CN108832277A - 一种电感加载的小型化天线 - Google Patents

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Abstract

一种电感加载的小型化天线，包括介质基板、设置在介质基板上的微带传输线和辐射单元、设置在介质基板下面的部分接地面，所述辐射单元包括C形辐射单元和倒C形辐射单元，所述倒C形辐射单元和/或倒C形辐射单元上有加载电感，C形辐射单元和倒C形辐射单元与微带传输线相连，微带传输线与射频连接器的内导体连接，射频连接器的外导体与部分接地面连接。本该天线采用电感加载和弯折技术，有效降低天线的尺寸和体积，实现天线的一体化、多频带、宽带和圆极化的设计，且该设计节省空间，有利于天线的小型化设计。该天线具有成本低、体积小、易集成、多功能的特点，可广泛应用于各种电子移动通信设备中。

Description

一种电感加载的小型化天线
技术领域
本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种一种电感加载的小型化天线。
背景技术
天线是无线电通讯、广播、导航、雷达、测控、微波遥感和射电天文等各种无线电系统必不可少的设备之一。随着社会的进步和信息技术的发展，如何将天线缩小后集成到小型便携式设备内,并满足带宽和增益等特性上的要求,是现代天线设计面临的挑战，通信设备均要求尽量减小体积。在5G的研究背景下，各种新的应用不断涌现，比如无人驾驶、物联网等，对更高移动通信速率和更大通信容量的需求迫在眉睫。随着电子产品种类和数量的增多，人们对电子设备便携小巧的要求不断提高,使电子电路集成技术得到了迅猛的发展,系统中各部分组成电路的尺寸随之缩小。从而，用作系统终端部分的天线也面临着小型化的挑战，而天线小型化考虑的重点在于性能与尺寸之间的权衡。因此，天线的设计也正朝着小型化、宽带、多频带的方向发展。如何将这些优点集于一体是现代天线研究需要克服的一道难关。近些年来，也有许多国内外的研究者设计出了各种类型的天线，但是这些天线多是在牺牲其他的一些优点的基础上设计出来的，不能同时满足天线的小型化、多频带的设计要求。利用感性加载的小型化天线不仅能够缩小天线的体积，还能根据需要设计出小型化的多频带天线，同时加载谐振枝节，就能设计出集多频带、宽带和小型化于一体的天线。
Abdelheq Boukarkar等人在2017年提出了单馈电的小型化天线，通过在辐射边缘上加载短路化金属瞳孔来减小尺寸，通过加载刻蚀的U形槽来获得多频带，但是该天线结构复杂，难于调整。Akanksha Farswan等人于2016年提出了一种分形的圆极化天线，通过在单探针处两个平面内放置两个不对称的分形结构，实现圆极化，但是该天线尺寸稍大。本发明旨在提出一种小型化、多功能天线，通过电感加载的方式，实现小型化设计，同时可以实现多频带，宽带，圆极化等设计。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种一体化、小型化、多频带、成本低、体积小、易集成的电感加载的小型化天线。
本发明的目的是这样实现的：
一种电感加载的小型化天线，包括介质基板、设置在介质基板上的微带传输线和辐射单元、设置在介质基板下面的部分接地面，所述辐射单元包括C形辐射单元和倒C形辐射单元，所述倒C形辐射单元和/或倒C形辐射单元上有加载电感，C形辐射单元和倒C形辐射单元与微带传输线相连，微带传输线与射频连接器的内导体连接，射频连接器的外导体与部分接地面连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1、C形辐射单元和倒C形辐射单元对称；
2、在所述C形辐射单元和/或倒C形辐射单元内部设置枝节；
3、所述枝节呈L形、F形或倒L形。
本发明提出一种电感加载的小型化天线，该天线采用微带传输线馈电，将天线的两个不同的谐振单元采用不同的结构进行设计，充分发挥每个辐射单元的特点，采用电感加载技术，实现天线的小型化、多频带、圆极化的设计。该天线具有结构简单，剖面低，设计灵活性高的特点，可以满足实际工程的需求。
本发明所述天线的第一C形辐射单元和第二电感加载的倒C形辐射单元面对面放置，且采用电感加载的方式降低天线的尺寸，增强天线的带宽，有利于实现天线的阻抗匹配和小型化设计。通过调整第一C形辐射单元和第二电感加载的倒C形辐射单元的尺寸，可以调节天线的谐振频率，使天线具有良好的阻抗匹配，满足宽带、多频带的设计需求，且每个频带可以独立设计。
本发明所述天线采用微带传输线对各个辐射单元进行馈电，馈电方式简单，并且馈电端口可以根据实际情况进行灵活地调整，实现小型化。
本发明所述天线第一倒C形辐射单元的内部，可以加载L形或者倒L形枝节，实现更多频带的设计。
本发明所述天线的第二电感加载的倒C形辐射单元采用加载电感的结构，不仅减小了天线的纵向设计尺寸，同时增加了电流的路径，相当于引入了电感，可以展宽天线的阻抗带宽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用了微带传输线对第一C形辐射单元和第二电感加载的倒C形辐射单元进行馈电，天线结构简单，且每个频率可以单独设计，便于满足工程需求。
本发明所设计的天线的第一C形辐射单元和第二电感加载的倒C形辐射单元均采用单极子形式，且采用弯曲形结构，减小天线的尺寸，通过调节每个辐射单元的尺寸，控制天线的谐振频率和阻抗带宽。该天线采用了电感加载的方式设计其中一个辐射单元，不仅降低了天线的纵向尺寸，而且有利于实现宽带匹配，实现小型化的需求。此外，该天线还可以设计不同的臂长，设计圆极化天线，或者在第一C形辐射单元和第二电感加载的倒C形辐射单元的内部增加枝节，实现多频带天线的设计。
附图说明
图1是本发明实施实例1所设计天线的俯视图；
图2是本发明实施实例1所设计天线的侧视图；
图3是本发明实施实例1的反射系数；
图4是本发明实施实例1在3.5GHz的方向图；
图5是本发明实施实例1在5.4GHz的方向图；
图6是本发明实施实例2的俯视图。
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和图2，本发明实施实例1设计了一种电感加载的小型化天线，采用微带传输线101对第一C形辐射单元102和第二电感加载的倒C形辐射单元103进行馈电，采用电感加载技术和弯曲技术减小天线尺寸，实现天线一体化、小型化、多频带的设计。该天线具有结构简单，剖面低，设计灵活性高，体积小的特点，有利于实际工程的需求。
本发明实施实例1所涉及的天线主要包括介质基板105，微带传输线101，第一C形辐射单元102，第二电感加载的倒C形辐射单元103，加载电感104，以及置于介质基板下面的部分接地面106，微带传输线101通过射频连接器的内导体传输信号，连接器外导体与部分接地面106相连。该天线通过微带传输线101直接对第一C形辐射单元102，第二电感加载的倒C形辐射单元103进行馈电，通过合理调节第一C形辐射单元102，第二电感加载的倒C形辐射单元103以及加载电感104的尺寸，可以使该天线达到很好的匹配，从而可以实现该天线的小型化、多频带、宽带和圆极化设计。所设计的天线按照图1所示的结构印刷在介质基板上，介质基板的另一面刻蚀有部分接地面。
该天线的阻抗带宽和谐振频率主要是由第一C形辐射单元102和第二电感加载的倒C形辐射单元以103及加载电感104的尺寸决定。
本发明实施实例1所设计的天线的第一C形辐射单元102，第二电感加载的倒C形辐射单元103可以单独进行设计。为了增加天线的谐振频带，可以在第一C形辐射单元102，第二电感加载的倒C形辐射单元103内部增加L形，F形或者倒L形枝节实现多频带设计或者宽带天线设计。
图3为本发明实施实例1的反射系数，从图中可以看出设计的天线可以工作在3.4-3.6GHz和5.0GHz-5.6GHz，且反射系数小于-10dB，满足WiMAX和WLAN，WiFi以及5G子频带的通信需求。
图4和图5为本发明实施实例1辐射方向图，从图中可以看出，所设计的天线在3.5GHz和5.4GH在具有较好的全向辐射特性，可以满足WiMAX和WLAN，WiFi以及5G子频带辐射特性的需求。
图6为本发明实施实例2的结构图，天线主要包括介质基板，微带传输线201，第一C形辐射单元202，第二电感加载的倒C形辐射单元203，加载电感204，倒L形枝节205，以及置于介质基板下面的部分接地面，微带传输线201通过射频连接器的内导体传输信号，给第一C形辐射单元202，第二电感加载的倒C形辐射单元203和倒L形枝节205馈电，连接器外导体与部分接地面相连。通过合理调节第一C形辐射单元202，第二电感加载的倒C形辐射单元203以及加载电感和倒L形枝节205的尺寸，可以使该天线达到很好的匹配，从而可以实现该天线的小型化、多频带、宽带设计。所设计的天线按照图6所示的结构印刷在介质基板上，介质基板的另一面刻蚀有部分接地面。
综上所述，本发明所设计的一种电感加载的小型化天线，采用微带传输线对天线辐射单元进行馈电，该天线每个谐振频率可以单独设计，且每个频带可以根据相关的辐射单元进行调节。该天线采用电感加载和弯折技术，有效降低天线的尺寸和体积，实现天线的一体化、多频带、宽带和圆极化的设计，且该设计节省空间，有利于天线的小型化设计，同时也可以实现该天线的圆极化设计。该天线具有成本低、体积小、易集成、多功能的特点，可广泛应用于各种电子移动通信设备中。

Claims (4)

1.一种电感加载的小型化天线，包括介质基板、设置在介质基板上的微带传输线和辐射单元、设置在介质基板下面的部分接地面，其特征是：所述辐射单元包括C形辐射单元和倒C形辐射单元，所述倒C形辐射单元和/或倒C形辐射单元上有加载电感，C形辐射单元和倒C形辐射单元与微带传输线相连，微带传输线与射频连接器的内导体连接，射频连接器的外导体与部分接地面连接。
2.根据权利要求1所述的一种电感加载的小型化天线，其特征是，C形辐射单元和倒C形辐射单元对称。
3.根据权利要求1或2所述的一种电感加载的小型化天线，其特征是，在所述C形辐射单元和/或倒C形辐射单元内部设置枝节。
4.根据权利要求3所述的一种电感加载的小型化天线，其特征是，所述枝节呈L形、F形或倒L形。
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