CN109286072A - 集总加载的双频ism电小天线 - Google Patents

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Abstract

本发明为集总加载的双频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，另外两分支上均设置有电容。本发明通过加载电感和电容来实现天线小型化和调整阻抗匹配，实现小型化、实现双ISM工作频段、通过加载电容可以较好地调整天线的谐振频率。

Description

集总加载的双频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，其展示一种集总加载的双频ISM电小天线。
背景技术
到了21世纪，由于物联网IoT（Internet of things）的迅速发展，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)无线频率（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。
因此，有必要提供一种集总加载的双频ISM电小天线来解决上述问题。
发明内
本发明的目的是提供一种小型化、双ISM频段的集总加载的双频ISM电小天线。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：
一种集总加载的双频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，另外两分支上均设置有电容。
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阻抗匹配，实现小型化、实现双ISM工作频段、通过加载电容可以较好地调整天线的谐振频率。
附图说明
图1是本发明集总加载的双频ISM电小天线的结构示意图。
图2是本发明集总加载的双频ISM电小天线的三个分支的结构示意图。
图3是本发明集总加载的双频ISM电小天线的尺寸示意图之一。
图4是本发明集总加载的双频ISM电小天线的尺寸示意图之二。
图5是电容C1和天线的谐振频率的曲线示意图。
图6是电容C2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，本实施例展示一种集总加载的双频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3、金属地4；天线单元的辐射微带线1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L 5，另外两分支上分别设置有电容C1 6和电容C2 7。
其中辐射微带线1部分以金属铜为材料，电感L=27nH，电容C1=4.7pF，电容C2=3.65pF。
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18mm×0.5mm×12mm。水平放置的介质基板的材料是FR4，介电损耗是0.04，该圆柱体介质基板的半径是9mm，高是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，参见图2，第一个分支经过电感L后直接接地，第二个分支经过电感L后，经过电容C2，再接地，第三个分支经过电感L后，经过电容C1，再接地。
本实施例中，集总元件电感、电容的加载是设计双频ISM电小天线的关键，其中，电感L的主要作用是实现天线小型化，电容C1的主要作用实现天线小型化和是调整谐振频率以获得433.05-434.79 MHz的工作频段，电容C2的主要作用是调整谐振频率以获得902-928MHz的工作频段。电感L=27nH。
如图5所示，随着电容C1的增大，天线的谐振频率逐渐降低。
如图6所示，随着电容C2的增大，天线的谐振频率逐渐降低，优化后的参数为C2=3.65pF。
本实施例分别通过图4中的第二个支路和第三个支路来获得433.05-434.79 MHz、902-928 MHz的工作频段。
本实施例中，通过加载电感和电容，使得天线整体尺寸小型化为0.02λ×0.02λ×0.01λ，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，即说明本实施例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。
本实施例中地板结构选择圆形而不是常用的矩形地板，目的是让地板上的表面电流形成的辐射很好的和天线本体形成的辐射进行互补，实现更好的辐射效率。
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)

1.一种集总加载的双频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，另外两分支上均设置有电容。
2.根据权利要求1所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频ISM电小天线，其特征在于：过孔外壁覆铜。
8.根据权利要求7所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频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所述的一种集总加载的双频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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Title
刘海涛: "无线传感器封装内的电小天线设计", 《CNKI优秀硕士学位论文全文库》 *

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