CN108847534A - 一种多谐振枝节天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多谐振枝节天线，属于通信领域；其主要包括介质基板(107)，微带传输线(101)，第一偶极子辐射单元(102)，第二C形和反C形偶极子辐射单元(103)，第三偶极子辐射单元(104)，第四倒G形寄生辐射单元(406)，第五螺旋形寄生辐射单元(105)以及置于介质基板下面的部分接地面(108)，微带传输线(101)的馈电端口与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分接地面(108)连接。所设计的天线采用基本偶极子或者变形的偶极子或者变形单极子辐射单元，通过微带传输线直接或者间接进行馈电，从而实现天线的多频带和多极化的小型化设计。

Description

一种多谐振枝节天线

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种多谐振枝节天线。

背景技术

天线是发射和接收电磁波的装置，处于无线通信和探测系统的最前端，其性能对整个系统具有非常重要的影响。随着全球移动通信系统(GSM)、数字通信系统(DCS)、个人通信系统(PCS)、通用移动电信系统(UMTS)、全球定位系统(GPS)、无线局域网(WLAN)、蓝牙(Bluetooth)、无线互联(WiFi)、全球微波互联接入(WiMAX)、以及超宽带(UWB)等无线通信标准的提出，以及移动终端的集成化和小型化的诉求，采用多个收发天线对不同系统标准的融合不利于天线系统在狭小平台上布局，以至于导致严重的电磁兼容性问题。因此，设计一个能融合、集成、兼容不同系统标准的多频带天线已是大势所趋。国内外学者及工程技术人员通过精心地研究，也提出了各种各样的多频天线的设计方法，甚至有的已经投入到实际的应用中，但是这些多频带天线多是采用了多层结构或者槽式结构，并采用微带馈电，孔径耦合馈电，共面波导馈电和同轴馈电等馈电方式，这些馈电结构或多或少的都有些缺点，不能同时达到天线小型化、一体化、多频带的设计要求。因此，通过改进馈电结构，采用紧凑型的谐振结构，不仅能够拓展天线的带宽，同时还能使天线集小型化、一体化、多频带于一身。

H.Kim,J.Jeon,M.K.Khattak,S.Kahng,S.Yoo等人在2015年提出了一种紧凑型多面体偶极子天线，该天线通过在不同的平面放置偶极子臂，从而实现天线的多频带，但是该天线是采用了多层结构，不易集成。Yusuke TANIZAWA,Keizo CHO等人在2017年提出了一种边缘折叠式的偶极子多频带天线，通过折叠边缘的辐射结构，减小了各辐射单元之间的影响，但是该天线工作频段少，只能在两个频段内正常工作。Adrian Bekasiewicz,SlawomirKoziel等人在2018年提出了一种单平面插槽式三频带偶极子天线，该天线通过在单平面上刻蚀两个窄槽将一个宽槽分开的方式，从而实现三频带偶极子天线，但是该天线设计的灵活性还不够高，而且该天线的频带带宽也比较窄。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多谐振枝节天线，该天线采用了串行直接馈电和并行耦合馈电相结合的馈电方式，将天线的三种不同结构的偶极子和G形寄生辐射单元以及螺旋形寄生辐射单元有效的集成在一起，采用每个辐射单元的特点，实现一体化、多频带的设计，同时也可以实现多极化设计。该天线具有结构简单、剖面低、极化设计灵活性等特点，有利于实际工程需求。

本发明的目的是这样实现的：

一种多谐振枝节天线，主要包括介质基板107，微带传输线101，第一偶极子辐射单元102，第二C形和反C形偶极子辐射单元103，第三偶极子辐射单元104，第四倒G形寄生辐射单元406，第五螺旋形寄生辐射单元105以及置于介质基板下面的部分接地面108，微带传输线101的馈电端口与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分接地面108连接。第一偶极子辐射单元102、第二C形和反C形偶极子辐射单元103、第三偶极子辐射单元104采用了串行直接馈电的方式，通过微带传输线101进行直接馈电，第四倒G形寄生辐射单元106和第五螺旋形寄生辐射单元106采用并行间接馈电的方式，通过微带传输线101的耦合实现间接馈电。该天线的阻抗带宽和谐振频率主要是由第一偶极子辐射单元102，第二C形和反C形偶极子辐射单元103，第三偶极子辐射单元104的偶极子臂的尺寸，第四倒G形寄生辐射单元406，第五螺旋形寄生辐射单元105的尺寸以及它们与微带传输线101之间的耦合缝隙决定。通过调整三个偶极子辐射单元的尺寸和它们之间的耦合缝隙，以及第四倒G形寄生辐射单元406和第五螺旋形寄生辐射单元105与微带传输线101之间的耦合缝隙，可以有效地控制各个谐振频率和谐振带宽，从而可以根据实际工程的需要，进行宽带、双频带、三频带、四频带，五频带天线的设计。

所述微带传输线101的下端与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分地面108连接。该天线结构印刷在介质基板107上，通过调整各个辐射单元与微带传输线101的耦合缝隙和辐射单元的尺寸，以使天线有多频带的特性。

所述第二C形和反C形偶极子辐射单元103通过微带传输线101进行直接馈电，该偶极子结构的辐射单元可以实现一个频段的设计，为了减小天线的尺寸，可以将该辐射单元的C形偶极结构采用采用L形，反L形或T形等偶极子结构。

所述第四倒G形寄生辐射单元106采用G形结构，有利于天线的小型化设计，该枝节还可以采用E形结构设计。此外，该辐射单元还可以采用D形和F形结构进行设计。

所述第五螺旋形寄生辐射单元105采用螺旋形结构，不仅可以满足多频带天线的设计，还可以设计为圆极化频段，满足天线的多极化设计。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用了混合极化天线设计和混合馈电方式，通过微带传输线对所述的三个偶极子结构的辐射单元102、103、104进行直接馈电，对第四倒G形寄生辐射单元106和第五螺旋形寄生辐射单元105进行间接耦合馈电，天线的第五螺旋形寄生辐射单元105可以设计成圆极化工作模式，从而实现天线的多极化设计。

本发明所设计的天线的第一偶极子辐射单元102、第二C形和反C形偶极子辐射单元103、第三偶极子辐射单元104是三个偶极子天线结构，偶极子天线本身具有体积小、重量轻、制造成本低、剖面低、易于设计和大规模集成的优点，将三个偶极子结构集成在该天线中，充分利用偶极子天线的优点和耦合的效果，有利于控制天线的谐振频率和谐振带宽，同时可以根据实际工程的需求，合理地调整三个偶极子天线的偶极子臂的尺寸以及它们之间的耦合缝隙，实现多频带的独立设计，也可以利用多频带谐振的特点，实现宽带天线的设计。

本发明还采用了第四倒G形寄生辐射单元106和第五螺旋形寄生辐射单元105结构，这两个寄生辐射单元通过与微带传输线101的耦合间接实现馈电，通过微带传输线的馈电电流产生的辐射耦合到第四倒G形寄生辐射单元106和第五螺旋形寄生辐射单元105，产生感应电流，从而产生辐射，可以产生两个独立的谐振频带，实现更多频带的设计需求。通过调整这两个寄生辐射单元的结构或者它们与微带线传输线101之间的耦合缝隙，从而改变谐振频率，满足灵活设计需求。同时可以使谐振频点和带宽与其它频带临近重叠，构成宽带天线。

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第一偶极子辐射单元的结构示意图；

图4是本发明所设计天线的第二C形和反C形偶极子辐射单元的结构示意图；

图5是本发明所设计天线的第三偶极子辐射单元的结构示意图；

图6是本发明所设计天线的第四倒G形寄生辐射单元的结构示意图；

图7是本发明所设计天线的第五螺旋形寄生辐射单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体对发明做进一步详尽描述：

实施例1：

一种多谐振枝节天线，该天线主要包括以下结构：介质基板，微带传输线，第一偶极子辐射单元，第二C形和反C形偶极子辐射单元，第三偶极子辐射单元，第四倒G形寄生辐射单元，第五螺旋形寄生辐射单元以及置于介质基板下面的部分接地面，微带传输线的馈电端口与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分接地面连接。

第一偶极子辐射单元，第二C形和反C形偶极子辐射单元和第三偶极子辐射单元均采用偶极子或者是变形偶极子的方式实现，第四倒G形寄生辐射单元和第五螺旋形寄生辐射单元采用变形单极子的方式实现，结构简单，便于调节频率，且有利于天线的小型化，宽带和多频带设计。

该天线采串行直接馈电和间接并行馈电结合的馈电方式，且馈电端口可以根据实际需求设计于两端。

该天线的第一偶极子辐射单元、第二C形偶极子辐射单元以及第三偶极子辐射单元都是简单的偶极子天线或者是偶极子天线的变形，通过调节各个偶极子臂长度以及它们之间的耦合缝隙，控制其谐振频率和带宽，第四倒G形寄生辐射单元和第五螺旋形寄生辐射单元，采用间接并行馈电，采用G形寄生辐射单元，扩展天线的带宽和谐振频率，采用螺旋形寄生辐射单元不仅可以减小天线的尺寸，还可以控制天线的极化，实现天线的多极化设计。

实施例2：

结合图1至图7，本发明设计了一种多谐振枝节天线，该天线采用了串行直接馈电和并行耦合馈电相结合的馈电方式，将天线的三种不同结构的偶极子和G形寄生辐射单元以及螺旋形寄生辐射单元有效的集成在一起，采用每个辐射单元的特点，实现一体化、多频带的设计，同时也可以实现多极化设计。该天线具有结构简单、剖面低、极化设计灵活性等特点，有利于实际工程需求。

本发明所涉及的天线主要包括介质基板107，微带传输线101，第一偶极子辐射单元102，第二C形和反C形偶极子辐射单元103只是本发明的一种实施例，第三偶极子辐射单元104，第四倒G形寄生辐射单元406只是本发明的一种实施例，第五螺旋形寄生辐射单元105以及置于介质基板下面的部分接地面108，微带传输线101的馈电端口与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分接地面108连接。第一偶极子辐射单元102、第二C形和反C形偶极子辐射单元103、第三偶极子辐射单元104采用了串行直接馈电的方式，通过微带传输线101进行直接馈电，第四倒G形寄生辐射单元106和第五螺旋形寄生辐射单元106采用并行间接馈电的方式，通过微带传输线101的耦合实现间接馈电。通过调整各个辐射单元的尺寸以及它们之间的耦合缝隙，该天线可以达到很好的匹配，满足多频带的设计需求。

所设计的天线通过微带传输线101对各个辐射单元进行馈电，微带传输线101的下端与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分地面108连接。该天线按照图1所示的结构印刷在介质基板107上，通过调整各个辐射单元与微带传输线101的耦合缝隙和辐射单元的尺寸，可以使天线有多频带的特性。

该天线的阻抗带宽和谐振频率主要是由第一偶极子辐射单元102，第二C形和反C形偶极子辐射单元103，第三偶极子辐射单元104的偶极子臂的尺寸，第四倒G形寄生辐射单元406，第五螺旋形寄生辐射单元105的尺寸以及它们与微带传输线101之间的耦合缝隙决定。通过调整三个偶极子辐射单元的尺寸和它们之间的耦合缝隙，以及第四倒G形寄生辐射单元406和第五螺旋形寄生辐射单元105与微带传输线101之间的耦合缝隙，可以有效地控制各个谐振频率和谐振带宽，从而可以根据实际工程的需要，进行宽带、双频带、三频带、四频带，五频带天线的设计。

本发明所设计的第二C形和反C形偶极子辐射单元103通过微带传输线101进行直接馈电，该偶极子结构的辐射单元可以实现一个频段的设计，为了减小天线的尺寸，可以将该辐射单元的C形偶极结构采用采用L形，反L形或T形等偶极子结构。

本发明所设计的第四倒G形寄生辐射单元106采用G形结构，有利于天线的小型化设计，该枝节还可以采用E形结构设计。此外，该辐射单元还可以采用D形和F形结构进行设计。

本发明所设计的第五螺旋形寄生辐射单元105采用螺旋形结构，不尽可以满足多频带天线的设计，还可以设计为圆极化频段，满足天线的多极化设计。

综上，本发明所设计的天线采用混合极化和混合馈电融合设计的方式，通过微带传输线101直接馈电和间接馈电的方式，将各个辐射单元有效地融合在一起，便于实现天线的小型化、一体化、多频带、宽带设计。该天线采用五个辐射单元，可以独立设计，实现多频带设计，也可以产生多个临近的谐振频点，实现宽带天线设计，该天线充分利用偶极子天线的结构简单、剖面低、易集成化的特点，通过加载了两个寄生辐射单元，进一步增加了该天线的频带，通过合理的调整各个辐射单元的尺寸以及它们与微带线之间的耦合缝隙，可以实现天线的小型化、宽带化、多频带的设计。第五螺旋形寄生辐射单元采用螺旋形结构，尽可以满足多频带天线的设计，还可以设计为圆极化频段，满足天线的多极化设计。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多谐振枝节天线，主要包括介质基板(107)，微带传输线(101)，第一偶极子辐射单元(102)，第二C形和反C形偶极子辐射单元(103)，第三偶极子辐射单元(104)，第四倒G形寄生辐射单元(406)，第五螺旋形寄生辐射单元(105)以及置于介质基板下面的部分接地面(108)，微带传输线(101)的馈电端口与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分接地面(108)连接；第一偶极子辐射单元(102)、第二C形和反C形偶极子辐射单元(103)、第三偶极子辐射单元(104)采用了串行直接馈电的方式，通过微带传输线(101)进行直接馈电，第四倒G形寄生辐射单元(106)和第五螺旋形寄生辐射单元(106)采用并行间接馈电的方式，通过微带传输线(101)的耦合实现间接馈电；该天线的阻抗带宽和谐振频率主要是由第一偶极子辐射单元(102)，第二C形和反C形偶极子辐射单元(103)，第三偶极子辐射单元(104)的偶极子臂的尺寸，第四倒G形寄生辐射单元406，第五螺旋形寄生辐射单元(105)的尺寸以及它们与微带传输线(101)之间的耦合缝隙决定；通过调整三个偶极子辐射单元的尺寸和它们之间的耦合缝隙，以及第四倒G形寄生辐射单元406和第五螺旋形寄生辐射单元(105)与微带传输线(101)之间的耦合缝隙，可以有效地控制各个谐振频率和谐振带宽，从而可以根据实际工程的需要，进行宽带、双频带、三频带、四频带，五频带天线的设计。

2.根据权利要求1所述的一种多谐振枝节天线，其特征在于，所述微带传输线(101)的下端与射频连接器的内导体相连，射频连接器的外导体与部分地面(108)连接；该天线结构印刷在介质基板(107)上，通过调整各个辐射单元与微带传输线(101)的耦合缝隙和辐射单元的尺寸，以使天线有多频带的特性。

3.根据权利要求1所述的一种多谐振枝节天线，其特征在于，所述第二C形和反C形偶极子辐射单元(103)通过微带传输线(101)进行直接馈电，该偶极子结构的辐射单元可以实现一个频段的设计，为了减小天线的尺寸，可以将该辐射单元的C形偶极结构采用采用L形，反L形或T形等偶极子结构；。

4.根据权利要求1所述的一种多谐振枝节天线，其特征在于，所述第四倒G形寄生辐射单元(106)采用G形结构，有利于天线的小型化设计，该枝节还可以采用E形结构设计；此外，该辐射单元还可以采用D形和F形结构进行设计。

5.根据权利要求1所述的一种多谐振枝节天线，其特征在于，所述第五螺旋形寄生辐射单元(105)采用螺旋形结构，不仅可以满足多频带天线的设计，还可以设计为圆极化频段，满足天线的多极化设计。