CN115000711A - 一种小型化环天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小型化环天线，包括地板、基板以及天线组件；所述基板垂直于所述地板；所述天线组件包括辐射结构、馈电点、接地点以及加载组件；所述辐射结构呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述地板电性相连；所述加载组件包括矩形的第一加载结构、第二加载结构以及带条状的第三加载结构；所述第一加载结构和所述第二加载结构位于所述第三加载结构的两侧，并与所述第三加载结构电性相连；本发明天线主体为环天线，在环天线的上方增加齿梳状的加载结构，产生耦合电容效应从而抵消输入阻抗的感性，从而实现天线良好的辐射效果。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种占用空间小的终端环天线。
背景技术
近年来，由于5G的普及，移动终端有限的内部空间里需要集成更多的天线，因此，对天线的结构进行改良，以减少天线对空间的占用率成为终端厂商的重要研究方向。袁涛博士在多篇论文中对天线的结构进行改进，如Zhang,X.,Tan,T.Y.,Wu,Q.S.,Zhu,L.,Zhong,S.,&Yuan,T.(2021).Pin-loadedpatch antenna fed with a dual-mode SIWresonator for bandwidth enhancement and stable high gain.IEEE Antennas andWireless Propagation Letters,20(2),279-283.、Huang,G.L.,Sim,C.Y.D.,Liang,S.Y.,Liao,W.S.,&Yuan,T.(2018).Low-profile flexible UHF RFID tag design forwristbands applications.Wireless Communications and Mobile Computing,2018.、Li,G.X.,Zhang,X.,Hong,K.D.,Zhu,L.,&Yuan,T.(2020,December).Differentially-FedCircular Patch Antenna under Dual High-order Modes for Enhanced Bandwidth andStable High Gain.In 2020IEEE Asia-Pacific Microwave Conference(APMC)(pp.66-68).IEEE.、Han,C.Z.,Huang,G.L.,Yuan,T.,&Hong,W.(2018).Afrequency-reconfigurable tuner-loaded coupled-fed frame-antenna for all-metal-shellhandsets.IEEE Access,6,64041-64049.、Huang,G.L.,Zhou,S.G.,Chio,T.H.,&Yuan,T.(2017).Lightweight perforated waveguide structure realized by 3-D printingfor RF applications.IEEE Transactions on Antennas and Propagation,65(8),3897-3904.。
目前，传统电小天线由于自身尺寸的不足，容易呈现较强的感性，从而影响天线辐射的稳定性和宽带特性。传统的做法是串并联电阻，如此，虽然可以调谐输入阻抗实部，但是能量会被相应的离散电感吸收，无法进行有效的辐射。因此，急需寻找一个新的调节小型化天线的阻抗问题的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化环天线，解决目前为了目前终端内部空间小，天线空间受到限制，天线性能受到影响的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种小型化环天线，包括地板、基板以及天线组件；所述基板垂直于所述地板；
所述天线组件包括辐射结构、馈电点、接地点以及加载组件；所述辐射结构呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述地板电性相连；所述加载组件包括矩形的第一加载结构、第二加载结构以及带条状的第三加载结构；所述第一加载结构和所述第二加载结构位于所述第三加载结构的两侧，并与所述第三加载结构电性相连；所述第三加载结构包括加载带条。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述地板为PCB板材质，并在表面覆有铜箔。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述基板为罗杰斯5880板材，厚度为1.254±0.1mm。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述辐射结构以及所述加载组件蚀刻于所述基板上。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述辐射结构的长边长度为5±0.5mm，宽度为1±0.1mm，短边长度为3.5±0.35mm，宽度为1±0.1mm。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述第一加载结构以及所述第二加载结构对称分布于所述第三加载结构的两侧。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述第一加载结构以及所述第二加载结构之间的距离为9±0.9mm。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述第三加载结构至少包括2个所述加载带条。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述加载带条的长度小于所述第一加载结构以及所述第二加载结构之间的距离。
可选的，在所述的一种小型化环天线中，所述加载带条交替垂直连接于所述第一加载结构以及所述第二加载结构的长边。
本发明的有益效果是：
本发明采用小型化环天线结构作为天线组件的辐射结构，在天线组件的上方设置齿梳状以及矩形的加载结构，齿梳状和矩形的加载结构可以产生耦合电容效应从而抵消输入阻抗的感性，从而实现天线良好的辐射效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1所提供的一种小型化环天线的结构图；
图2为实施例1所提供的一种小型化环天线的S11参数仿真图；
图3为实施例1所提供的一种小型化环天线的天线效率仿真图；
图4为实施例1所提供的一种小型化环天线的天线方向仿真图；
图5为实施例1所提供的一种小型化环天线的天线表面电流仿真图；
图6为实施例1本实施例所提供的一种小型化环天线的天线组件有加载时的阻抗仿真结果图；
图7为实施例1所提供的一种小型化环天线的天线组件无加载时的阻抗仿真结果图；
图8为实施例2所提供的一种小型化环天线的结构图；
其中，各附图标记说明如下：
1－地板；2－基板；3－天线组件；31－辐射结构；32－馈电点；33－接地点；34－加载组件；341－第一加载结构；342－第二加载结构；343－第三加载结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种小型化环天线做进一步详细说明。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、的方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、的方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明提供具有不同形状加载结构的小型环天线，包括地板、基板以及天线组件；所述基板垂直于所述地板；所述天线组件包括辐射结构、馈电点、接地点以及加载组件；所述辐射结构呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述地板电性相连；所述加载组件包括矩形的第一加载结构、第二加载结构以及带条状的第三加载结构；所述第一加载结构和所述第二加载结构位于所述第三加载结构的两侧，并与所述第三加载结构电性相连；所述第三加载结构包括加载带条；所述第三加载结构至少包括2个所述加载带条；本发明采用小型化环天线结构作为天线组件的辐射结构，在天线组件的上方设置齿梳状以及矩形的加载结构，齿梳状和矩形的加载结构可以产生耦合电容效应从而抵消输入阻抗的感性，从而实现天线良好的辐射效果。
实施例1：
请参阅图1，图1为本实施例所提供的一种小型化环天线的结构图，本实施例提供的小型环天线包括地板1、基板2以及天线组件3；所述基板2垂直于所述地板1；所述天线组件3包括辐射结构31、馈电点32、接地点33以及加载组件34；所述辐射结构31呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点32与所述辐射结构31电性相连；所述接地点33与所述辐射结构31电性相连；所述接地点33与所述地板1电性相连；所述加载组件34包括矩形的第一加载结构341、第二加载结构342以及带条状的第三加载结构343；所述第一加载结构341和所述第二加载结构342位于所述第三加载结构343的两侧，并与所述第三加载结构343电性相连；所述第三加载结构包括加载带条。
更佳的，所述地板1为PCB板材质，并在表面覆有铜箔；所述基板2为罗杰斯5880板材，厚度为1.254±0.1mm；所述辐射结构31以及所述加载组件34蚀刻于所述基板上，通过蚀刻的方法可以实现；使用蚀刻的方式，可以更好的减少所述基板2上包括所述辐射结构31以及所述加载组件34整体的厚度，可以实现整体结构占用更小的横向空间，并且所述辐射结构31以及所述加载组件34的结构稳定性较好。
更佳的，所述辐射结构31的长边长度为5±0.5mm，宽度为1±0.1mm，短边长度为3.5±0.35mm，宽度为1±0.1mm，所述辐射结构31为典型的电小环天线结构，相所述辐射结构31接入适当的负载时，便可以实现较好的宽带特性；因此，选择环天线结构的天线辐射端，可以很好地适配本申请的加载组件，以实现更好的宽带和辐射特性。
在本实施例中，所述第三加载结构343包括3个所述加载带条，进一步的，所述加载带条的长度为8mm，宽度为1.5mm，且各个所述加载带条之间的距离为1mm，所述加载带条的长度小于所述第一加载结构342以及所述第二加载结构342之间的距离，此时，所述加载带条交替垂直连接于所述第一加载结构341以及所述第二加载结构342的长边，形成齿梳状的加载结构，且上述尺寸和间隔的所述加载带条形成齿梳状的加载结构可以展现出较强的电容效应，以用于中和天线较强的感性，以实现天线平稳的辐射特性。
请参阅图2，图2为本实施例所提供的一种小型化环天线的S11参数仿真图，从图中可以看出，该梳状加载小型化环天线在1.31GHz形成了较好的谐振，谐振深度达到了-20dB以下，因此，可以视作本申请小型化环天线具有良好的辐射特性。
请参阅图3，图3为本实施例所提供的一种小型化环天线的天线效率仿真图，从图中可以看出，天线在谐振频点的总效率超过50％，因此，本申请的小型化环天线实现了非常高的辐射效率。
请参阅图4，图4为本实施例所提供的一种小型化环天线的天线方向仿真图，从图中可以看出，该天线形成了较好的半平面辐射特性，且增益达到了2.5dBi。
请参阅图5，图5为本实施例所提供的一种小型化环天线的天线表面电流仿真图，从图中可以看出，在谐振频点出，梳状结构上存在大量电流，由于梳状结构之间的距离较近，会存在一定的电容耦合作用，加之此处在谐振频点的电流分布多，因此会使得电容耦合效应更加明显，可以较为充分的中和天线本身的感性，从而实现天线更好更稳定的辐射特性，符合实际需求。
请参阅图6和图7，图6为本实施例所提供的一种小型化环天线的天线组件有加载时的阻抗仿真结果图，图7为本实施例所提供的一种小型化环天线的天线组件无加载时的阻抗仿真结果图，通过对比可以看出，无加载时，天线在1.31GHz附近输入阻抗实部很小，虚部呈现较大的感性。输入阻抗实部小，则会引起辐射效率过低，而虚部过大也必须通过匹配或其他手段加以在中和，不然难以实现匹配。而图5中已经表明了梳状结构存在较强的耦合电容效应，正好可以中和天线本身呈现出来的电感特性，在此基础上，因为非连续性，梳状结构的加载也会增大天线本身的输入阻抗实部，如此，可以借助梳状结构的加载对小型化环天线实现很好的匹配调谐，这种匹配调谐不同于离散原件的调谐，理算原件一般只能调谐天线输入阻抗虚部，如果是串并联电阻，虽然可以调谐输入阻抗实部，但是能量会被相应的离散电感吸收，无法进行有效的辐射。因此，本申请提供的齿梳状加载结构可以很好地实现匹配调谐，且对离散电感的干扰不敏感，在天线的加载过程中可以很好地调谐天线输入阻抗虚部，从而实现天线在一些频段更好的辐射特性和辐射稳定性。
实施例2：
请参阅图8，图8为本实施例所提供的一种小型化环天线的结构图，本实施例提供的小型环天线包括地板1、基板2以及天线组件3；所述基板2垂直于所述地板1；所述天线组件3包括辐射结构31、馈电点32、接地点33以及加载组件34；所述辐射结构31呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点32与所述辐射结构31电性相连；所述接地点33与所述辐射结构31电性相连；所述接地点33与所述地板1电性相连；所述加载组件34包括矩形的第一加载结构341、第二加载结构342以及带条状的第三加载结构343；所述第一加载结构341和所述第二加载结构342位于所述第三加载结构343的两侧，并与所述第三加载结构343电性相连；所述第三加载结构包括加载带条。
更佳的，所述辐射结构31的长边长度为5±0.5mm，宽度为1±0.1mm，短边长度为3.5±0.35mm，宽度为1±0.1mm，所述辐射结构31为典型的电小环天线结构，相所述辐射结构31接入适当的负载时，便可以实现较好的宽带特性；因此，选择环天线结构的天线辐射端，可以很好地适配本申请的加载组件，以实现更好的宽带和辐射特性。
在本实施例中，所述第三加载结构343包括4个所述加载带条，进一步的，所述加载带条的长度为6.4mm，宽度为1.5mm，且各个所述加载带条之间的距离为1mm，所述加载带条的长度小于所述第一加载结构342以及所述第二加载结构342之间的距离，此时，所述加载带条交替垂直连接于所述第一加载结构341以及所述第二加载结构342的长边，形成齿梳状的加载结构，且上述尺寸和间隔的所述加载带条形成齿梳状的加载结构可以展现出较强的电容效应，以用于中和天线较强的感性，以实现天线平稳的辐射特性。
需要说明的是，加载带条的数量和尺寸并非只限于实施例1和实施例2所提供的尺寸和数量，加载带条的数量和尺寸也可以是其他；总体的，为了达到近似相等的容性去中和天线固有的感性，当加载带条的数量增多时，则加载带条的尺寸就会相应减小，加载带条尺寸和数量的匹配关系需要进行调试，具体的调试方式为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。因此，本申请加载带条的数量和尺寸并非只限于实施例1和实施例2所提供的尺寸和数量，为了达到近似相等的容性去中和天线固有的感性的其他加载带条的数量和尺寸也应属于本申请的保护范围。
综上所述，本实施例提供一种小型化环天线，其特征在于，包括地板、基板以及天线组件；所述基板垂直于所述地板；所述天线组件包括辐射结构、馈电点、接地点以及加载组件；所述辐射结构呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述地板电性相连；所述加载组件包括矩形的第一加载结构、第二加载结构以及带条状的第三加载结构；所述第一加载结构和所述第二加载结构位于所述第三加载结构的两侧，并与所述第三加载结构电性相连；采用小型幻化天线结构作为天线组件的辐射结构，在天线组件的上方设置齿梳状的加载带条以及矩形的加载结构，齿梳状和矩形的加载结构可以产生耦合电容效应从而抵消输入阻抗的感性，从而实现天线良好的辐射效果。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型化环天线，其特征在于，包括地板、基板以及天线组件；所述基板垂直于所述地板；
所述天线组件包括辐射结构、馈电点、接地点以及加载组件；所述辐射结构呈开口矩形，并包括一个长边以及两个短边；所述馈电点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述辐射结构电性相连；所述接地点与所述地板电性相连；所述加载组件包括矩形的第一加载结构、第二加载结构以及带条状的第三加载结构；所述第一加载结构和所述第二加载结构位于所述第三加载结构的两侧，并与所述第三加载结构电性相连；所述第三加载结构包括加载带条。
2.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述地板为PCB板材质，并在表面覆有铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述基板为罗杰斯5880板材，厚度为1.254±0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述辐射结构以及所述加载组件蚀刻于所述基板上。
5.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述辐射结构的长边长度为5±0.5mm，宽度为1±0.1mm，短边长度为3.5±0.35mm，宽度为1±0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述第一加载结构以及所述第二加载结构对称分布于所述第三加载结构的两侧。
7.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述第一加载结构以及所述第二加载结构之间的距离为9±0.9mm。
8.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述第三加载结构至少包括2个所述加载带条。
9.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述加载带条的长度小于所述第一加载结构以及所述第二加载结构之间的距离。
10.根据权利要求1所述的一种小型化环天线，其特征在于，所述加载带条交替垂直连接于所述第一加载结构以及所述第二加载结构的长边。
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Legal Events
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