CN110165394A - 一种双端口双层平面螺旋缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双端口双层平面螺旋缝隙天线，包括层叠固定连接的上层基板和下层基板；所述上层基板的上表面设置有微带线A和微带线B；所述上层基板的下表面设置有椭圆形金属环；所述椭圆形金属环的外侧设置有环形缝隙；所述上层基板的下表面余下部分设置有金属层A；所述下层基板的下表面设置有两条螺旋金属臂；所述两条螺旋金属臂的外侧设置有圆环形缝隙；所述圆环形缝隙的外侧设置有金属层B；所述微带线A位于椭圆形金属环上方；所述微带线B通过金属丝与其中一条螺旋金属臂连接。本发明天线具有两个用于馈电的微带线，两个微带线对应端口之间隔离度大，能充当两个天线，同时用于不同频率的通信模块，减小通信系统体积和成本。

Description

一种双端口双层平面螺旋缝隙天线
技术领域
本发明属于信息通信领域，具体涉及一种双端口双层平面螺旋缝隙天线。
背景技术
随着通信技术的快速发展，各种通信业务出不穷，在通信终端体积有限而各种数据通信需求不断增长的现实下，要求在通信终端要有多个发射或接收天线。通信终端有限的体积给放置多个天线带来困难，虽然能采用双频或多频天线，来满足不同的通信需要，例如，双频或多频微带天线、双频或多频平面倒置F型天线、双频或多频单极子天线等等。但这些天线大多数为单端口天线，不利于要求不同通信数据在不同端口发射或接收的通信应用。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种双端口双层平面螺旋缝隙天线，以解决现有技术中大多数双频或多频天线为单端口天线，不利于实际使用时在同一通信设备中不同端口发射或接收数据的技术问题。
本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种双端口双层平面螺旋缝隙天线，包括层叠固定连接的上层基板和下层基板；
所述上层基板的上表面设置有微带线A和微带线B；
所述上层基板的下表面设置有椭圆形金属环；
所述椭圆形金属环的外侧设置有环形缝隙；
所述上层基板的下表面余下部分设置有金属层A；
所述下层基板的下表面设置有两条螺旋金属臂；
所述两条螺旋金属臂的外侧设置有圆环形缝隙；
所述圆环形缝隙二的外侧设置有金属层B；
所述微带线A位于椭圆形金属环上方；
所述微带线B通过金属丝与其中一条螺旋金属臂连接。
进一步的，所述微带线A和微带线B位置上相互垂直。
进一步的，所述微带线A为长条形，近上层基板中心一端位于椭圆形金属环的正上方；
所述微带线B为长剑形，近上层基板中心一端设置有金属通孔；
所述金属丝插入金属通孔中。
进一步的，所述两条螺旋金属臂的中心处断开。
进一步的，所述金属丝的长度等于上层基板和下层基板厚度的和。
进一步的，所述金属丝材料包括锡。
进一步的，所述下层基板的上表面无金属层。
设置的两个位置上相互垂直的微带线，从而实现天线具有两个微带线馈电端口，位置上相互垂直是为了实现微带线之间的隔离度。上层基板的上表面设有的长条形微带线A位于印制在下表面的椭圆形金属环的正上方，起到给椭圆形金属环馈电的作用；上层基板的上表面设有的长剑形微带线B，通过一根穿透了上层基板和下层基板的金属丝，和下层基板的下表面的螺旋金属臂连接导通，起到给下层基板的下表面的螺旋金属臂馈电的作用。上层基板的下表面设有的椭圆形金属环、挖出环形缝隙的其他金属层是微带线A对应的辐射主体，下层基板的下表面设有一个圆环形缝隙的两条螺旋金属臂是微带线B对应的辐射主体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在天线上设置两个相互隔离的微带线，实现了两个不同微带线同时实现发射或接收电磁波的作用；本发明能多频段工作，且在工作频段内垂直面方向图具有全向特性，可以用于同时发射或接收多频带范围内移动通信和无线局域网等电磁波信号；本发明通过采用平面结构、低剖面、重量轻，实现了易于和其它平面电路集成的作用。
附图说明
图1为本发明的天线上层基板的上下表面示意图（深灰色为上表面的微带线A和微带线B，浅灰色为下表面的金属层）；
图2为天线下层基板的下表面示意图（下层基板上表面无金属层，白色部分没有涂层，灰色部分都是金属涂层）；
图3为本发明天线S参数随频率变化曲线图，图中带圆点实线为本发明的天线反射系数S11随频率变化曲线；带三角点实线为本发明的天线反射系数S22随频率变化曲线；带方点实线为本发明的天线隔离度S12随频率变化曲线；
图4为本发明的天线增益随频率变化图；
图5为本发明的天线垂直面辐射方向图；
图6为本发明的天线水平面辐射方向图。
附图标记：1-微带线A；2-微带线B；3-金属层A；4-椭圆形金属环；5-金属丝；6-金属层B；7-螺旋金属臂。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、图2所示，一种双端口双层平面螺旋缝隙天线，包括依次层叠设置的上层基板和下层基板。上层基板的上表面设有两个位置上相互垂直的微带线A1和微带线B2，上层基板的下表面设置有椭圆形金属环4；椭圆形金属环4的外侧设置有环形缝隙；上层基板的下表面余下部分设置有金属层A3；下层基板的下表面设置有两条螺旋金属臂7；两条螺旋金属臂7的外侧设置有圆环形缝隙；圆环形缝隙的外侧设置有金属层B6；两条螺旋金属臂7的中心处被断开，放置在上层基板的上表面的微带线B2通过一根穿透了上层基板和下层基板的金属丝5实现了和下层基板的下表面上的螺旋金属臂7连接导通。
微带线A1为长条形，近上层基板中心一端位于椭圆形金属环4的正上方；微带线B2为长剑形，近上层基板中心一端为尖头，尖头上开了个金属通孔，便于插入金属丝5。
下层基板的下表面上的圆环形缝隙中心区域包含两条平面螺旋金属臂7，两条平面螺旋金属臂7中间断开，其中一条通过金属丝5和上层基板的上表面的微带线B2电导通。
金属丝5的长度与上层基板和下层基板的总厚度相同，金属丝5也可以由滴入的熔化的液态锡形成。
天线的各个尺寸参数相互影响制约，天线的排布及结构设计对天线的性能影响较大， 上层基板采用厚度为2 mm的常见FR-4板材（环氧树脂玻璃布覆铜基板），下层基板采用厚度为1mm的FR-4基板，这两层基板的相对介电常数εr都为4.4，损耗角正切tanδ为0.01。天线上层基板的长宽和天线下层基板的长度L、宽度W相等，分别都为60 mm和60 mm；微带线A1的宽度W2为0.5mm，微带线B2的宽度W1为1.9mm。上层基板的下表面的环形缝隙的半径为25mm，该环形缝隙中间设有的椭圆形金属环4的内半径R1为18mm，椭圆形金属环4短轴方向金属环宽度E1、长轴方向金属环宽度E2分别是1.6mm、2.6mm：下层基板的上表面无金属，下层基板的下表面的平面螺旋金属臂7最外缘的半径Ry等于26mm，该平面螺旋金属臂7四周的圆环形缝隙的宽度为0.7mm；穿透了上层基板和下层基板的金属丝5长度为3mm，放置在上层基板的上表面的微带线B2通过它，和下层基板下表面平面螺旋金属臂7连接导通。
图3给出了该双端口双层平面螺旋缝隙天线的S11、S22、S12参数随频率变化的仿真曲线：图中带圆点实线为本发明的微带线A 1对应的天线反射系数S11随频率变化曲线，图中带三角点实线为本发明的微带线B 2对应天线反射系数S22随频率变化曲线，图中带方点实线为本发明的天线两端口之间隔离度S12随频率变化曲线。可见，证明当对应的S11小于-10dB时，双端口双层平面螺旋缝隙天线微带线A 1对应端口能工作在1.78～1.91GHz/2.17～2.2GHz/2.46～2.5GHz/2.55～2.65GHz/2.78～3.4GHz，可以用来接收工作频率处于该频段的常见移动通信信号和无线局域网信号，如Wifi无线局域网信号、3G/4G/5G信号等。对应的S22小于-10dB时，微带线B 2对应端口能工作在2.33～2.37GHz，可以用来接收工作频率处于该频段的常见通信信号，如中国移动的4G信号。天线两端口之间隔离度S12在天线的工作频段内可做到最小-12dB、最大-28dB，也就意味着这两个不同馈电端口相互隔离，可以同时发射或接收电磁波。
图4给出了该天线的增益随频率变化图，可见该双端口双层平面螺旋缝隙天线的最大增益在观察的频率范围内可以达到4.16dBi。
图5和图6给出了该双端口双层平面螺旋缝隙天线在垂直面（垂直于天线的平面）和水平面辐射方向图，天线在1.8GHz、2.5GHz、3.3GHz等工作频点在天线垂直面都具有准全向辐射特性。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，包括层叠固定连接的上层基板和下层基板；
所述上层基板的上表面设置有微带线A（1）和微带线B（2）；
所述上层基板的下表面设置有椭圆形金属环（4）；
所述椭圆形金属环（4）的外侧设置有环形缝隙；
所述上层基板的下表面余下部分设置有金属层A（3）；
所述下层基板的下表面设置有两条螺旋金属臂（7）；
所述两条螺旋金属臂的外侧设置有圆环形缝隙；
所述圆环形缝隙的外侧设置有金属层B（6）；
所述微带线A位于椭圆形金属环（4）上方；
所述微带线B通过金属丝（5）与其中一条螺旋金属臂连接。
2.根据权利要求1所述的双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，所述微带线A（1）和微带线B（2）位置上相互垂直。
3.根据权利要求1所述的双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，所述微带线A（1）为长条形，近上层基板中心一端位于椭圆形金属环（4）的正上方；
所述微带线B（2）为长剑形，近上层基板中心一端设置有金属通孔；
所述金属丝（5）插入金属通孔中。
4.根据权利要求1所述的双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，所述两条螺旋金属臂（7）的中心处断开。
5.根据权利要求1所述的双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，所述金属丝（5）的长度等于上层基板和下层基板厚度的和。
6.根据权利要求5所述的双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，所述金属丝（5）材料包括锡。
7.根据权利要求1所述的双端口双层平面螺旋缝隙天线，其特征在于，所述下层基板的上表面无金属层。
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