CN109037926A - 一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于NB‑IoT终端的宽带宽双频天线，由不对称的双枝节网络、50Ω微带馈电线、FR‑4介质基板、接地金属片组成。所述50Ω微带馈电线和不对称的双枝节网络置于介质基板的上表面，不对称的双枝节网络包括一条折叠枝节，另一条枝节为倒L型枝节；所述接地金属贴片置于介质基板的下表面。本发明的双频NB‑IoT天线选型为微带单极子天线，实现了很好的双频特性，覆盖了GSM900频段和DCS1800频段，覆盖的GSM900频带为890MHz～950MHz，覆盖的DCS1800频带为1620MHz～2100MHz，实现了天线的宽带宽覆盖，且结构简单、易加工，本天线能够在更加复杂的环境中保持稳定的性能。

Description

一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线
技术领域
本发明涉及窄带物联网(NB-IoT)领域，尤其是一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线。
背景技术
近年来，随着物联网的飞速发展，物联网通信技术也得到了很大的提高。其中表现突出的是广域网通信技术，业界一般定义为LPWAN(Low-Power Wide-Area Network，低功耗广域网)，典型的应用场景如智能抄表。NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)即是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信LPWAN技术。NB-IoT与GSM、CDMA、WCDMA等传统的2G/3G蜂窝通信技术相比，NB-IoT能够实现海量的接入，超低的功耗和成本，同时，NB-IoT系统能够进行深度覆盖，实现很强穿透性，并且能够与现有移动通信系统进行共站共址，减少塔顶负荷。现如今，NB-IoT在智能抄表、畜牧业管理、井盖监控、智能家居中具有广泛的应用。
NB-IoT的应用频段集中在GSM900和DCS1800频段，频段的范围为825-915MHz和1725-1860MHz。而NB-IoT天线作为NB-IoT收发系统中重要的一部分，其性能的优劣对整个系统的性能有着非常重要的影响。NB-IoT系统对NB-IoT天线提出了很高的要求，NB-IoT天线需要具备更多的频段和更好的性能。现阶段，对于NB-IoT双频天线的研究还很少，要实现高性能的双频NB-IoT天线也是现如今的一大技术难点。现有的双频天线多采用偶极子和缝隙天线，结构复杂，并且带宽很窄，现有天线的带宽具体为：GSM900频段带宽为30MHz，DCS1800频段带宽为120MHz，不能满足NB-IoT系统的双频通信要求。总之，现在还没有合适的宽带宽双频NB-IoT天线应用在NB-IoT终端中，这也是NB-IoT系统中亟待解决的问题。因此，设计出适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线对提升NB-IoT系统的稳定性和通信质量具有重要的现实意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，该天线选型为微带单极子天线，具有良好的双频特性，覆盖了GSM900和DCS1800频段，具体频带为890MHz～950MHz和1620MHz～2100MHz，有效地提高了NB-IoT系统的通信质量，同时也实现了天线的宽带宽化。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
1.一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，自上而下包括了不对称的双枝节网络、50Ω微带馈电线、FR-4介质基板和金属接地片组成；还包括了覆在介质基板侧面的金属片。
2.作为一种优选方案，所述不对称的双枝节网络、50Ω微带馈电线和金属接地片采用铜材料制作。
3.作为一种优选方案，所述介质基板采用FR4材料，介电常数为4.4，损耗正切为0.02。
4.作为一种优选方案，所述金属接地片与介质基板大小不等，且金属接地片位于介质基板下表面的一侧。
5.作为一种优选方案，所述不对称的双枝节网络位于介质基板上表面，由一条折叠枝节和一条倒L型枝节组成，两条枝节分别对应两个不同的谐振频点，可以通过调节枝节长度来调节对应的谐振频点；
6.作为一种优选方案，所述天线馈电方式为侧馈，通过覆在介质基板侧面的金属片进行馈电。
7.作为一种优选方案，所述天线可以通过调节50Ω微带馈电线和不对称的双枝节网络来实现阻抗匹配，通过调节双枝节的长度和宽度实现天线的电阻和电抗的可控性。
附图说明
图1为本发明的天线俯视结构图；
图2为本发明的天线侧视结构图；
图3为本发明的天线回波损耗图；
图4为本发明的天线输入电阻图；
图5为本发明的天线输入电抗图；
图6为本发明的天线在900MHz频点的辐射方向图；
图7为本发明的天线在1800MHz频点的辐射方向图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1天线俯视结构图和图2天线侧视结构图所示，本发明的一种适用于NB-IoT终端的高性能双频天线自上而下包括折叠枝节1、倒L型枝节2、50Ω微带馈电线3、FR-4介质基板4、侧馈金属片5、底层金属接地板6。
所述折叠枝节1、倒L型枝节2、50Ω微带馈电线3设置在FR-4介质基板5的上表面，所述侧馈金属片5覆在FR-4介质基板4侧面，所述金属接地板6设置在FR-4介质基板5的下表面。
所述折叠枝节1又可以分为三条矩形条，第一条矩形条长度L1为15mm，第二条矩形条长度L2为46mm，第三条矩形条折叠为3层，每层长度L3为12mm，每层的距离Ws为2mm，矩形条的宽度Ws为2mm。折叠枝节1与底层金属接地板6水平距离d1为4mm。
所述倒L枝节2可以分为两条矩形条，第一条矩形条长度R1为15mm，第二条矩形条长度R2为25mm，矩形条的宽度都为Ws＝2mm。倒L型枝节1与底层金属接地板6水平距离d2为5mm。
所述50Ω微带馈电线3的长度Lf为22mm，宽度Wf为3.5mm。
所述FR-4介质基板4尺寸为80mm*40mm，长度L为70mm，宽度W为40mm，FR-4介质基板4厚度H为1.6mm，相对介电常数为4.4，损耗正切为0.02。
所述侧馈金属片5长度为Wf＝3.5mm，宽度为H＝1.6mm。
底层金属接地板6与FR-4介质基板5底部面积不等，尺寸为40*17mm，长度W＝40mm，宽度Lg＝17mm。
依据上述具体实施内容在HFSS电磁仿真软件进行建模、仿真，其结果如图3天线回波损耗图、图4天线输入电阻图、图5天线输入电抗图、图6天线在900MHz频点的辐射方向图、图7天线在1800MHz频点的辐射方向图所示，得出结果表明该天线回波损耗S11<-6dB的带宽低频段为60MHz(890MHz～950MHz)，高频段为480MHz(1620MHz～2100MHz)，很好的覆盖了NB-IoT终端的工作频带，有效地提高了NB-IoT系统的通信质量，并实现了天线的宽带宽化。该天线具有很好的全向特性，能够实现NB-IoT信号的广覆盖。

Claims (6)

1.一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，其特征在于：由不对称的双枝节网络、50Ω微带馈电线、FR-4介质基板和金属接地贴片组成，所述不对称的双枝节网络、50Ω微带馈电线置于介质基板的上表面，所述金属接地贴片置于介质基板的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，其特征在于：所述NB-IoT终端天线采用50Ω微带馈电线和不对称的双枝节网络来实现阻抗匹配，通过调节双枝节的长度和宽度实现天线的电阻和电抗的可控性。
3.根据权利要求1所述的一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，其特征在于：所述不对称的双枝节网络由一条折叠枝节和一条倒L型枝节组成。
4.根据权利要求1、3所述的一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，其特征在于：所述的不对称双枝节网络能够产生两个谐振频点，频带为890MHz～950MHz和1620MHz～2100MHz。
5.根据权利要求1所述的一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，其特征在于：所述接地金属贴片的尺寸与介质基板的平面尺寸不同，且接地金属贴片位于介质基板的一侧。
6.根据权利要求1、2、3所述的一种适用于NB-IoT终端的宽带宽双频天线，其特征在于：所述不对称的双枝节网络、50Ω微带馈电线和金属接地贴片的材料都为铜。
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