CN114914690A - 一种低频可调谐的双频去耦天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频可调谐的双频去耦天线结构，包括介质基板、一对F型天线、第一金属地、去耦结构和匹配网络，匹配网络将一对F型天线的输出阻抗在高频段和低频段内均匹配到50欧姆，去耦结构使用中和线结构、缺陷地结构和地板分支来实现，由第七矩形金属块、第八矩形金属块和第九矩形金属块构成的中和线结构实现了对于高频段的去耦，缺陷地结构以及由第十矩形金属块、第十一矩形金属块和第十二矩形金属块和第十三矩形金属块构成的地板分支实现低频段去耦，通过改变第一矩形槽内的可变电容的电容值，使得在低频段有可调谐的功能；优点是能够实现双频段的去耦，结构相对简单，并且能够满足低频段可调谐需求，在实际应用中具有较高的灵活性。

Description

一种低频可调谐的双频去耦天线结构

技术领域

本发明涉及一种去耦天线结构，尤其是涉及一种低频可调谐的双频去耦天线结构。

背景技术

移动通信在1G、2G发展阶段，所提出的主要技术为SISO(simple input simpleoutput，单入单出)，天线数量通常为单条，此时移动通信设备的工作频段通常是比较单一的。随着移动通信技术的发展，为了适应现代社会的通信需求，现代通讯技术的发展趋向于高度集成化，移动通信设备中天线的数量也愈渐增加。天线的小型化是集成化的高度表现，但是这会导致天线结构更加紧凑，同时天线之间的间距随之减小。天线间的间距减小后，天线之间的相关性则会大大增加，从而引起天线之间的互耦性增强。在MIMO (Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)技术广泛应用于5G时代的今天，移动终端设备以及小型的基站设备受到更为严格的尺寸限制，收发端使用的天线数量反而越来越多，这就导致天线间存在较大的耦合，这会影响天线的传输性能，如使得信号处理的复杂度大幅增加，影响信道容量，恶化天线的电压驻波比、增益、效率等。因此天线间的耦合性能是当前不可忽视的技术问题。

在文献(Y.Wang and Z.Du,"A Wideband Printed Dual-Antenna System With aNovel Neutralization Line for Mobile Terminals,"in IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,vol.12,pp.1428-1431,2013.)中公开了一种利用地板分支和中和线的去耦方案，实现了单频段的去耦。该文献的去耦方案通过在一对天线之间加入去耦结构构成去耦天线，但是该去耦天线结构相对复杂且只能实现该对天线在单一频段上的去耦，并且该频段固定后无法实现可调谐的功能。但是，当前为提升传输速率，移动终端设备需要符合 WLAN，4G和5G等多种通信标准，因此单一频段显然无法满足如今的通信需求，而且去耦仅仅满足在去耦频段内的固定带宽里，在实际应用中也缺乏灵活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低频可调谐的双频去耦天线结构，该双频去耦天线结构能够实现双频段的去耦，结构相对简单，并且能够满足低频段可调谐需求，在实际应用中具有较高的灵活性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低频可调谐的双频去耦天线结构，包括介质基板、一对天线、第一金属地、去耦结构和匹配网络，所述的介质基板为长方体形状，所述的介质基板的材质为FR4、相对介电常数为4.4、损耗正切值为0.02，所述的介质基板的长为80mm、宽为60mm、高为1.6mm，所述的介质基板的长沿前后方向，宽沿左右方向，所述的一对天线为一对F型天线，所述的去耦结构使用中和线结构、缺陷地结构和地板分支来实现，能够实现高频段去耦、低频双频去耦以及低频段可调谐，所述的匹配网络用于将一对F型天线的输出阻抗在高频段和低频段内均匹配到 50欧姆；所述的第一金属地附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一金属地的左端面与所述的介质基板的左端面齐平，所述的第一金属地的右端面与所述的介质基板的右端面齐平，所述的第一金属地的后端面与所述的介质基板的后端面齐平，所述的第一金属地的前端面与所述的第一金属地的后端面之间的距离为36mm；将一对F型天线称为第一F型天线和第二F型天线，所述的第一F型天线位于所述的第二F型天线的左侧，所述的第一F型天线和所述的第二F型天线分别设置在所述的介质基板的上表面，且位于所述的第一金属地的前侧，两者相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第一F型天线包括第一矩形金属块、第二矩形金属块、第三矩形金属块和第一端口，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块和所述的第三矩形金属块均附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的介质基板的前端面平行，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第一介质基板的前端面之间具有一段距离，所述的第二矩形金属块位于所述的第一矩形金属块的后侧，且两者之间具有一段距离，所述的第二矩形金属块平行于所述的第一矩形金属块，所述的第二矩形金属块沿左右方向的长度小于所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度，所述的第二矩形金属块的右端面与所述的第一矩形金属块的右端面位于同一平面，所述的第三矩形金属块位于所述的第一矩形金属块和所述的第二矩形金属块的右侧，所述的第三矩形金属块的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面齐平，所述的第三矩形金属块的左端面与所述的第一矩形金属块的右端面和所述的第二矩形金属块的右端面贴合连接，所述的第三矩形金属块的后端面与位于所述的第二矩形金属块的后端面所在平面的后侧，所述的第三矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面之间具有一段距离，所述的第三矩形金属块的右端面与所述的介质基板沿前后方向的对称线之间具有一段距离，所述的第一端口分别与所述的第三矩形金属块和所述的第一金属地连接，所述的第一端口通过探针实现，用于对所述的第一F型天线馈电，所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度为 10mm，沿前后方向的宽度为1mm，所述的第二矩形金属块沿左右方向的长度为5mm，沿前后方向的宽度为1mm，所述的第三矩形金属块沿前后方向的长度为20mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的介质基板的前端面所在平面之间的距离为19mm，所述的第一矩形金属块的后端面与所述的第二矩形金属块的前端面之间的距离为7mm，所述的第三矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面之间的距离为4mm；所述的第二F型天线包括第四矩形金属块、第五矩形金属块、第六矩形金属块和第二端口，所述的第四矩形金属块、所述的第五矩形金属块和所述的第六矩形金属块均附着在所述的介质基板的上表面，所述的第四矩形金属块的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第四矩形金属块与所述的第一矩形金属块相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第五矩形金属块位于所述的第四矩形金属块的后侧，所述的第五矩形金属块与所述的第四矩形金属块相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第六矩形金属块位于所述的第四矩形金属块和所述的第五矩形金属块的左侧，所述的第六矩形金属块的前端面与所述的第四矩形金属块的前端面齐平，所述的第六矩形金属块的右端面与所述的第四矩形金属块的左端面和所述的第五矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第六矩形金属块与所述的第三矩形金属块相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第六矩形金属块的左端面与所述的第三矩形金属块的右端面之间的间距为2mm，所述的第二端口分别与所述的第六矩形金属块和所述的第一金属地连接，所述的第二端口通过探针实现，用于对所述的第二F型天线馈电；所述的去耦结构包括第二金属地、可变电容、第七矩形金属块、第八矩形金属块、第九矩形金属块、第十矩形金属块、第十一矩形金属块、第十二矩形金属块和第十三矩形金属块，所述的第二金属地通过在第十四矩形金属块上开设第一矩形槽实现，所述的第十四矩形金属块附着在所述的介质基板的下表面上，所述的第十四矩形金属块的后端面与所述的介质基板的后端面齐平，所述的第十四矩形金属块的左端面与所述的介质基板的左端面齐平，所述的第十四矩形金属块的右端面与所述的介质基板的右端面齐平，第十四矩形金属块沿前后方向的长度为56mm，第一矩形槽的前端面与所述的第十四矩形金属块的前端面齐平，所述的第一矩形槽沿前后方向的长度为12mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第一矩形槽沿前后方向的对称线与所述的第十四矩形金属块沿前后方向的对称线重合，所述的介质基板在所述的第一矩形槽处暴露出来，所述的可变电容设置在所述的第一矩形槽处，所述的可变电容分别与所述的第十四矩形金属块位于所述的第一矩形槽左侧的部分和右侧的部分连接，且其后端与所述的第一矩形槽后端面之间的距离为10mm，所述的第二金属地与所述的第一金属地通过上下贯穿所述的介质基板的多个金属化通孔连接，多个金属化通孔从左到右沿一行均匀间隔排布，所述的第七矩形金属块、所述的第八矩形金属块和所述的第九矩形金属块附着在所述的介质基板的上表面，所述的第七矩形金属块位于所述的第三矩形金属块的右侧，所述的第七矩形金属块的左端面与所述的第三矩形金属块的右端面平行，且两者之间的距离为0.2mm，所述的第七矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面连接其两者呈贴合状态，所述的第七矩形金属块沿前后方向的长度为15mm，沿左右方向的宽度为0.2mm，所述的第八矩形金属块位于所述的第六矩形金属块的左侧，所述的第八矩形金属块的右端面与所述的第六矩形金属块的右端面平行，且两者之间的距离为0.2mm，所述的第八矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面连接其两者呈贴合状态，所述的第八矩形金属块沿前后方向的长度为15mm，沿左右方向的宽度为0.2mm，所述的第九矩形金属块位于所述的第七矩形金属块和所述的第九矩形金属块之间，所述的第九矩形金属块的左端面与所述的第七矩形金属块的右端面连接且呈贴合状态，所述的第九矩形金属块的右端面与所述的第八矩形金属块的左端面连接且呈贴合状态，所述的第九矩形金属块的前端面与所述的第七矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第九矩形金属块沿左右方向的长度为1.2mm，沿前后方向的宽度为0.2mm，所述的第十矩形金属块、所述的第十一矩形金属块、所述的第十二矩形金属块和所述的第十三矩形金属块分别附着在所述的介质基板的下表面上，所述的第十矩形金属块的后端面与所述的第十四矩形金属块的前端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十矩形金属块的右端面与所述的第一矩形槽的左端面齐平，所述的第十一矩形金属块位于所述的第十矩形金属块的左侧，所述的第十一矩形金属块的右端面与所述的第十矩形金属块的左端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十一矩形金属块的前端面与所述的第十矩形金属块的前端面齐平，所述的第十矩形金属块沿前后方向的长度为10mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第十一矩形金属块沿前后方向的宽度为1mm，沿左右方向的长度为2mm，所述的第十二矩形金属块的后端面与所述的第十四矩形金属块的前端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十二矩形金属块的左端面与所述的第一矩形槽的右端面齐平，所述的第十三矩形金属块位于所述的第十二矩形金属块的右侧，所述的第十三矩形金属块的左端面与所述的第十二矩形金属块的右端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十三矩形金属块的前端面与所述的第十二矩形金属块的前端面齐平，所述的第十二矩形金属块沿前后方向的长度为10mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第十三矩形金属块沿前后方向的宽度为1mm，沿左右方向的长度为2mm；所述的匹配网络包括设置在所述的第一F型天线和所述的第一端口之间的第一匹配电路以及设置在所述的第二F型天线和所述的第二端口之间的第二匹配电路，所述的第一匹配电路用于将所述的第一F型天线在高频段和低频段的输出阻抗匹配到50欧姆，所述的第二匹配电路用于将所述的第二F型天线在高频段和低频段的输出阻抗匹配到50欧姆。

所述的第一匹配电路包括三个元件和三个矩形金属贴片，每个元件或者为电容或者为电感，将三个元件分别称为第一元件、第二元件和第三元件，将三个矩形贴片称为第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片和第三矩形金属贴片，所述的第一矩形金属贴片、所述的第二矩形金属贴片和所述的第三矩形金属贴片附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一矩形金属贴片和所述的第二矩形金属贴片位于所述的第三矩形金属块和所述的第一金属地之间，所述的第一矩形金属贴片位于所述的第二矩形金属贴片的前侧，所述的第三矩形金属贴片位于所述的第一矩形金属贴片的左侧，所述的第一元件位于所述的第三矩形金属块和所述的第一矩形金属贴片之间，所述的第一元件的一端和所述的第三矩形金属块连接，所述的第一元件的另一端和所述的第一矩形金属贴片连接，所述的第二元件位于所述的第一矩形金属贴片和所述的第三矩形金属贴片之间，所述的第二元件的一端和所述的第一矩形金属贴片连接，所述的第二元件的另一端和所述的第三矩形金属贴片连接，所述的第三矩形金属贴片通过贯穿所述的介质基板的一个金属化通孔和所述的第十四矩形金属块连接，所述的第三元件位于所述的第一矩形金属贴片和所述的第二矩形金属贴片之间，所述的第三元件的一端和所述的第一矩形金属贴片连接，所述的第三元件的另一端和所述的第二矩形金属贴片连接，所述的第二矩形金属贴片和所述的第一端口连接；所述的第二匹配电路包括三个元件和三个矩形金属贴片，每个元件或者为电容或者为电感，将三个元件分别称为第四元件、第五元件和第六元件，将三个矩形贴片称为第四矩形金属贴片、第五矩形金属贴片和第六矩形金属贴片，所述的第四矩形金属贴片、所述的第五矩形金属贴片和所述的第六矩形金属贴片附着在所述的介质基板的上表面，所述的第四矩形金属贴片和所述的第五矩形金属贴片位于所述的第六矩形金属块和所述的第一金属地之间，所述的第四矩形金属贴片位于所述的第五矩形金属贴片的前侧，所述的第六矩形金属贴片位于所述的第四矩形金属贴片的右侧，所述的第四元件位于所述的第六矩形金属块和所述的第四矩形金属贴片之间，所述的第四元件的一端和所述的第六矩形金属块连接，所述的第四元件的另一端和所述的第四矩形金属贴片连接，所述的第五元件位于所述的第四矩形金属贴片和所述的第六矩形金属贴片之间，所述的第五元件的一端和所述的第四矩形金属贴片连接，所述的第五元件的另一端和所述的第六矩形金属贴片连接，所述的第六矩形金属贴片通过贯穿所述的介质基板的一个金属化通孔和所述的第十四矩形金属块连接，所述的第六元件位于所述的第四矩形金属贴片和所述的第五矩形金属贴片之间，所述的第六元件的一端和所述的第四矩形金属贴片连接，所述的第六元件的另一端和所述的第五矩形金属贴片连接，所述的第五矩形金属贴片和所述的第二端口连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过置于介质基板上表面的由第七矩形金属块、第八矩形金属块和第九矩形金属块构成的中和线结构实现了对于高频段的去耦；而对于低频段，在介质基板的下表面，第二金属地为缺陷地结构以及由第十矩形金属块、第十一矩形金属块和第十二矩形金属块和第十三矩形金属块构成两个L型地板分支使得低频段有较好的去耦效果，与此同时在第一矩形槽内加入了可变电容后，通过改变可变电容的电容值，使得在低频段有可调谐的功能，满足更为广泛的实际工程需要，由此本发明中，介质基板上表面和下表面的去耦结构相互影响和作用，在双频去耦的基础上，还实现了低频段的频率可调谐，整体的去耦结构相对比较简单，具体实现比较容易，降低制作成本。同时加入了匹配网络使得最终的反射系数S₁₁在去耦频段内满足小于-6dB 的目标。

附图说明

图1(a)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的一对天线和第一金属地的主视图；

图1(b)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的第十四举行金属块的结构示意图；

图2(a)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的去耦结构的在介质基板下表面部分的结构示意图；

图2(b)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的去耦结构的在介质基板上表面部分的结构示意图；

图2(c)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构不包括匹配网络的主视图；

图2(d)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构不包括匹配网络的后视图；

图2(e)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的主视图；

图3为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构未采用去耦结构和匹配网络的S参数示意图；

图4(a)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构未采用匹配网络的S₁₁示意图；

图4(b)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构未采用匹配网络的S₁₂示意图；

图5(a)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的一对天线与匹配网络的连接示意图；

图5(b)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的第一匹配电路的结构原理图；

图5(c)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的第二匹配电路的结构原理图；

图6(a)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的S₁₁示意图；

图6(b)为本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的S₁₂示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1(a)、图1(b)、图2(a)至图2(e)、图5(a)至图5(c)所示，所示，一种低频可调谐的双频去耦天线结构，包括介质基板1、一对天线、第一金属地 2、去耦结构和匹配网络，介质基板1为长方体形状，介质基板1的材质为FR4、相对介电常数为4.4、损耗正切值为0.02，介质基板1的长为80mm、宽W₀为60mm、高为 1.6mm，介质基板1的长沿前后方向，宽沿左右方向，一对天线为一对F型天线，去耦结构使用中和线结构、缺陷地结构和地板分支来实现，能够实现高频段去耦、低频双频去耦以及低频段可调谐，匹配网络用于将一对F型天线的输出阻抗在高频段和低频段内均匹配到50欧姆；第一金属地2附着在介质基板1的上表面，第一金属地2的左端面与介质基板1的左端面齐平，第一金属地2的右端面与介质基板1的右端面齐平，第一金属地2的后端面与介质基板1的后端面齐平，第一金属地2的前端面与第一金属地2 的后端面之间的距离L₀为36mm；将一对F型天线称为第一F型天线3和第二F型天线4，第一F型天线3位于第二F型天线4的左侧，第一F型天线3和第二F型天线4 分别设置在介质基板1的上表面，且位于第一金属地2的前侧，两者相对于介质基板1 沿前后方向的对称线呈左右对称，第一F型天线3包括第一矩形金属块5、第二矩形金属块6、第三矩形金属块7和第一端口8，第一矩形金属块5、第二矩形金属块6和第三矩形金属块7均附着在介质基板1的上表面，第一矩形金属块5的前端面与介质基板1 的前端面平行，第一矩形金属块5的前端面与第一介质基板1的前端面之间具有一段距离，第二矩形金属块6位于第一矩形金属块5的后侧，且两者之间具有一段距离，第二矩形金属块6平行于第一矩形金属块5，第二矩形金属块6沿左右方向的长度小于第一矩形金属块5沿左右方向的长度，第二矩形金属块6的右端面与第一矩形金属块5的右端面位于同一平面，第三矩形金属块7位于第一矩形金属块5和第二矩形金属块6的右侧，第三矩形金属块7的前端面与第一矩形金属块5的前端面齐平，第三矩形金属块7 的左端面与第一矩形金属块5的右端面和第二矩形金属块6的右端面贴合连接，第三矩形金属块7的后端面与位于第二矩形金属块6的后端面所在平面的后侧，第三矩形金属块7的后端面与第一金属地2的前端面之间具有一段距离，第三矩形金属块7的右端面与介质基板1沿前后方向的对称线之间具有一段距离，第一端口8分别与第三矩形金属块7和第一金属地2连接，第一端口8通过探针实现，用于对第一F型天线3馈电，第一矩形金属块5沿左右方向的长度W₁为10mm，沿前后方向的宽度为1mm，第二矩形金属块6沿左右方向的长度W₂为5mm，沿前后方向的宽度为1mm，第三矩形金属块7 沿前后方向的长度L₁为20mm，沿左右方向的宽度为1mm，第一矩形金属块5的前端面与介质基板1的前端面所在平面之间的距离为19mm，第一矩形金属块5的后端面与第二矩形金属块6的前端面之间的距离为7mm，第三矩形金属块7的后端面与第一金属地2的前端面之间的距离为4mm；第二F型天线4包括第四矩形金属块9、第五矩形金属块10、第六矩形金属块11和第二端口12，第四矩形金属块9、第五矩形金属块10 和第六矩形金属块11均附着在介质基板1的上表面，第四矩形金属块9的前端面与第一矩形金属块5的前端面位于同一平面，第四矩形金属块9与第一矩形金属块5相对于介质基板1沿前后方向的对称线呈左右对称，第五矩形金属块10位于第四矩形金属块9 的后侧，第五矩形金属块10与第四矩形金属块9相对于介质基板1沿前后方向的对称线呈左右对称，第六矩形金属块11位于第四矩形金属块9和第五矩形金属块10的左侧，第六矩形金属块11的前端面与第四矩形金属块9的前端面齐平，第六矩形金属块11的右端面与第四矩形金属块9的左端面和第五矩形金属块10的左端面贴合连接，第六矩形金属块11与第三矩形金属块7相对于介质基板1沿前后方向的对称线呈左右对称，第六矩形金属块11的左端面与第三矩形金属块7的右端面之间的间距W₃为2mm，第二端口12分别与第六矩形金属块11和第一金属地2连接，第二端口12通过探针实现，用于对第二F型天线4馈电；去耦结构包括第二金属地13、可变电容14、第七矩形金属块15、第八矩形金属块16、第九矩形金属块17、第十矩形金属块18、第十一矩形金属块19、第十二矩形金属块20和第十三矩形金属块21，第二金属地13通过在第十四矩形金属块22上开设第一矩形槽23实现，第十四矩形金属块22附着在介质基板1的下表面上，第十四矩形金属块22的后端面与介质基板1的后端面齐平，第十四矩形金属块22的左端面与介质基板1的左端面齐平，第十四矩形金属块22的右端面与介质基板1的右端面齐平，第十四矩形金属块22沿前后方向的长度为56mm，第一矩形槽23 的前端面与第十四矩形金属块22的前端面齐平，第一矩形槽23沿前后方向的长度L₄为12mm，沿左右方向的宽度W₅为1mm，第一矩形槽23沿前后方向的对称线与第十四矩形金属块22沿前后方向的对称线重合，介质基板1在第一矩形槽23处暴露出来，可变电容14设置在第一矩形槽23处，可变电容14分别与第十四矩形金属块22位于第一矩形槽23左侧的部分和右侧的部分连接，且其后端与第一矩形槽23后端面之间的距离L₅为10mm，第二金属地13与第一金属地2通过上下贯穿介质基板1的多个金属化通孔24连接，多个金属化通孔24从左到右沿一行均匀间隔排布，第七矩形金属块15、第八矩形金属块16和第九矩形金属块17附着在介质基板1的上表面，第七矩形金属块 15位于第三矩形金属块7的右侧，第七矩形金属块15的左端面与第三矩形金属块7的右端面平行，且两者之间的距离为0.2mm，第七矩形金属块15的后端面与第一金属地 2的前端面连接其两者呈贴合状态，第七矩形金属块15沿前后方向的长度为15mm，沿左右方向的宽度为0.2mm，第八矩形金属块16位于第六矩形金属块11的左侧，第八矩形金属块16的右端面与第六矩形金属块11的右端面平行，且两者之间的距离为0.2mm，第八矩形金属块16的后端面与第一金属地2的前端面连接其两者呈贴合状态，第八矩形金属块16沿前后方向的长度L₆为15mm，沿左右方向的宽度为0.2mm，第九矩形金属块17位于第七矩形金属块15和第九矩形金属块17之间，第九矩形金属块17的左端面与第七矩形金属块15的右端面连接且呈贴合状态，第九矩形金属块17的右端面与第八矩形金属块16的左端面连接且呈贴合状态，第九矩形金属块17的前端面与第七矩形金属块15的前端面位于同一平面，第九矩形金属块17沿左右方向的长度为1.2mm，沿前后方向的宽度为0.2mm，第十矩形金属块18、第十一矩形金属块19、第十二矩形金属块20和第十三矩形金属块21分别附着在介质基板1的下表面上，第十矩形金属块18 的后端面与第十四矩形金属块22的前端面连接且两者呈贴合状态，第十矩形金属块18 的右端面与第一矩形槽23的左端面齐平，第十一矩形金属块19位于第十矩形金属块18 的左侧，第十一矩形金属块19的右端面与第十矩形金属块18的左端面连接且两者呈贴合状态，第十一矩形金属块19的前端面与第十矩形金属块18的前端面齐平，第十矩形金属块18沿前后方向的长度为10mm，沿左右方向的宽度为1mm，第十一矩形金属块 19沿前后方向的宽度为1mm，沿左右方向的长度W₄为2mm，第十二矩形金属块20的后端面与第十四矩形金属块22的前端面连接且两者呈贴合状态，第十二矩形金属块20 的左端面与第一矩形槽23的右端面齐平，第十三矩形金属块21位于第十二矩形金属块 20的右侧，第十三矩形金属块21的左端面与第十二矩形金属块20的右端面连接且两者呈贴合状态，第十三矩形金属块21的前端面与第十二矩形金属块20的前端面齐平，第十二矩形金属块20沿前后方向的长度L₃为10mm，沿左右方向的宽度为1mm，第十三矩形金属块21沿前后方向的宽度为1mm，沿左右方向的长度为2mm；匹配网络包括设置在第一F型天线3和第一端口8之间的第一匹配电路MN1以及设置在第二F型天线 4和第二端口12之间的第二匹配电路MN2，第一匹配电路MN1用于将第一F型天线3 在高频段和低频段的输出阻抗匹配到50欧姆，第二匹配电路MN2用于将第二F型天线 4在高频段和低频段的输出阻抗匹配到50欧姆。

本实施例中，第一匹配电路MN1包括三个元件和三个矩形金属贴片，每个元件或者为电容或者为电感，将三个元件分别称为第一元件25、第二元件26和第三元件27，将三个矩形贴片称为第一矩形金属贴片28、第二矩形金属贴片29和第三矩形金属贴片30，第一矩形金属贴片28、第二矩形金属贴片29和第三矩形金属贴片30附着在介质基板1 的上表面，第一矩形金属贴片28和第二矩形金属贴片29位于第三矩形金属块7和第一金属地2之间，第一矩形金属贴片28位于第二矩形金属贴片29的前侧，第三矩形金属贴片30位于第一矩形金属贴片28的左侧，第一元件25位于第三矩形金属块7和第一矩形金属贴片28之间，第一元件25的一端和第三矩形金属块7连接，第一元件25的另一端和第一矩形金属贴片28连接，第二元件26位于第一矩形金属贴片28和第三矩形金属贴片30之间，第二元件26的一端和第一矩形金属贴片28连接，第二元件26的另一端和第三矩形金属贴片30连接，第三矩形金属贴片30通过贯穿介质基板1的一个金属化通孔31和第十四矩形金属块22连接，第三元件27位于第一矩形金属贴片28和第二矩形金属贴片29之间，第三元件27的一端和第一矩形金属贴片28连接，第三元件27的另一端和第二矩形金属贴片29连接，第二矩形金属贴片29和第一端口8连接；第二匹配电路MN2包括三个元件和三个矩形金属贴片，每个元件或者为电容或者为电感，将三个元件分别称为第四元件32、第五元件33和第六元件34，将三个矩形贴片称为第四矩形金属贴片35、第五矩形金属贴片36和第六矩形金属贴片37，第四矩形金属贴片35、第五矩形金属贴片36和第六矩形金属贴片37附着在介质基板1的上表面，第四矩形金属贴片35和第五矩形金属贴片36位于第六矩形金属块11和第一金属地2之间，第四矩形金属贴片35位于第五矩形金属贴片36的前侧，第六矩形金属贴片37位于第四矩形金属贴片35的右侧，第四元件32位于第六矩形金属块11和第四矩形金属贴片35之间，第四元件32的一端和第六矩形金属块11连接，第四元件32的另一端和第四矩形金属贴片35连接，第五元件33位于第四矩形金属贴片35和第六矩形金属贴片37之间，第五元件33的一端和第四矩形金属贴片35连接，第五元件33的另一端和第六矩形金属贴片37连接，第六矩形金属贴片37通过贯穿介质基板1的一个金属化通孔38和第十四矩形金属块22连接，第六元件34位于第四矩形金属贴片35和第五矩形金属贴片36之间，第六元件34的一端和第四矩形金属贴片35连接，第六元件34的另一端和第五矩形金属贴片36连接，第五矩形金属贴片36和第二端口12连接。

本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构中的一对天线未采用去耦结构去耦时的S 参数示意图如图3所示，图3中，S₁₁表示反射系数，S₁₂表示传输系数。本发明的设计目的要求反射系数S₁₁小于-6dB，传输系数S₁₂小于-10dB，因此对于该对天线的低频段选用 4GHz左右的频段，此频段S₁₂在该频段内未达到目标小于-10dB的要求；高频段选用6GHz 左右频段，此频段的S₁₁未达到目标小于-6dB的要求。

本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的一对天线通过去耦结构去耦后的S₁₁示意图如图4(a)所示，本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的一对天线通过去耦结构去耦后的S₁₂示意图如图4(b)为所示，可变电容的电容值从0.1pF-0.7pF的范围内进行变化，低频段的去耦频点能够进行变化。可调谐范围对应的可变电容的电容值为 0.1pF-0.7pF，图4(a)和图4(b)中选取了0.1pF、0.4pF、0.7pF三个具有代表性的电容值绘制了S参数的示意图。分析图4(b)可知，0.1pF对应的低频段去耦频率为 4.63GHz，该点对应的传输系数S₁₂＝-21.23dB；0.4pF对应的低频去耦频率为4.24GHz，该点对应的传输系数S₁₂＝-22.11dB；0.7pF对应的低频去耦频率为3.85GHz，该点对应的传输系数S₁₂＝-27.02dB；从此可以看出可调谐范围为3.85GHz-4.63GHz，且可调电容的电容值越大则对应的低频去耦频率越小。而对于高频段来说，随着可调电容的电容值的变化，高频去耦频率都为6.3GHz。0.1pF在6.3GHz处传输系数S₁₂＝-28.60dB；0.4pF 在6.3GHz处传输系数S₁₂＝-24.53dB；0.7pF在6.3GHz处传输系数S₁₂＝-23.71dB。随着电容值的增大，高频段的S₁₂参数有所变大，但是最差情况也能保持在-23dB以下，是满足设计目的的。而从图4(a)中可以看到，3.85GHz-4.15GHz这个频段里的S₁₁参数是能够有满足反射系数S₁₁小于-6dB的要求的，而对于4.15GHz-4.63GHz这段可调谐范围内的S₁₁参数无法满足要求。同样地，高频段的反射系数也无法满足条件，因此在去耦结构的基础上还需要加入匹配网络进行匹配，使得S₁₁参数在低频段整个可调谐范围内和高频段6.3GHz满足小于-6dB的要求。

本发明中，匹配网络中各元件采用电容或者电感，下表展示了在去耦结构中的可变电容为0.1pF、0.4pF、0.7pF完成去耦后匹配电路网络对应各元件的电容值或者电感值。

本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的S₁₁示意图如图6(a)所示，本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的S₁₂示意图如图6(b)所示，根据图6(a)可以发现，本发明的低频可调谐的双频去耦天线结构的S₁₁参数在低频段的谐振点控制在 3.85-4.63GHz之间，高频谐振点在6.3GHz，对应的高低频两个频点的S₁₁参数始终低于-8dB。分析图6(b)所示，由于经过了匹配网络，S₁₂参数相比于去耦后的耦合度稍有恶化，但是在整个低频的3.85-4.63GHz都能够满足小于-10dB的目标，并且相比于原始的一对天线的S₁₂参数来说都有5dB-15dB的优化；高频6.3GHz处的S₁₂参数随着电容值的改变波动较小，在该频点处都小于-20dB，满足设计目的。

Claims (2)

1.一种低频可调谐的双频去耦天线结构，包括介质基板、一对天线、第一金属地、去耦结构和匹配网络，所述的介质基板为长方体形状，所述的介质基板的材质为FR4、相对介电常数为4.4、损耗正切值为0.02，所述的介质基板的长为80mm、宽为60mm、高为1.6mm，所述的介质基板的长沿前后方向，宽沿左右方向，其特征在于所述的一对天线为一对F型天线，所述的去耦结构使用中和线结构、缺陷地结构和地板分支来实现，能够实现高频段去耦、低频双频去耦以及低频段可调谐，所述的匹配网络用于将一对F型天线的输出阻抗在高频段和低频段内均匹配到50欧姆；所述的第一金属地附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一金属地的左端面与所述的介质基板的左端面齐平，所述的第一金属地的右端面与所述的介质基板的右端面齐平，所述的第一金属地的后端面与所述的介质基板的后端面齐平，所述的第一金属地的前端面与所述的第一金属地的后端面之间的距离为36mm；

将一对F型天线称为第一F型天线和第二F型天线，所述的第一F型天线位于所述的第二F型天线的左侧，所述的第一F型天线和所述的第二F型天线分别设置在所述的介质基板的上表面，且位于所述的第一金属地的前侧，两者相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第一F型天线包括第一矩形金属块、第二矩形金属块、第三矩形金属块和第一端口，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块和所述的第三矩形金属块均附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的介质基板的前端面平行，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第一介质基板的前端面之间具有一段距离，所述的第二矩形金属块位于所述的第一矩形金属块的后侧，且两者之间具有一段距离，所述的第二矩形金属块平行于所述的第一矩形金属块，所述的第二矩形金属块沿左右方向的长度小于所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度，所述的第二矩形金属块的右端面与所述的第一矩形金属块的右端面位于同一平面，所述的第三矩形金属块位于所述的第一矩形金属块和所述的第二矩形金属块的右侧，所述的第三矩形金属块的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面齐平，所述的第三矩形金属块的左端面与所述的第一矩形金属块的右端面和所述的第二矩形金属块的右端面贴合连接，所述的第三矩形金属块的后端面与位于所述的第二矩形金属块的后端面所在平面的后侧，所述的第三矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面之间具有一段距离，所述的第三矩形金属块的右端面与所述的介质基板沿前后方向的对称线之间具有一段距离，所述的第一端口分别与所述的第三矩形金属块和所述的第一金属地连接，所述的第一端口通过探针实现，用于对所述的第一F型天线馈电，所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度为10mm，沿前后方向的宽度为1mm，所述的第二矩形金属块沿左右方向的长度为5mm，沿前后方向的宽度为1mm，所述的第三矩形金属块沿前后方向的长度为20mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的介质基板的前端面所在平面之间的距离为19mm，所述的第一矩形金属块的后端面与所述的第二矩形金属块的前端面之间的距离为7mm，所述的第三矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面之间的距离为4mm；所述的第二F型天线包括第四矩形金属块、第五矩形金属块、第六矩形金属块和第二端口，所述的第四矩形金属块、所述的第五矩形金属块和所述的第六矩形金属块均附着在所述的介质基板的上表面，所述的第四矩形金属块的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第四矩形金属块与所述的第一矩形金属块相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第五矩形金属块位于所述的第四矩形金属块的后侧，所述的第五矩形金属块与所述的第四矩形金属块相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第六矩形金属块位于所述的第四矩形金属块和所述的第五矩形金属块的左侧，所述的第六矩形金属块的前端面与所述的第四矩形金属块的前端面齐平，所述的第六矩形金属块的右端面与所述的第四矩形金属块的左端面和所述的第五矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第六矩形金属块与所述的第三矩形金属块相对于所述的介质基板沿前后方向的对称线呈左右对称，所述的第六矩形金属块的左端面与所述的第三矩形金属块的右端面之间的间距为2mm，所述的第二端口分别与所述的第六矩形金属块和所述的第一金属地连接，所述的第二端口通过探针实现，用于对所述的第二F型天线馈电；

所述的去耦结构包括第二金属地、可变电容、第七矩形金属块、第八矩形金属块、第九矩形金属块、第十矩形金属块、第十一矩形金属块、第十二矩形金属块和第十三矩形金属块，所述的第二金属地通过在第十四矩形金属块上开设第一矩形槽实现，所述的第十四矩形金属块附着在所述的介质基板的下表面上，所述的第十四矩形金属块的后端面与所述的介质基板的后端面齐平，所述的第十四矩形金属块的左端面与所述的介质基板的左端面齐平，所述的第十四矩形金属块的右端面与所述的介质基板的右端面齐平，第十四矩形金属块沿前后方向的长度为56mm，第一矩形槽的前端面与所述的第十四矩形金属块的前端面齐平，所述的第一矩形槽沿前后方向的长度为12mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第一矩形槽沿前后方向的对称线与所述的第十四矩形金属块沿前后方向的对称线重合，所述的介质基板在所述的第一矩形槽处暴露出来，所述的可变电容设置在所述的第一矩形槽处，所述的可变电容分别与所述的第十四矩形金属块位于所述的第一矩形槽左侧的部分和右侧的部分连接，且其后端与所述的第一矩形槽后端面之间的距离为10mm，所述的第二金属地与所述的第一金属地通过上下贯穿所述的介质基板的多个金属化通孔连接，多个金属化通孔从左到右沿一行均匀间隔排布，所述的第七矩形金属块、所述的第八矩形金属块和所述的第九矩形金属块附着在所述的介质基板的上表面，所述的第七矩形金属块位于所述的第三矩形金属块的右侧，所述的第七矩形金属块的左端面与所述的第三矩形金属块的右端面平行，且两者之间的距离为0.2mm，所述的第七矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面连接其两者呈贴合状态，所述的第七矩形金属块沿前后方向的长度为15mm，沿左右方向的宽度为0.2mm，所述的第八矩形金属块位于所述的第六矩形金属块的左侧，所述的第八矩形金属块的右端面与所述的第六矩形金属块的右端面平行，且两者之间的距离为0.2mm，所述的第八矩形金属块的后端面与所述的第一金属地的前端面连接其两者呈贴合状态，所述的第八矩形金属块沿前后方向的长度为15mm，沿左右方向的宽度为0.2mm，所述的第九矩形金属块位于所述的第七矩形金属块和所述的第九矩形金属块之间，所述的第九矩形金属块的左端面与所述的第七矩形金属块的右端面连接且呈贴合状态，所述的第九矩形金属块的右端面与所述的第八矩形金属块的左端面连接且呈贴合状态，所述的第九矩形金属块的前端面与所述的第七矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第九矩形金属块沿左右方向的长度为1.2mm，沿前后方向的宽度为0.2mm，所述的第十矩形金属块、所述的第十一矩形金属块、所述的第十二矩形金属块和所述的第十三矩形金属块分别附着在所述的介质基板的下表面上，所述的第十矩形金属块的后端面与所述的第十四矩形金属块的前端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十矩形金属块的右端面与所述的第一矩形槽的左端面齐平，所述的第十一矩形金属块位于所述的第十矩形金属块的左侧，所述的第十一矩形金属块的右端面与所述的第十矩形金属块的左端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十一矩形金属块的前端面与所述的第十矩形金属块的前端面齐平，所述的第十矩形金属块沿前后方向的长度为10mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第十一矩形金属块沿前后方向的宽度为1mm，沿左右方向的长度为2mm，所述的第十二矩形金属块的后端面与所述的第十四矩形金属块的前端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十二矩形金属块的左端面与所述的第一矩形槽的右端面齐平，所述的第十三矩形金属块位于所述的第十二矩形金属块的右侧，所述的第十三矩形金属块的左端面与所述的第十二矩形金属块的右端面连接且两者呈贴合状态，所述的第十三矩形金属块的前端面与所述的第十二矩形金属块的前端面齐平，所述的第十二矩形金属块沿前后方向的长度为10mm，沿左右方向的宽度为1mm，所述的第十三矩形金属块沿前后方向的宽度为1mm，沿左右方向的长度为2mm；

所述的匹配网络包括设置在所述的第一F型天线和所述的第一端口之间的第一匹配电路以及设置在所述的第二F型天线和所述的第二端口之间的第二匹配电路，所述的第一匹配电路用于将所述的第一F型天线在高频段和低频段的输出阻抗匹配到50欧姆，所述的第二匹配电路用于将所述的第二F型天线在高频段和低频段的输出阻抗匹配到50欧姆。

2.根据权利要求1所述的一种低频可调谐的双频去耦天线结构，其特征在于所述的第一匹配电路包括三个元件和三个矩形金属贴片，每个元件或者为电容或者为电感，将三个元件分别称为第一元件、第二元件和第三元件，将三个矩形贴片称为第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片和第三矩形金属贴片，所述的第一矩形金属贴片、所述的第二矩形金属贴片和所述的第三矩形金属贴片附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一矩形金属贴片和所述的第二矩形金属贴片位于所述的第三矩形金属块和所述的第一金属地之间，所述的第一矩形金属贴片位于所述的第二矩形金属贴片的前侧，所述的第三矩形金属贴片位于所述的第一矩形金属贴片的左侧，所述的第一元件位于所述的第三矩形金属块和所述的第一矩形金属贴片之间，所述的第一元件的一端和所述的第三矩形金属块连接，所述的第一元件的另一端和所述的第一矩形金属贴片连接，所述的第二元件位于所述的第一矩形金属贴片和所述的第三矩形金属贴片之间，所述的第二元件的一端和所述的第一矩形金属贴片连接，所述的第二元件的另一端和所述的第三矩形金属贴片连接，所述的第三矩形金属贴片通过贯穿所述的介质基板的一个金属化通孔和所述的第十四矩形金属块连接，所述的第三元件位于所述的第一矩形金属贴片和所述的第二矩形金属贴片之间，所述的第三元件的一端和所述的第一矩形金属贴片连接，所述的第三元件的另一端和所述的第二矩形金属贴片连接，所述的第二矩形金属贴片和所述的第一端口连接；所述的第二匹配电路包括三个元件和三个矩形金属贴片，每个元件或者为电容或者为电感，将三个元件分别称为第四元件、第五元件和第六元件，将三个矩形贴片称为第四矩形金属贴片、第五矩形金属贴片和第六矩形金属贴片，所述的第四矩形金属贴片、所述的第五矩形金属贴片和所述的第六矩形金属贴片附着在所述的介质基板的上表面，所述的第四矩形金属贴片和所述的第五矩形金属贴片位于所述的第六矩形金属块和所述的第一金属地之间，所述的第四矩形金属贴片位于所述的第五矩形金属贴片的前侧，所述的第六矩形金属贴片位于所述的第四矩形金属贴片的右侧，所述的第四元件位于所述的第六矩形金属块和所述的第四矩形金属贴片之间，所述的第四元件的一端和所述的第六矩形金属块连接，所述的第四元件的另一端和所述的第四矩形金属贴片连接，所述的第五元件位于所述的第四矩形金属贴片和所述的第六矩形金属贴片之间，所述的第五元件的一端和所述的第四矩形金属贴片连接，所述的第五元件的另一端和所述的第六矩形金属贴片连接，所述的第六矩形金属贴片通过贯穿所述的介质基板的一个金属化通孔和所述的第十四矩形金属块连接，所述的第六元件位于所述的第四矩形金属贴片和所述的第五矩形金属贴片之间，所述的第六元件的一端和所述的第四矩形金属贴片连接，所述的第六元件的另一端和所述的第五矩形金属贴片连接，所述的第五矩形金属贴片和所述的第二端口连接。

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