CN108832287B

CN108832287B - 三频段WiFi天线

Info

Publication number: CN108832287B
Application number: CN201810633870.0A
Authority: CN
Inventors: 袁涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Kunshan Ruixiang Xuntong Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2038-06-20
Also published as: CN108832287A

Abstract

本发明为三频段WiFi天线，包括辐射体、介质基板、金属地、馈线、寄生谐振槽；所述辐射体由三条尺寸不相同的长方形金属贴片组成，所述馈线为L型的金属贴片，所述寄生谐振槽是挖设于金属地板上的“回”字型槽；辐射体由三条尺寸不一样的长方形金属贴片组成，分为上侧长方形金属贴片，中间长方形金属贴片，下侧长方形金属贴片,每个长方形金属贴片均沿着其长边的方向平行放置；中间长方形金属贴片的尺寸最大，其左侧窄边与微带馈线相连接，作为天线的主要辐射部分；上侧长方形金属贴片与下侧长方形金属贴片紧靠中间长方形金属贴片，起到增强辐射体与寄生谐振槽耦合的作用。

Description

三频段WiFi天线

技术领域

本发明涉及通信中心中频率为2.45 G、5.2 GHz、5.5 G的无线局域网天线设置，具体的，其展示一种三频段WiFi天线。

背景技术

无线短程通信常用的工作频段为2.4-2.45 GHz 和5.15-5.85 GHz的范围，通常单一天线为了覆盖这两个工作频段，尺寸都做的非常大才可实现，因此要实现天线的尺寸小型化会增加天线的设计复杂度。现有技术提出了很多小型化多频段WiFi天线的设计方法，但是很多方法都不能同时拥有尺寸小，效率高，全向辐射，多频带等特点。

因此，有必要提供一种三频段WiFi天线来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种三频段WiFi天线。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

一种三频段WiFi天线，包括辐射体、介质基板、金属地、馈线、寄生谐振槽；

所述辐射体由三条尺寸不相同的长方形金属贴片组成，所述馈线为L型的金属贴片，所述寄生谐振槽是挖设于金属地板上的“回”字型槽；

辐射体由三条尺寸不一样的长方形金属贴片组成，分为上侧长方形金属贴片，中间长方形金属贴片，下侧长方形金属贴片, 每个长方形金属贴片均沿着其长边的方向平行放置；中间长方形金属贴片的尺寸最大，其左侧窄边与微带馈线相连接，作为天线的主要辐射部分；上侧长方形金属贴片与下侧长方形金属贴片紧靠中间长方形金属贴片，起到增强辐射体与寄生谐振槽耦合的作用。

进一步的，辐射体的上侧长方形金属贴片和下侧长方形金属贴片分别紧靠在中间金属贴片的两个长边，进一步加强了辐射体与寄生谐振槽的耦合，

进一步的，所述的辐射体的上侧长方形金属贴片和下侧长方形金属贴片与中间金属贴片边缘的间距以优化到最强的耦合为止。

进一步的，所述的介质基板为正方形介质块，采用材料为FR4，介电常数为4.4，厚度为1.6 mm的板材。

进一步的，所述金属地为正方形金属贴片。

进一步的，所述馈线是一条L型阻抗为50欧姆的金属贴片，依据L型金属贴片的特点分为短枝节和长枝节，短枝节的末端为馈电位置，短枝节的末端是一个半圆形金属贴片，圆心位置挖了一个通孔，馈线是通过50欧姆阻抗的SMA同轴接头给天线提供信号，其馈电方式为：SMA接头的金属内心穿过通孔与馈线焊接，SMA接头的外壳与金属地焊接。

进一步的，所述寄生谐振槽设置在辐射体的正下方，寄生谐振槽的形状为“回”字型；所述寄生谐振槽是由两条长槽和两条短槽组成，其中，长槽分为上侧长槽和下侧长槽，上、下侧两条长槽的宽度相同，下侧长槽比上侧长槽长1 mm，下侧长槽路径直接延伸到金属地边缘，使得寄生谐振槽为一个开了缺口的“回”字型槽。

进一步的，所述寄生谐振槽的长槽是产生中心频率为2.45 GHz频段的关键结构，长槽的长度约为四分之一的波导波长，当长槽的长度低于四分之一波导波长，天线在中心频率2.45 GHz不产生谐振，当长槽的长度等于或者大于四分之一波导波长，天线在2.45GHz产生强谐振，同时在5.5 GHz附近也额外产生一个谐振。

进一步的，所述寄生谐振槽的短槽对天线的三个频带均有影响，增加短槽长度使得天线的三个中心频率均往低频方向移动；所述调节长槽的长度可以获得满足WiFi 应用的三个天线频率，调节短槽的长度可以进一步调节三个中心频率平移。

与现有技术相比，本发明结构精简，具备效率高，全向辐射，多频带等优势，且尺寸小，极大提高无线短程通信效果。

附图说明

图1是本发明三频带WiFi天线的横截面示意图。

图2是本发明三频带WiFi天线的正面结构示意图。

图3是本发明三频带WiFi天线的背面结构示意图。

图4 是2本实施例没有加载寄生谐振槽的情况下天线反射系数随频率变化的曲线。

图5是本实施例加载寄生谐振槽的情况下天线反射系数随频率变化的曲线。

图6是本实施例优化L长度时，天线的仿真反射系数随频率变化的曲线。

图7是本实施例优化W长度时，天线的仿真反射系数随频率变化的曲线。

图8是本实施例三频带WiFi天线的仿真与测量增益曲线。

图9是本实施三频带WiFi天线的仿真与测量效率曲线。

具体实施方式

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左端”、“右端”“上表面”、“下表面”、“左侧”、“右侧” 、“上侧”、“下侧”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不能认定为所指示的元件或者装置是特定的方位。

本发明的描述中，所给出的结构尺寸为优选参数，参照本发明的实施例，修改各个部件的参数可以进一步得到实际所需的性能。

实施例：

参照图1、图2和图3，图1是本发明三频带WiFi天线的横截面示意图，图2是本发明三频带WiFi天线的正面结构示意图，图3是本发明三频带WiFi天线的背面结构示意图。

本发明三频带WiFi天线由以下各个部分组成：辐射体1、介质基板2、金属地3、馈线4、寄生谐振槽5，其中，辐射1设置在介质基板2的上表面，金属地设置在介质基板2的下表面。

辐射体1由上侧金属贴片11、中间金属贴片12、下侧金属贴片13组成，上侧金属贴片11、下侧金属贴片13与中间金属贴片12互相平行放置，上侧金属贴片11、下侧金属贴片13与中间金属贴片12的右侧边缘平齐，上侧金属贴片11、下侧金属贴片13与中间金属贴片12长边边缘的距离都是1 mm，上侧金属贴片11与下侧金属贴片13的宽度相等，上侧金属贴片11比下侧金属贴片13长1mm；中间金属贴片12的左侧与馈线4相连接，使得信号由馈线4传输给辐射体1，并经辐射体1辐射到自由空间。

介质基板2，由介电常数为4.4，厚度为1.6 mm的FR4材料组成，介质基板面积为40mm×40 mm的正方形。

金属地3，由面积为40 mm×40 mm的正方形金属贴片组成。

馈线4，由L型金属贴片组成，其中，L型金属贴片由平行于x轴方向的短枝节，以及垂直与x轴方向的长枝节构成；短枝节是50欧姆是金属微带线，长枝节是连接中间金属贴片12的阻抗转换微带线；调整长枝节的宽度有助于天线的阻抗匹配；短枝节的末端是同轴馈电点，短枝节的末端是一个半圆形金属贴片，圆心位置设置了一个非金属圆形通孔，馈线4是通过50欧姆阻抗的SMA同轴接头给天线提供信号，馈电设置方式为：SMA接头的金属内心穿过通孔与馈线4相连接，SMA接头的外壳与金属地3相连接。

所述馈线4的馈电位置位于金属地3的中心，即金属地3的中心位置是非金属圆形通孔的圆心。

由辐射体1、介质基板2、金属地3、馈线4四部分构成的天线，可以得到初始中心频率约为5 GHz的单频天线。

寄生谐振槽5，寄生谐振槽5设置在辐射体1的正下方，寄生谐振槽5的形状为“回”字型，寄生谐振槽5由上侧长槽51、下侧长槽52、左侧短槽53、右侧短槽54组成；上侧长槽51和下侧长槽52的宽度相同，下侧长槽52比上侧长槽51长1 mm，下侧长槽52的长度直接延伸到金属地3的边缘，使得寄生谐振槽5为一个开了缺口的“回”字型槽。

寄生谐振槽5的上侧长槽51和下侧长槽52是产生中心频率为2.45 GHz频带的关键结构；本实施例中，上侧长槽51和下侧长槽52的长度设置为L，当L长度低于四分之一波导波长时，天线在2.45 GHz频率不产生谐振，当L的长度等于或者大于四分之一波导波长，天线在2.45 GHz频率处产生强谐振，同时在5.5 GHz频率附近也额外产生一个谐振。

由辐射体1、介质基板2、金属地3、馈线4、寄生谐振槽5五部分构成的天线，可以得到所述的三频带WiFi天线。

所述寄生谐振槽5的左侧短槽53和右侧短槽54对天线的三个频带均有影响，本实施例中，左侧短槽53和右侧短槽54的长度设置为W，当W的长度增加将使得天线的三个中心频率均往低频方向移动。

为了进一步描述本发明的目的：获得一个工作频带可灵活设计的小型化三频带WiFi天线；本实施例对所述的天线进行了仿真与测量。

图4展示了本实施中没有寄生谐振槽的情况下天线的反射系数随频率变化的曲线，由图4可以看出，天线在中心频率5 GHz附近的反射系数小于-10 dB,天线在这种情况下属于单频点天线。

进一步地，当天线由辐射体1、介质基板2、金属地3、馈线4、寄生谐振槽5共五部分构成时，可以得到工作带宽满足WiFi应用的三频带天线。图5展示了本实施中加载寄生谐振槽的情况下天线的反射系数随频率变化的曲线，由图5可以看出，天线的仿真回波损耗在2.21-2.51 GHz、5.05-5.23 GHz、5.54-5.58 GHz频率范围内都小于-10 dB，因此，在加载了寄生谐振槽5的情况下，所述天线得到一个中心频率为2.45 GHz、5.2 GHz、5.5GHz的三频带天线。

为了体现本发明三频带WiFi天线设计的灵活性，图6-图7分别展示了优化L、W长度时，天线的仿真反射系数随频率变化的曲线。从图6可以看出，当L的长度逐渐增大到16 mm时，即稍微大于2.45 GHz的四分之一波导波长，天线在2.45 GHz和5.5 GHz处各产生一个谐振点，同时保持了原来在5.2 GHz附近的谐振点不变，体现了寄生谐振槽5的长槽长度L对产生2.45GHz频率和5.5 GHz起到关键作用。从图7可以看出，当W的长度逐渐增加时，天线的三个谐振点同时往低频处移动，展示了寄生谐振槽5的短槽长度W对调节三个频段的移动起到关键作用。

图8展示了本实施三频带天线的仿真与测量增益曲线，由图8可以看出，天线在2.45GHz、5.25GHz、5.5GHz处的峰值增益分别为3.4 dBi, 2.9 dBi, 2.7 dBi，满足WiFi无线通信的基本要求。

图9展示了本实施三频带天线的仿真与测量增效率曲线，由图9可以看出，天线在2.45GHz、5.25GHz、5.5GHz三个中心频率附近的平均效率大于70%，满足WiFi 无线通信的基本要求。

本实施例结构精简，具备效率高，全向辐射，多频带等优势，且尺寸小，极大提高无线短程通信效果。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种三频段WiFi天线，其特征在于：包括辐射体、介质基板、金属地、馈线、寄生谐振槽；所述辐射体由三条尺寸不相同的长方形金属贴片组成，所述馈线为L型的金属贴片，所述寄生谐振槽是挖设于金属地板上的“回”字型槽；辐射体由三条尺寸不一样的长方形金属贴片组成，分为上侧长方形金属贴片，中间长方形金属贴片，下侧长方形金属贴片,每个长方形金属贴片均沿着其长边的方向平行放置；中间长方形金属贴片的尺寸最大，其左侧窄边与微带馈线相连接，作为天线的主要辐射部分；上侧金属贴片、下侧金属贴片与中间金属贴片长边边缘的距离都是1mm，起到增强辐射体与寄生谐振槽耦合的作用，所述的介质基板为正方形介质块，采用材料为FR4，介电常数为4.4，厚度为1.6mm的板材，所述金属地为正方形金属贴片，所述馈线是一条L型阻抗为50欧姆的金属贴片，依据L型金属贴片的特点分为短枝节和长枝节，短枝节的末端为馈电位置，短枝节的末端是一个半圆形金属贴片，圆心位置挖了一个通孔，馈线是通过50欧姆阻抗的SMA同轴接头给天线提供信号，其馈电方式为：SMA接头的金属内心穿过通孔与馈线焊接，SMA接头的外壳与金属地焊接，所述寄生谐振槽设置在辐射体的正下方，寄生谐振槽的形状为“回”字型；所述寄生谐振槽是由两条长槽和两条短槽组成，其中，长槽分为上侧长槽和下侧长槽，上、下侧两条长槽的宽度相同，下侧长槽比上侧长槽长1mm，下侧长槽路径直接延伸到金属地边缘，使得寄生谐振槽为一个开了缺口的“回”字型槽。

2.根据权利要求1所述的一种三频段WiFi天线，其特征在于：所述寄生谐振槽的长槽是产生中心频率为2.45GHz频段的关键结构，长槽的长度为四分之一的波导波长，当长槽的长度低于四分之一波导波长，天线在中心频率2.45GHz不产生谐振，当长槽的长度等于或者大于四分之一波导波长，天线在2.45GHz产生强谐振，同时在5.5GHz附近也额外产生一个谐振。

3.根据权利要求2所述的一种三频段WiFi天线，其特征在于：所述寄生谐振槽的短槽对天线的三个频带均有影响，增加短槽长度使得天线的三个中心频率均往低频方向移动；调节长槽的长度可获得满足WiFi应用的三个天线频率，调节短槽的长度可以进一步调节三个中心频率平移。