第一分支结构5与第三矩形金属片4相连接，第二分支结构7、第三分支结构8和第四分支结构9均连接在第四矩形金属片6上，第三分支结构8位于第二分支结构7和第四分支结构9之间，第五矩形金属片14通过金属化过孔13与金属薄片2电连接，金属化过孔13位于第一分支结构5的下方，金属地10位于第一矩形金属片1的下方。其中，馈电结构12与第一矩形金属片1连接部位位于第一矩形金属片1的末端，远离金属薄片2。第一矩形金属片1位于介质基板11上表面偏离中心位置向右的位置，金属薄片2连接在第一矩形金属片1的尾端，远离馈电结构12的那一端，第二矩形金属片3与金属薄片2在远离第一矩形金属片1的尾端电连接。馈电结构12为50欧姆同轴电缆。
如图4所示，第一分支结构5包括第六矩形金属片51、第七矩形金属片52、第八矩形金属片53和第九矩形金属片54，第六矩形金属片51、第七矩形金属片52、第八矩形金属片53和第九矩形金属片54依次相互连接，形成非封闭的“口”字形，第六矩形金属片51的长度长于第八矩形金属片53的长度，第七矩形金属片52的长度长于第九矩形金属片54的长度。
如图5所示，第二分支结构7包括第十矩形金属片71、第十一矩形金属片72、第十二矩形金属片73和第十三矩形金属片74，第十矩形金属片71、第十一矩形金属片72和第十二矩形金属片73依次连接，第十三矩形金属片74垂直连接在第十二矩形金属片73上，第十一矩形金属片72、第十二矩形金属片73和第十三矩形金属片74形成倒“F”形状，第十一矩形金属片72长度长于第十三矩形金属片74的长度。
如图6所示，第三分支结构8包括第十四矩形金属片81和第十五矩形金属片82，第十四矩形金属片81和第十五矩形金属片82组成“L”形。
如图7所示，第四分支结构9包括第十六矩形金属片91、第十七矩形金属片92、第十八矩形金属片93和第十九矩形金属片94，第十六矩形金属片91、第十七矩形金属片92、第十八矩形金属片93和第十九矩形金属片94依次相互连接，形成非封闭的“口”字形，第十六矩形金属片91的长度长于第十八矩形金属片93的长度，第十七矩形金属片92的长度长于第十九矩形金属片94的长度。
第一分支结构5、第二分支结构7、第三分支结构8和第四分支结构9的存在与折叠，延长了电流的有效路径，节省了空间，不仅使天线工作在特定的频段，而且减小了天线的整体尺寸，使得天线的小型化成为可能。改变分支结构的整体长度即能改变其工作频段。而折叠的位置则起着调节天线输入阻抗的作用，优化各个分支结构的具体部分的长短，能够使天线的输入阻抗匹配，使得天线工作在最佳状态。金属薄片2为不规则金属片，本来是矩形金属片，失去的部分主要能够降低天线的Q值，扩展带宽。第五矩形金属片14在介质基板11的下表面，通过金属化过孔13与金属薄片2电连接，能够有效地减小天线的尺寸。采用同轴电缆馈电，结构简单，成本低。
图8是天线的回波损耗图，从图中可以看出880-906MHz、1.51-1.58GHz和1.85-2.96GHz频段内天线的S参数在-10以下，在此频段内天线工作性能良好。
图9是天线工作在0.89GHz时的辐射状态图，图10是天线工作在1.55GHz时的辐射状态图，图11是天线工作在1.88GHz时的辐射状态图，图12是天线工作在1.99GHz时的辐射状态图，图13是天线工作在2.5GHz时的辐射状态图，图14是天线工作在2.6GHz时的辐射状态图，图15是天线工作在2.7GHz时的辐射状态图，从上述图中可以看出，天线的全向性能良好，不圆度低。
图16是天线工作在880-906MHz时的带内增益曲线图，图17是天线工作在1.51-1.58GHz时的带内增益曲线图，图18是天线工作在1.85-2.96GHz时的带内增益曲线图，从图中可以看出天线增益稳定。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型小型化多频段全向终端天线 ，其特征在于：包括第一矩形金属片（1）、金属薄片（2）、第二矩形金属片（3）、第三矩形金属片（4）、第一分支结构（5）、第四矩形金属片（6）、第二分支结构（7）、第三分支结构（8）、第四分支结构（9）、金属地（10）、介质基板（11）、馈电结构（12）、金属化过孔（13）和第五矩形金属片（14），所述的第一矩形金属片（1）、金属薄片（2）、第二矩形金属片（3）、第三矩形金属片（4）、第一分支结构（5）、第四矩形金属片（6）、第二分支结构（7）、第三分支结构（8）和第四分支结构（9）均位于介质基板（11）的上表面，所述的金属地（10）和第五矩形金属片（14）均位于介质基板（11）的下表面，馈电结构（12）的外导体与金属地（10）电连接，馈电结构（12）的内导体与第一矩形金属片（1）电连接，金属薄片（2）的首端连接在第一矩形金属片（1）的尾端，第二矩形金属片（3）的首端连接在金属薄片（2）的尾端，第三矩形金属片（4）和第四矩形金属片（6）相对的连接在第二矩形金属片（3）的尾端，第一分支结构（5）与第三矩形金属片（4）相连接，所述的第二分支结构（7）、第三分支结构（8）和第四分支结构（9）均连接在第四矩形金属片（6）上，所述的第三分支结构（8）位于第二分支结构（7）和第四分支结构（9）之间，第五矩形金属片（14）通过金属化过孔（13）与金属薄片（2）电连接，金属化过孔（13）位于第一分支结构（5）的下方，所述的金属地（10）位于第一矩形金属片（1）的下方，金属薄片（2）为不规则金属片，能够降低天线的Q值。
2.根据权利要求1所述的一种新型小型化多频段全向终端天线，其特征在于：所述的第一分支结构（5）包括第六矩形金属片（51）、第七矩形金属片（52）、第八矩形金属片（53）和第九矩形金属片（54），所述的第六矩形金属片（51）、第七矩形金属片（52）、第八矩形金属片（53）和第九矩形金属片（54）依次相互连接，形成非封闭的“口”字形，第六矩形金属片（51）的长度长于第八矩形金属片（53）的长度，第七矩形金属片（52）的长度长于第九矩形金属片（54）的长度。
3.根据权利要求1所述的一种新型小型化多频段全向终端天线，其特征在于：所述的第二分支结构（7）包括第十矩形金属片（71）、第十一矩形金属片（72）、第十二矩形金属片（73）和第十三矩形金属片（74），第十矩形金属片（71）、第十一矩形金属片（72）和第十二矩形金属片（73）依次连接，所述的第十三矩形金属片（74）垂直连接在第十二矩形金属片（73）上，所述的第十一矩形金属片（72）、第十二矩形金属片（73）和第十三矩形金属片（74）形成倒“F”形状，所述的第十一矩形金属片（72）长度长于第十三矩形金属片（74）的长度。
4.根据权利要求1所述的一种新型小型化多频段全向终端天线，其特征在于：所述的第三分支结构（8）包括第十四矩形金属片（81）和第十五矩形金属片（82），所述的第十四矩形金属片（81）和第十五矩形金属片（82）组成“L”形。
5.根据权利要求1所述的一种新型小型化多频段全向终端天线，其特征在于：所述的第四分支结构（9）包括第十六矩形金属片（91）、第十七矩形金属片（92）、第十八矩形金属片（93）和第十九矩形金属片（94），第十六矩形金属片（91）、第十七矩形金属片（92）、第十八矩形金属片（93）和第十九矩形金属片（94）依次相互连接，形成非封闭的“口”字形，第十六矩形金属片（91）的长度长于第十八矩形金属片（93）的长度，第十七矩形金属片（92）的长度长于第十九矩形金属片（94）的长度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种新型小型化多频段全向终端天线，其特征在于：所述的馈电结构（12）为50欧姆同轴电缆。
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