CN112271456A - 一种小型化超宽带多功能天线 - Google Patents

一种小型化超宽带多功能天线 Download PDF

Info

Publication number
CN112271456A
CN112271456A CN202011251051.3A CN202011251051A CN112271456A CN 112271456 A CN112271456 A CN 112271456A CN 202011251051 A CN202011251051 A CN 202011251051A CN 112271456 A CN112271456 A CN 112271456A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
dielectric substrate
floor
branch
miniaturized ultra
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011251051.3A
Other languages
English (en)
Inventor
伍书凝
林福民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202011251051.3A priority Critical patent/CN112271456A/zh
Publication of CN112271456A publication Critical patent/CN112271456A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明提供一种小型化超宽带多功能天线，包括第一单极子天线、金属地板和地板介质基板，所述第一单极子天线包括天线介质基板、辐射枝节和接地耦合枝节，所述辐射枝节和接地耦合枝节为金属微带天线，铺设于天线介质基板上，辐射枝节和接地耦合枝节相耦合；所述金属地板铺设于所述地板介质基板上表面，所述天线介质基板垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接，所述接地耦合枝节与金属地板电性连接。本发明小型化超宽带多功能天线的辐射效率高、增益高，通过对辐射枝节的弯折设计，并通过接地耦合枝节使辐射枝节产生更多的谐振模式，满足2G/3G/4G/5G全频段的通信要求。

Description

一种小型化超宽带多功能天线
技术领域
本发明涉及微波技术领域，更具体地，涉及一种小型化超宽带多功能天线。
背景技术
随着无线通信技术的不断发展，人们对汽车的无线通信系统设备要求越来越高，对用于无线通信天线来说，覆盖所有的通信频段、高性能辐射性能，已成为研究的重中之重。
如今，移动通信频段主要包含了：824-960MHz、1710-2690MHz、3300-5000MHz。本专利工作频段覆盖了无线移动通信频段中的2G/3G/4G/5G频段，用于车载通信的天线系统，人们尽可能要求其进行小型化设计并保持高性能工作，而印刷单极子天线以其体积小、质量轻、易集成、低剖面等优点成为多频段小型化天线的最佳选择。但是传统的单极子天线由于体积等原因无法集成到汽车上去，采用印刷式单极子可以将单极子印刷在介质基板上，可进行小型化设计并克服带宽缺陷，又可以通过合理地结构优化设计，满足多频段移动通信天线的要求。
如专利CN201822010762.6等现有技术所实现的天线系统，存在尺寸大、辐射效率低、增益低、频带宽度并不能覆盖2G/3G/4G/5G频段等缺陷。目前，大多数研究者均是对印刷式单极子天线进行弯折处理以减小天线的最大尺寸，但是这也同时减小的天线的工作带宽，最明显的是并不能保证覆盖824-960MHz频段，另一个问题就是辐射效率很差，不适合大规模社会推广生产。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的天线系统尺寸大、辐射效率低、增益低、频带宽度并不能覆盖2G/3G/4G/5G频段等缺陷缺陷，提供一种小型化超宽带多功能天线。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种小型化超宽带多功能天线，包括第一单极子天线、金属地板和地板介质基板，所述第一单极子天线包括天线介质基板、辐射枝节和接地耦合枝节，所述辐射枝节和接地耦合枝节为金属微带天线，铺设于天线介质基板上，辐射枝节和接地耦合枝节相耦合；所述金属地板铺设于所述地板介质基板上表面，所述天线介质基板垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接，所述接地耦合枝节与金属地板电性连接。
优选地，还包括第二单极子天线，第二单极子天线的形状和结构与第一单极子天线相同，第二单极子天线垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接。
优选地，所述地板介质基板为轴对称的板状结构，第一单极子天线和第二单极子天线关于地板介质基板的对称轴镜像对称。
优选地，所述辐射枝节为弯折状，其等效总长度为134mm，其工作频段覆盖824-960MHz。
优选地，所述接地耦合枝节为弯折状，其等效总长度为92mm。
优选地，所述辐射枝节上开设有若干箭型缝隙。
优选地，所述辐射枝节上开设有菱形槽口。
优选地，所述小型化超宽带多功能天线采用50欧姆同轴线馈电，同轴线的内导体焊接点为辐射枝节下沿的中点，同轴线的外导体与金属地板直接相连。
优选地，所述小型化超宽带多功能天线为车载鲨鱼鳍天线。
优选地，所述天线介质基板的厚度为0.8mm，所述金属地板的厚度为0.035mm，所述地板介质基板的厚度为1.6mm。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供一种小型化超宽带多功能天线，包括第一单极子天线、金属地板和地板介质基板，所述第一单极子天线包括天线介质基板、辐射枝节和接地耦合枝节，所述辐射枝节和接地耦合枝节为金属微带天线，铺设于天线介质基板上，辐射枝节和接地耦合枝节相耦合；所述金属地板铺设于所述地板介质基板上表面，所述天线介质基板垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接，所述接地耦合枝节与金属地板电性连接。本发明小型化超宽带多功能天线的辐射效率高、增益高，通过对辐射枝节的弯折设计，并通过接地耦合枝节使辐射枝节产生更多的谐振模式，满足2G/3G/4G/5G全频段的通信要求。
附图说明
图1为本发明的小型化超宽带多功能天线的立体结构图。
图2为本发明的小型化超宽带多功能天线的尺寸标注示意图。
图3为金属地板的尺寸标注示意图。
图4为本发明的小型化超宽带多功能天线的驻波比图。
图5为本发明的小型化超宽带多功能天线的实际增益图。
图6为本发明的小型化超宽带多功能天线的效率图。
图7为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率850MHz处的辐射方向图。
图8为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率2GHz处的辐射方向图。
图9为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率2.5GHz处的辐射方向图。
图10为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率3.0GHz处的辐射方向图。
图11为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率3.5GHz处的辐射方向图。
图12为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率4.5GHz处的辐射方向图。
图13为本发明的小型化超宽带多功能天线在频率5GHz处的辐射方向图。
其中：1、第一单极子天线；2、金属地板；3、地板介质基板；4、第二单极子天线；101、天线介质基板；102、辐射枝节；103、接地耦合枝节；104、箭型缝隙；105、菱形槽口。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种小型化超宽带多功能天线，可用作车载鲨鱼鳍天线，包括第一单极子天线、金属地板和地板介质基板，所述第一单极子天线包括天线介质基板、辐射枝节和接地耦合枝节，所述辐射枝节和接地耦合枝节为金属微带天线，铺设于天线介质基板上，辐射枝节和接地耦合枝节相耦合；所述金属地板铺设于所述地板介质基板上表面，所述天线介质基板垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接，所述接地耦合枝节与金属地板电性连接。
在其中一个实施例中，所述辐射枝节为弯折状，其等效总长度为134mm，其工作频段覆盖824-960MHz。
在其中一个实施例中，所述接地耦合枝节为弯折状，其等效总长度为92mm。接地耦合枝节是为了让辐射枝节产生更多的谐振模式，满足全频段的通信要求。
在其中一个实施例中，所述辐射枝节上开设有若干箭型缝隙。
在其中一个实施例中，所述辐射枝节上开设有菱形槽口。
该天线的天线介质基板厚度为0.8mm，金属地板为金属铜材质，厚度为0.035mm；天线介质基板、地板介质基板采用FR4基板材料，该材料成本很低，降低制造成本，易于大批量生产，易于加工，FR4基板材料介电常数为4.3，损耗正切角为0.025，天线介质基板厚度为0.8mm，地板介质基板厚度为1.6mm；辐射枝节和接地耦合枝节采用金属铜材质，厚度为0.035mm。
如图2所示，天线介质基板的长度L、宽度W分别为50mm、40.6mm；对于辐射枝节，外部尺寸结构参数为：W8＝3mm，L6＝6mm，L5＝38mm，W10＝7mm，W5＝7mm，W13＝15mm，W10＝7mm，L3＝7mm，L4＝6mm，W12＝13.7mm，L12＝3mm，W13＝15mm，W14＝29mm；对于接地耦合枝节，外部尺寸结构参数为：W6＝1mm，L10＝5mm，W4＝20mm，L7＝3mm，W2＝2mm，L1＝4mm，L8＝44mm，W15＝25mm。
对于菱形槽口、箭型缝隙，其外部尺寸结构参数为：X1＝2mm，X2＝8.24mm，X3＝8mm，X4＝3.9mm。其余外部尺寸W1＝0.6mm，W3＝8mm，W7＝0.5mm，W9＝17mm，W11＝1mm，L2＝3mm，L9＝1mm，L11＝1mm，L13＝7mm；接地耦合枝节是为了让辐射枝节产生更多的谐振模式，满足全频段的通信要求，菱形槽口、箭型缝隙通过形成双回路及增大表面电流，让辐射枝节产生更高更好的天线效益，辐射枝节的结构主要是为了产生824-960MHz的工作频段，在此之上进行创新性的箭型开缝设计和菱形开槽设计。
如图3为金属地板的尺寸标注示意图。其中金属地板关于G6中心轴线对称，其结构为车载鲨鱼鳍结构，对于金属地板，外部尺寸结构参数为；G1＝19.21mm，G2＝44.41mm，G3＝38.47mm，G4＝38.13mm，G5＝20.74mm，G6＝152.70mm，R1＝R2＝R3＝4mm。
在其中一个实施例中，还包括第二单极子天线，第二单极子天线的形状和结构与第一单极子天线相同，第二单极子天线垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接。所述地板介质基板为轴对称的板状结构，第一单极子天线和第二单极子置于金属地板和地板介质基板中心轴线20.6cm左右两处镜像对称。
在其中一个实施例中，所述小型化超宽带多功能天线采用50欧姆同轴线馈电，同轴线的内导体焊接点为辐射枝节下沿的中点，即图2中AB两点的中点，同轴线的外导体与金属地板直接相连。
对于印刷式的微带天线，由于其尺寸小、重量轻、易集成等优点，研究者绝大部分采用该结构来进行车载通信系统天线的设计。对于本发明专利提出小型化超宽带多功能天线，以印刷式单极子为基础，如图1所示，其中辐射枝节可以认为是印刷式单极子天线，由理论知识可以知道，单极子天线是垂直放置在地面上的，并且其长度约为四分之一个真空波长(谐振频率处的波长)，本发明技术通过创新性的进行弯折处理，将印刷式单极子的长度进行小型化，从结构参数可以看到所采用的的介质基板的长度仅为50mm。再者，由于通信系统的要求，所设计用于车载通信的天线必须覆盖2G/3G/4G/5G频段，所以进行耦合处理，满足频段要求。对于微带天线的馈电方式，现有技术主要是采用微带线馈电或者是共面波导馈电，而本发明技术直接采用50欧姆同轴线接头，可直接将天线与通信系统相连，避免了其他馈电结构对天线辐射方向图、辐射效率的影响。
对于通信工作于所需频段的最低频率824-960MHz，我们必须先初步计算所需要的印刷式单极子天线的尺寸大小。根据单极子天线的理论知识可知，印刷式单极子天线的谐振频率计算方法为：
Figure BDA0002771617400000051
其中c为光速，εr是介质板相对介电常数，L和W分别是单极子天线的长度和宽度，通过上式可以初步计算得到工作于最低频段824-960MHz的天线长度尺寸，但是对于无线通信系统，要求天线部分必须进行小型化设计并保持高增益、高效率辐射。
对于如1710-2690MHz、3300-5000MHz的其他高频段的设计工作，在上述所设计出来的印刷式单极子天线中，其在高频段也存在一定数量的高次模，可基于这些模式对微带线结构进行系列处理，使其满足所有的工作频段要求。现有技术中，绝大部分均是采用了枝节加载的方式来产生更多的工作模式，但是本发明不采用该方法，仅采用切割的方法，即仅对上述的印刷式单极子天线进行创新性的箭型开缝设计和菱形开槽设计，使其在高频段(1710-2690MHz、3300-5000MHz)产生更多的工作谐振点，即可满足工作频段要求。
本发明所设计的多频段车载天线所测试的驻波比图如图4所示，可以看到在824-960MHz频段，驻波比均低于4dB，而对于高频段1710-2690MHz、3300-5000MHz。其驻波比更是可以低于2.5dB，相当于射频信号绝大部分能量均从50欧姆同轴线传输到天线中去，且可以看到在高频段，本发明技术所实现的驻波比指标涵盖了1.6GHz到5GHz，实现了超宽频带工作性能，满足通信频段要求。
本发明设计的车载多频段天线所实现的增益性能如图5所示，可以看到天线的最大实际增益高达7.1dBi，保证了高增益辐射性能，所设计的天线的辐射效率。
如图6所示，可以看到在所需的通信频段内除了一个极小点低于60％，其余频段的辐射效率均高于60％，保证了高辐射效率。
对本发明技术所提出的天线结构方案进行电磁仿真软件CST分析，并给出了天线辐射方向图，图7-12显示了该天线在六个频点(850MHz、2GHz、2.5GHz、2.5GHz、3.5GHz、4.5GHz、5GHz)处的辐射方向图，可以看到天线的仿真结果较为符合全向辐射的性能，可用于多频段无线通信系统。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化超宽带多功能天线，其特征在于，包括第一单极子天线、金属地板和地板介质基板，所述第一单极子天线包括天线介质基板、辐射枝节和接地耦合枝节，所述辐射枝节和接地耦合枝节为金属微带天线，铺设于天线介质基板上，辐射枝节和接地耦合枝节相耦合；所述金属地板铺设于所述地板介质基板上表面，所述天线介质基板垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接，所述接地耦合枝节与金属地板电性连接。
2.根据权利要求1所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，还包括第二单极子天线，第二单极子天线的形状和结构与第一单极子天线相同，第二单极子天线垂直于地板介质基板且与地板介质基板连接。
3.根据权利要求2所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述地板介质基板为轴对称的板状结构，第一单极子天线和第二单极子天线关于地板介质基板的对称轴镜像对称。
4.根据权利要求1所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述辐射枝节为弯折状，其等效总长度为134mm，其工作频段覆盖824-960MHz。
5.根据权利要求4所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述接地耦合枝节为弯折状，其等效总长度为92mm。
6.根据权利要求4所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述辐射枝节上开设有若干箭型缝隙。
7.根据权利要求4所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述辐射枝节上开设有菱形槽口。
8.根据权利要求4所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述小型化超宽带多功能天线采用50欧姆同轴线馈电，同轴线的内导体焊接点为辐射枝节下沿的中点，同轴线的外导体与金属地板直接相连。
9.根据权利要求1-8任一项所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述小型化超宽带多功能天线为车载鲨鱼鳍天线。
10.根据权利要求1-8任一项所述的小型化超宽带多功能天线，其特征在于，所述天线介质基板的厚度为0.8mm，所述金属地板的厚度为0.035mm，所述地板介质基板的厚度为1.6mm。
CN202011251051.3A 2020-11-11 2020-11-11 一种小型化超宽带多功能天线 Pending CN112271456A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011251051.3A CN112271456A (zh) 2020-11-11 2020-11-11 一种小型化超宽带多功能天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011251051.3A CN112271456A (zh) 2020-11-11 2020-11-11 一种小型化超宽带多功能天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112271456A true CN112271456A (zh) 2021-01-26

Family

ID=74339779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011251051.3A Pending CN112271456A (zh) 2020-11-11 2020-11-11 一种小型化超宽带多功能天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112271456A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114865300A (zh) * 2022-06-13 2022-08-05 南京邮电大学 一种双频超宽带鲨鱼鳍天线

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114865300A (zh) * 2022-06-13 2022-08-05 南京邮电大学 一种双频超宽带鲨鱼鳍天线
CN114865300B (zh) * 2022-06-13 2023-10-13 南京邮电大学 一种双频超宽带鲨鱼鳍天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7619564B2 (en) Wideband dielectric resonator monopole antenna
US6515629B1 (en) Dual-band inverted-F antenna
US8477073B2 (en) Internal wide band antenna using slow wave structure
CN103515710B (zh) 一种基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线
CN101710649B (zh) 带条形地板和覆介质反射板的宽波束微带天线单元
CN101192702A (zh) 双频天线
CN201789074U (zh) 一种低剖面移动通信室内覆盖贴片天线
CN108539395B (zh) 适用于5g通信的双频毫米波天线系统及其手持设备
CN213184598U (zh) 一种小型化超宽带多功能天线
CN212648490U (zh) 一种双频天线及iot设备
CN112271456A (zh) 一种小型化超宽带多功能天线
CN112018510B (zh) 一种超宽带天线
CN210111029U (zh) 一种双频天线及飞行器
CN101964451A (zh) 低剖面移动通信室内覆盖贴片天线
CN211376928U (zh) 一种多频段车载通信天线
CN111416199B (zh) 一种多频段车载通信天线
CN102340051A (zh) 双v型双频天线
CN113178688B (zh) 一种空心六角星超宽带天线
CN112713396B (zh) 一种具有矩形背腔的双频小型化偶极子天线
CN112751172B (zh) 一种用于射频能量采集的高增益定向辐射双频接收天线
CN111600120B (zh) 一种紧凑的低交叉极化微带天线
CN110518347B (zh) 一种多频段车载天线
CN111755827A (zh) 基于交叉层叠分形环结构的超宽带天线
KR101178852B1 (ko) 이중대역 칩 안테나
CN112271446A (zh) 同心半圆环微带天线及基于智能家居的无线传感器天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination