CN110165399A - 单端口馈电的双频天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单端口馈电的双频天线，包括介质基板、辐射贴片、接地金属层、低通滤波结构、微带线以及馈电端口；辐射贴片和接地金属层分别设置于介质基板相背离的第一表面和第二表面，接地金属层上开设至少一条辐射缝隙；低通滤波结构位于第一表面并与辐射贴片连接，低通滤波结构位于辐射贴片与辐射缝隙在第一表面的投影之间的区域内；微带线连接馈电端口与低通滤波结构。本发明还公开了一种电子设备。本发明提供的一种单端口馈电的双频天线和电子设备，通过单一馈电端口经由一条微带线对单极子及缝隙同时馈电，整个天线能够同时工作于微波与毫米波频段，并引入低通滤波器结构于微带线与单极子之间，提供了一种高隔离度的双频天线。

Description

单端口馈电的双频天线和电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种单端口馈电的双频天线和一种电子设备。

背景技术

随着无线通信技术的发展，微波频段的频谱被广泛应用于各种通信领域，从而出现了频段拥挤、可用频带窄等问题，而毫米波频段以其高频段、宽带宽等优点受到广泛的关注，因此毫米波天线由此进入天线的研究领域，成为近年以来的研究热点。

相较于目前被广泛使用的微波通信，毫米波通信传输速率高，但其传输距离短也使其在应用时受到局限，因此可同时工作于微波和毫米波频段的双频天线具有较高的应用价值。但目前实现的双频天线结构较为复杂，采用多端口馈电，在实际应用中具有较大的局限性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单端口馈电的双频天线和电子设备，旨在解决现有技术中的双频天线因采用多端口馈电导致在实际应用中受到较大局限的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种单端口馈电的双频天线，所述单端口馈电的双频天线包括介质基板、辐射贴片、接地金属层、低通滤波结构、微带线以及馈电端口；

所述辐射贴片和所述接地金属层分别设置于所述介质基板相背离的第一表面和第二表面，所述接地金属层上开设至少一条辐射缝隙，其中，所述辐射贴片用于辐射低频信号，所述辐射缝隙用于辐射高频信号；

所述低通滤波结构位于所述第一表面并与所述辐射贴片连接，所述低通滤波结构位于所述辐射贴片与所述辐射缝隙在所述第一表面的投影之间的区域内；

所述微带线连接所述馈电端口与所述低通滤波结构。

可选地，所述接地金属层在所述第一表面的投影与所述辐射贴片错位设置。

可选地，所述低通滤波结构包括传输线段，所述传输线段的两端分别连接于所述微带线和所述辐射贴片并形成两个连接部，自每一所述连接部向所述传输线段的中部延伸出开路枝节。

可选地，其特征在于，所述开路枝节为三角形或矩形。

可选地，所述微带线延伸至所述介质基板边缘的一端的两侧各设置有矩形金属贴片；

在每一所述矩形金属贴片覆盖的所述介质基板的区域内，设置有贯穿所述介质基板的多个金属柱，每一所述金属柱连接所述矩形金属贴片和接地金属层。

可选地，所述辐射缝隙的长度大于或等于0.8倍波长并且小于或等于1.2倍波长，所述波长为所述单端口馈电的双频天线的高频中心频率对应的波长。

可选地，所述辐射贴片为矩形、圆形或多边形。

可选地，所述双频天线包括至少三条辐射缝隙，相邻的所述辐射缝隙之间的距离相等。

可选地，所述微带线的中轴线与所述介质基板的中轴线共线，所述辐射缝隙关于所述介质基板的中轴线对称。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括壳体以及设置于所述壳体上或所述壳体内的如上所述的单端口馈电的双频天线。

本发明提供的一种单端口馈电的双频天线和电子设备，结合了一种工作于微波频段的贴片状的单极子天线与工作于毫米波频段的缝隙天线，通过单一馈电端口经由一条微带线对单极子及缝隙同时馈电，从而使得整个天线能够同时工作于微波与毫米波频段，并且引入低通滤波器结构于微带线与单极子之间，使得高频毫米波信号被隔绝至单极子以外，从而保证两个频段具有良好的隔离效果，从而提供了一种结构简单且性能优良的双频天线。

附图说明

图1为本发明单端口馈电的双频天线的结构正视图；

图2为本发明单端口馈电的双频天线的结构背视图；

图3为本发明单端口馈电的双频天线的结构透视图；

图4为本发明单端口馈电的双频天线的局部放大图；

图5为本发明具有三角形的开路枝节的单端口馈电的双频天线的结构示意图；

图6为本发明具有三角形的开路枝节的单端口馈电的双频天线的局部放大图；

图7为本发明具有圆形的辐射贴片的单端口馈电的双频天线的结构示意图；

图8为本发明具有有缺角的圆形的辐射贴片的单端口馈电的双频天线的结构示意图；

图9为本发明具有矩形贴片的单端口馈电的双频天线的结构示意图；

图10为本发明具有矩形贴片的单端口馈电的双频天线的局部放大图；

图11为本发明具有三个辐射缝隙的单端口馈电的双频天线的透视图；

图12为本发明单端口馈电的双频天线的低通滤波结构尺寸示意图；

图13为本发明单端口馈电的双频天线矩形金属贴片的尺寸示意图；

图14为本发明单端口馈电的双频天线低频回波损耗图；

图15为本发明单端口馈电的双频天线低频增益图；

图16为本发明单端口馈电的双频天线在低频2.6GHz时的E面辐射方向图；

图17为本发明单端口馈电的双频天线在低频2.6GHz时的H面辐射方向图；

图18为本发明单端口馈电的双频天线高频回波损耗图；

图19为本发明单端口馈电的双频天线高频增益图；

图20为本发明单端口馈电的双频天线在高频26GHz时的E面辐射方向图；

图21为本发明单端口馈电的双频天线在高频26GHz时的H面辐射方向图。

附图标号说明：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1、图2，图1为本发明实施例提供的一种单端口馈电的双频天线的正视图，图2为单端口双频天线的底视图，其中，所述单端口馈电的双频天线1包括：

介质基板10、辐射贴片20、接地金属层30、低通滤波结构40、微带线50以及馈电端口60；馈电端口60位于介质基板10的边缘并与馈源连接；

所述辐射贴片20和所述接地金属层30分别设置于所述介质基板10相背离的第一表面和第二表面，所述接地金属层30上开设至少一条辐射缝隙31，其中，所述辐射贴片20相当于单极子天线，用于辐射低频信号，所述辐射缝隙31用于辐射高频信号；

所述低通滤波结构40位于所述第一表面并与所述辐射贴片20连接，所述低通滤波结构40位于所述辐射贴片20与所述辐射缝隙31在所述第一表面的投影之间的区域内；

所述微带线50连接所述馈电端口60与所述低通滤波结构40。

为了更好的显示低通滤波结构40、辐射贴片20以及辐射缝隙31之间的位置关系，图3展示了双频天线的透视图，即将介质基板10的第一表面和第二表面上的各个组成部件都同时展示在图3中。

从图3中可看到，低通滤波结构40被设置于辐射缝隙31与辐射贴片20之间。高频信号从馈电端口输入传至微带线，微带线激励矩形缝而产生高频辐射，高频毫米波频段产生具有定向辐射特性的方向图。

进一步地，为了得到均匀对称的辐射方向图，所述微带线50的中轴线与所述介质基板10的中轴线共线，所述辐射缝隙31关于所述介质基板10的中轴线对称。

需要说明的是，矩形缝隙尺寸相对于低频信号的波长很小，因此从馈电端口沿微带线传输的低频信号从矩形缝隙中辐射出来的低频信号很小。进一步地，为了提高高频信号在矩形缝隙上的辐射效率，可设置辐射缝隙的长度大于或等于0.8倍波长并且小于或等于1.2倍波长，所述波长为所述单端口馈电的双频天线的高频中心频率对应的波长。

高频信号和低频信号一起沿着微带线传输到低通滤波结构，低通滤波结构将高频信号滤除，让低频信号通过，低频信号被传输到辐射贴片上辐射出去，形成具有全向辐射特性的方向图。

可选地，为了得到较好的辐射方向图，所述接地金属层30在所述第一表面的投影与所述辐射贴片20错位设置，即所述接地金属层30在所述第一表面的投影和所述辐射贴片20不能重叠。

具体地，所述低通滤波结构40包括传输线段41，所述传输线段41的两端分别连接所述微带线50和所述辐射贴片20并形成两个连接部43，每一所述连接部43向所述传输线段41的中部延伸出开路枝节42。图3中显示了每个连接部延伸出了两个矩形的开路枝节，每个连接部延伸出的开路枝节的个数不作限定，可以少于两个或多于两个。

从传输线段的两端延伸出开路枝节相当于并联电容，高频信号在传输线段传输时，相当于在电容旁边加载了高频信号，此时电容的阻抗会变小，高频信号会经由该电容短路到流入到地，因此开路枝节起到过滤高频信号的作用。

本实施例提供的一种单端口馈电的双频天线和电子设备，结合了一种工作于微波频段的贴片状的单极子天线与工作于毫米波频段的缝隙天线，通过单一馈电端口经由一条微带线对单极子及缝隙同时馈电，从而使得整个天线能够同时工作于微波与毫米波频段，并且引入低通滤波器结构于微带线与单极子之间，使得高频毫米波信号被隔绝至单极子以外，从而保证两个频段具有良好的隔离效果，从而提供了一种结构简单且性能优良的双频天线。

如图5、图6所示，在另一实施例中，开路枝节42为三角形。当开路枝节为三角形时，可以支持更宽的频带，即开路枝节所在的低通滤波结构可以滤除频带更宽的高频信号。

如图7所示，在另一实施例中，辐射贴片20为圆形。进一步地，如图8所示，为了更好地调节辐射贴片20形成的低频天线的匹配，从而扩宽低频的阻抗带宽，辐射贴片20为具有缺角的圆形。

如图9、图10所示，在另一实施例中，所述微带线50延伸至所述介质基板10边缘的一端的两侧各设置有矩形金属贴片70；在每一所述矩形金属贴片70覆盖的所述介质基板10的区域内，设置有贯穿所述介质基板10的多个金属柱80，每一所述金属柱80连接所述矩形金属贴片70和接地金属层30。

进一步地，为了更好的调节高频的匹配，两个所述矩形金属贴片70关于所述微带线50的中轴线对称。

在本实施例中，矩形金属贴片与金属柱的整体结构用于调节高频的匹配，从而扩宽高频的阻抗带宽。

如图11所示，在另一实施例中，在单端口馈电的双频天线的接地金属层30上开设三条辐射缝隙，相邻的所述辐射缝隙之间的距离相等。类似地，可以根据需要开设更多的辐射缝隙。

在本实施例中，通过在接地金属层上开设三条辐射缝隙，可以提高单端口馈电的双频天线的增益，从而提高天线的辐射效率。

在本实施例中，所采用的介质基板的相对介电常数为3，厚度为0.254mm。单端口馈电的双频天线的各尺寸优化参数为：介质基板的长为132.4mm、宽为122mm；接地金属层的长为122mm、宽为44mm；辐射缝隙长为8.9mm、宽为0.8mm；微带线长为40.2mm、宽为0.7mm；辐射贴片为圆形且圆形贴片的半径为46mm，同时切角部分的长度为55.2mm；低通滤波结构的尺寸如图12所示，与辐射贴片连接的连接部的长度Lc为2.3mm、宽度Wc为0.6mm，L1＝0.7mm，L2＝1.5mm，c＝3.8mm，d＝0.1mm，Lt＝1.75mm；矩形金属贴片的尺寸如图13所示，长度Lp为5mm、宽度Wp为3mm，矩形金属片与微带线两个靠近相对的侧边的距离D1为1.5mm，金属柱的横截面为圆形，圆形半径为0.3mm，D2为0.7mm。

基于上述优化的尺寸，得到本实施例中单端口馈电的双频天线的仿真结果。如图14为仿真的低频回波损耗图，从图中的结果可以看出，该天线具

有139.6％(0.72-4.05GHz)的超宽带低频阻抗带宽。图15为增益图，低频的增益为3.2±2.2dBi。图16为低频2.6GHz时的E面的辐射方向图，图17为2.6GHz时的H面的辐射方向图；图18为仿真的高频回波损耗图，该天线具有20.9％(22.7-28GHz)的低频阻抗带宽；图19为高频增益图，高频的增益为4.3±0.5dBi；图20为26GHz时的E面的辐射方向图，图21为26GHz时的H面的辐射方向图。从图中的结果可以看出，该天线在两个工作频带具有良好的全向辐射特性。

此外，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括壳体以及设置于所述壳体上或所述壳体内的如上所述的单端口馈电的双频天线。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述单端口馈电的双频天线包括介质基板、辐射贴片、接地金属层、低通滤波结构、微带线以及馈电端口；

所述辐射贴片和所述接地金属层分别设置于所述介质基板相背离的第一表面和第二表面，所述接地金属层上开设至少一条辐射缝隙，其中，所述辐射贴片用于辐射低频信号，所述辐射缝隙用于辐射高频信号；

所述低通滤波结构位于所述第一表面并与所述辐射贴片连接，所述低通滤波结构位于所述辐射贴片与所述辐射缝隙在所述第一表面的投影之间的区域内；

所述微带线连接所述馈电端口与所述低通滤波结构。

2.如权利要求1所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述接地金属层在所述第一表面的投影与所述辐射贴片错位设置。

3.如权利要求2所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述低通滤波结构包括传输线段，所述传输线段的两端分别连接于所述微带线和所述辐射贴片并形成两个连接部，自每一所述连接部向所述传输线段的中部延伸出开路枝节。

4.如权利要求3所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述开路枝节为三角形或矩形。

5.如权利要求2所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述微带线延伸至所述介质基板边缘的一端的两侧各设置有矩形金属贴片；

在每一所述矩形金属贴片覆盖的所述介质基板的区域内，设置有贯穿所述介质基板的多个金属柱，每一所述金属柱连接所述矩形金属贴片和接地金属层。

6.如权利要求1至5任一项所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述辐射缝隙的长度大于或等于0.8倍波长并且小于或等于1.2倍波长，所述波长为所述单端口馈电的双频天线的高频中心频率对应的波长。

7.如权利要求1至5任一项所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述辐射贴片为矩形、圆形或多边形。

8.如权利要求1至5任一项所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述双频天线包括至少三条辐射缝隙，相邻的所述辐射缝隙之间的距离相等。

9.如权利要求1至5任一项所述的单端口馈电的双频天线，其特征在于，所述微带线的中轴线与所述介质基板的中轴线共线，所述辐射缝隙关于所述介质基板的中轴线对称。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体以及设置于所述壳体上或所述壳体内的如权利要求1至9任一项所述的单端口馈电的双频天线。