CN108832315A - 宽频段的单频ism电小天线 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种宽频段的单频ISM电小天线，包括天线单元，所述天线单元包括辐射微带线、天线馈线、介质基板、金属地；天线单元的辐射微带线包括两个分支，两个个分支的起点均为馈电点终点均为接地点；两个分支的其中之一上设置有电感，另外一分支上均设置有电容；第一个分支经过电感后直接接地，第二个分支经过电感后，经过电容C1，再接地；第三个分支经过电感后，经过电容C2再接地。

Description

宽频段的单频ISM电小天线
技术领域
本发明涉及通信天线的技术领域，具体的，其展示一种宽频段的单频ISM电小天线。
背景技术
在当今世界，物联网IoT（Internet of things）迅速发展，对天线的集成度的要求越来越高。在穿戴式设备、微型传感器、智能硬件的设计与制作过程中，要求将天线集成到传感器封装内，这就给天线设计带来巨大的挑战。研究表明，在传感器通信中使用国际电信联盟指定的较低的ISM(Industrial, Scientific, and Medical)无线通信频段（300MHz-3GHz）可以有效减小通信传播损耗，但是该频段对应的波长较长，使用传统的小型化的方法，如弯折结构、开槽与分形等方法难以使得设计的天线尺寸满足如今的封装要求。对于部分频带宽度较宽的ISM频段，如902-928MHz，传统的微带线天线很难覆盖这么宽的频段。
因此，有必要提供一种宽频段的单频ISM电小天线来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽频段的单频ISM电小天线。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：
一种宽频段的单频ISM电小天线，包括天线单元，所述天线单元包括辐射微带线、天线馈线、介质基板、金属地；天线单元的辐射微带线包括三个分支，三个分支的起点均为馈电点终点均为接地点；三个分支的其中之一上设置有电感，另外两分支上分别设置有电容C1和C2；第一个分支经过电感后直接接地，第二个分支经过电感后，经过电容C1，再接地；第三个分支经过电感后，经过电容C2再接地。
进一步的，所述天线单元的馈线为50欧姆阻抗的同轴线。
进一步的，所述天线单元的介质基板数量为两个，均由相对介电常数为4.4，介电损耗为0.04的 FR4材质构成。
进一步的，两个介质基板其中一个水平放置另一个垂直放置，水平放置的基板开设过孔供同轴馈电使用，过孔外壁覆铜。
进一步的，所述天线单元的金属地由水平放置介质基板的上表面构成。
进一步的，所述天线单元的同轴馈线的金属内芯与中间的微带线相接。
与现有技术相比，本发明通过加载电感和电容来实现天线小型化和调整谐振频率，最主要的是通过两个支路的电容调谐优化来展宽微带线天线的频带宽度。
附图说明
图1是本发明宽频段的单频ISM电小天线的结构示意图。
图 2是本发明宽频段的单频ISM电小天线地工作示意图。
图3是本发明宽频段的单频ISM电小天线的尺寸示意图之一。
图4是本发明宽频段的单频ISM电小天线的尺寸示意图之二。
图5是第二个支路的条件下的天线端口发射系数曲线。
图6是电容C和天线的谐振频率的曲线示意图。
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，本实施例展示宽频段的单频ISM电小天线：
包括天线单元、，所述天线单元包括辐射微带线1、天线馈线、介质基板2、金属地3；天线单元的辐射微带线包括三个分支，三个分支的起点均为馈电点终点均为接地点；三个分支的其中之一上设置有电感L4，另外两分支上均设置有电容C。
其中辐射微带线部分以金属铜为材料，电感L=27nH，初始设置电容C=1.75pF。
本实施例中，所给出的结构尺寸为优化后的参数，修改相关参数可以进一步得到实际所需天线特性。优化后的参数标注见图3和图4，图中的网格用来测量天线的尺寸，网格的大小为1mm×1mm，图中所有数据的单位为毫米（mm）。垂直放置的介质基板的材料是FR4，介电损耗是0.04，其大小是1mm×7mm×12mm。水平放置的介质基板的材料是FR4，介电损耗是0.04，该长方体介质基板的大小为14mm×14mm×1mm。同轴金属内芯的直径为0.869mm，高为1mm，外径为2mm。同轴端口的外壁覆铜。
本实施例中的三个分支，如图2所示，第一个分支经过电感L4后直接接地，第二个分支经过电感L4后，经过电容C15，再接地，第三个分支经过电感L4后，经过电容C26，再接地，集总元件电感电容的加载是设计小型化天线的关键，而第二个分支的加入使得天线的带宽增加到了27MHz（不加第二个分支的时候，天线的带宽是13MHz），如图5所示。其中，电感L的主要作用是实现天线小型化，电容C1和C2的主要作用实现天线小型化和展宽频段宽度，调整谐振频率，以获得902-928 MHz的工作频段。如图6所示，随着电容C1和C2的增大，天线的谐振频率逐渐降低，优化后的参数为C1=C2=1.75pF，L=27nH。本发明宽频段的单频ISM电小天线通过加入第二个支路来展宽带宽，最后使天线的工作频段很好的覆盖了902-928MHz频段。通过加载电感和电容，使得天线整体尺寸小型化为0.043λ×0.043λ×0.037λ，同时改变电容的容值大小可以有效地控制天线的谐振频率，即说明本发明可以通过修改相关参数可以进一步得到实际所需的天线特性。
微带线天线的阻抗带宽往往较窄，难以较好地覆盖目标频段，本发明通过加入第二个电感-电容支路实现了展宽带宽的目的，使得带宽从原来的13MHz变为27MHz，效果较好。总结而言，本发明的亮点在于：通过加载集总元件电感电容的方法实现了天线的小型化、通过加载电感-电容支路的办法较好地提高了天线的带宽，最后使得天线的工作带宽很好地覆盖了ISM频段中的902-928 MHz频段。
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 (10)

1.一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：包括天线单元，所述天线单元包括辐射微带线、天线馈线、介质基板、金属地；天线单元的辐射微带线包括两个分支，两个个分支的起点均为馈电点终点均为接地点；两个分支的其中之一上设置有电感，另外一分支上均设置有电容；第一个分支经过电感后直接接地，第二个分支经过电感后，经过电容C1，再接地；第三个分支经过电感后，经过电容C2再接地。
2.根据权利要求1所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：所述天线单元的馈线为50欧姆阻抗的同轴线，
3.根据权利要求2所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：所述天线单元的介质基板数量为两个。
4.根据权利要求3所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：两个介质基板均由相对介电常数为4.4，介电损耗为0.04的FR4材质构成。
5.根据权利要求4所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：两个介质基板其中一个水平放置另一个垂直放置。
6.根据权利要求5所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：水平放置的基板开设过孔供同轴馈电使用。
7.根据权利要求6所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：过孔外壁覆铜。
8.根据权利要求7所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：所述天线单元的金属地由水平放置介质基板的上表面构成。
9.根据权利要求8所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：所述天线单元的同轴馈线的金属内芯与中间的微带线相接。
10.根据权利要求9所述的一种宽频段的单频ISM电小天线，其特征在于：同轴金属内芯的直径为0.869mm，高为1mm，外径为2mm；同轴端口的外壁覆铜。
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