CN201601223U

CN201601223U - 一种小型化双频全向微带天线

Info

Publication number: CN201601223U
Application number: CN 200920211733
Authority: CN
Inventors: 王国胜; 林水洋; 王萍
Original assignee: Shanghai Research Center for Wireless Communications
Current assignee: Shanghai Research Center for Wireless Communications
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2019-11-02

Abstract

一种小型化双频全向微带天线，采用印刷技术制作在一块PCB板上；PCB板由馈电和辐射单元层、介质层和金属地层三层构成；天线的馈电和辐射单元层由微带传输线和微带振子组成，微带传输线一端位于PCB边缘，为天线馈电端口，另一端连接两个作为天线辐射单元的微带振子，以使天线能够在两个频带内进行全向辐射；微带振子经过弯折处理从而实现天线小型化，同时为了增加天线的输入阻抗带宽，还在振子弯折处进行倒角处理，并在低频点辐射振子的中心开矩形缝。本实用新型采用微带馈电方式，双频工作，体积小，天线带宽较宽，实现了全向辐射，从而简化了馈电方式，降低了各通讯系统间的干扰，节省了成本，适用范围广。

Description

一种小型化双频全向微带天线

技术领域

本实用新型属于无线电设备中天线领域，尤其涉及一种小型化双频全向微带天线。

背景技术

天线是无线电设备中的关键部件，它承担着能量转换功能和定向辐射(或接收)的功能，直接决定电磁能量在空间传输的效率，影响整个无线通信系统工作效果。随着无线通信事业的蓬勃发展，对天线性能提出了许多特殊的和苛刻的要求，蜂窝电话、全球定位系统(GPS)、合成孔径雷达(SAR)、卫星通信、个人通信(GSM 900/DCS1800)，特别是现阶段的第三代移动通信，以及今后的第四代移动通信等领域，要求天线要同时具备多频带、宽带化、结构小型化、结构简单、制作成本低廉和适合大批量生产等性能。传统的天线类型很难同时满足上述所有性能要求。

现在传统的双频贴片天线是指具有两个谐振频率的贴片天线，它具有贴片天线本身的一些优越性，如重量轻、剖面低、加工方便等。但是，由于双频贴片天线的馈电网络相对来说比较复杂，尤其在阵列中更为突出。同时其结构的物理尺寸过大，天线带宽较窄，不易实现全向辐射，很难满足现在无线通信的要求。

还有一些共面波导馈电的双频单极子天线，它也具有双频和全向辐射的特性，同时也具有馈电方便，容易加工制作，但是这种单极子天线物理尺寸比较大，天线带宽较窄，也很难满足现在无线通信不断发展的要求。

同时对于一些同轴电缆馈电的双频全向天线，由于其加工复杂，不适合批量生产，并且不易与其他物体共面等缺点，也不能满足现在无线通信的一些要求。

鉴于此，实有必要提供一种新型小型化双频全向微带天线以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种小型化双频全向微带天线，用于实现全向辐射，增加天线带宽和实现天线小型化，简化馈电方式，降低各通讯系统间的干扰并节省成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种小型化双频全向微带天线，其设置于包括馈电和辐射单元层、设置于馈电和辐射单元层下的介质层以及设置于介质层下的金属地层的PCB上，该天线包括微带传输线和自微带传输线一端延伸设置的微带振子，所述微带传输线另一端位于PCB边缘，所述微带振子包括低频微带振子和高频微带振子，所述低频微带振子包括自微带传输线一侧延伸的第一微带振子、自第一微带振子一端垂直弯折的第二微带振子、自第二微带振子一端垂直弯折的第三微带振子、自第三微带振子一端垂直弯折的第四微带振子、自第四微带振子一端垂直弯折的第五微带振子、自第五微带振子一端垂直弯折的第六微带振子以及自第六微带振子一端垂直弯折的第七微带振子；其中，第二、四、六微带振子互相平行，第一、三、五、七微带振子互相平行；所述高频微带振子包括自微带传输线另一侧延伸的第八微带振子、自第八微带振子一端垂直弯折的第九微带振子以及自第九微带振子一端垂直弯折的第十微带振子，所述第八、十微带振子互相平行。

新型小型化双频全向微带天线是通过改进创新一些基本和传统的天线得到，其基本思想就是：通过一些新的结构和新的方法，来减小现在天线的物理尺寸，增加天线带宽，简化馈电方式，同时能实现全向辐射，使这种新型天线能够满足当前无线通信中一些现在天线无法满足的要求。

新型小型化双频全向微带天线通过一条微带传输线对两个微带振子进行馈电，实现了全向辐射和双频工作的目的，改变了传统双频天线馈电方式复杂的缺点，同时采用微带结构，具有重量轻、剖面低、加工方便等优点，通过弯折的微带振子代替传统的直线型微带振子，达到减小天线尺寸的目的，使天线实现了小型化，在无线通信设备越来越小型化的今天，天线的小型化具有更大的优势和用处。同时还在振子弯折处采用了倒角处理，使振子上的电流更加平滑的流动，从而增加了天线的带宽，还在振子的中心进行开缝处理，增加了电流流动路径，达到了增加了天线带宽的目的。

本实用新型可以应用于蜂窝电话、全球定位系统(GPS)、合成孔径雷达(SAR)、卫星通信、个人通信(GSM 900/DCS1800)，第三代移动通信，以及今后的第四代移动通信等领域，本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供一种新型双频微带天线，可以解决现在双频全向天线中馈电方式复杂，物理尺寸过大以及带宽较窄的问题。

附图说明

图1为本实用新型天线结构图；

图2为本实用新型天线金属地层正视图；

图3为本实用新型天线馈电和辐射单元层正视图；

图4为本实用新型天线的馈电端口反射系数仿真曲线；

图5为本实用新型天线远场辐射仿真方向图(2.0GHz)。

具体实施方式

一种小型化双频全向微带天线，其设置于包括馈电和辐射单元层、设置于馈电和辐射单元层下的介质层以及设置于介质层下的金属地层的PCB上，其特征在于：该天线包括微带传输线和自微带传输线一端延伸设置的微带振子，所述微带传输线另一端位于PCB边缘，所述微带振子包括低频微带振子和高频微带振子，所述低频微带振子包括自微带传输线一侧延伸的第一微带振子、自第一微带振子一端垂直弯折的第二微带振子、自第二微带振子一端垂直弯折的第三微带振子、自第三微带振子一端垂直弯折的第四微带振子、自第四微带振子一端垂直弯折的第五微带振子、自第五微带振子一端垂直弯折的第六微带振子以及自第六微带振子一端垂直弯折的第七微带振子；其中，第二、四、六微带振子互相平行，第一、三、五、七微带振子互相平行；所述高频微带振子包括自微带传输线另一侧延伸的第八微带振子、自第八微带振子一端垂直弯折的第九微带振子以及自第九微带振子一端垂直弯折的第十微带振子，所述第八、十微带振子互相平行。所述低频微带振子呈“方波形”。该天线的垂直弯折处设有倒角。所述第一、三、五、七微带振子的中部设有矩形开缝。

具体的，天线的结构参数为：

在辐射单元层，一段长度为L＝30mm，宽度为Wf＝3.25mm的微带传输线，其特征阻抗为50欧姆，在微带传输线的尾端连接两个微带振子构成天线的辐射单元，分别对应不同的频点辐射，对应低频点工作的辐射体由7段微带振子组成，对应高频工作的辐射体由三段微带振子组成，其参数分别为：L₁＝5.6mm，WL₁＝3mm，W₁＝1.5mm，L₂＝9.35mm，WL₂＝2.5mm，W₂＝1.5mm，SL＝3mm，SW＝0.5mm。介质层介电常数为3.48，厚度为1.524mm。结构图如图2所示。

在金属地层，与作为天线馈电单元的微带线对应部分被涂敷了金属，作为馈电单元的金属地。金属地的宽度与介质板宽度一致，长度为微带线长度，即30mm。其结构图如图3所示。

根据上述结构参数，加工制作了天线模型并进行了性能测试。测试结果(参考图4)表明该新型小型化双频微带天线的S11＜-10dB频率范围分别从1.9GHz到2.2GHz和从2.5GHz到2.75GHz，分别达到了14.6％和10％，同时天线的物理尺寸也缩小了38％，表明该天线具有较宽的阻抗带宽和很好的小型化特征。

本实用新型小型化双频微带天线通过改进实用新型一些基本和传统的天线得到，其基本思想就是得到满足当前无线通信的一些要求，通过弯折的单极振子代替了传统的直线型单极振子，达到减小天线尺寸的目的，尺寸缩小了38％，为了增加天线的带宽，在振子弯折处进行了倒角处理，同时在振子内部开缝，使天线输入阻抗的相对带宽分别达到了14.6％和10％，同时还通过一段微带线对两个单极振子进行馈电，实现双频辐射。

新型小型化双频全向微带天线通过一条微带传输线对两个微带振子进行馈电，实现了全向辐射和双频工作的目的，改变了传统双频天线馈电方式复杂的缺点，同时采用微带结构，具有重量轻、剖面低、加工方便等优点，通过弯折的微带振子代替传统的直线型微带振子，达到减小天线尺寸的目的，使天线实现了小型化，在无线通信设备越来越小型化的今天，天线的小型化具有更大的优势和用处。同时还在振子弯折处采用了倒角处理，使振子上的电流更加平滑的流动，从而增加了天线的带宽，还在振子的中心进行开缝处理，增加了电流流动路径，达到了增加了天线带宽的目的，天线的结构图如图1所示。

本专利采用了弯折的微带振子代替传统直线型的微带振子作为天线的辐射体，大大减小了天线的物理尺寸，通过在微带振子弯折处做倒角处理，以及在微带振子中心处开缝，增加了天线的带宽，具有很高的创造性。

本专利在双频带内工作，并具有全向辐射特性，以及小型化和较宽的带宽，并且很适合批量生产，非常适合现阶段第三代移动通信以及今后第四代移动通信的应用。因此，具有较高的实用性。

本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims

1.一种小型化双频全向微带天线，其设置于包括馈电和辐射单元层、设置于馈电和辐射单元层下的介质层以及设置于介质层下的金属地层的PCB上，其特征在于：该天线包括微带传输线和自微带传输线一端延伸设置的微带振子，所述微带传输线另一端位于PCB边缘，所述微带振子包括低频微带振子和高频微带振子，所述低频微带振子包括自微带传输线一侧延伸的第一微带振子、自第一微带振子一端垂直弯折的第二微带振子、自第二微带振子一端垂直弯折的第三微带振子、自第三微带振子一端垂直弯折的第四微带振子、自第四微带振子一端垂直弯折的第五微带振子、自第五微带振子一端垂直弯折的第六微带振子以及自第六微带振子一端垂直弯折的第七微带振子；其中，第二、四、六微带振子互相平行，第一、三、五、七微带振子互相平行；所述高频微带振子包括自微带传输线另一侧延伸的第八微带振子、自第八微带振子一端垂直弯折的第九微带振子以及自第九微带振子一端垂直弯折的第十微带振子，所述第八、十微带振子互相平行。

2.如权利要求1所述的一种小型化双频全向微带天线，其特征在于：该天线的垂直弯折处设有倒角。

3.如权利要求1或2所述的一种小型化双频全向微带天线，其特征在于：所述第一、三、五、七微带振子的中部设有矩形开缝。

4.如权利要求1所述的一种小型化双频全向微带天线，其特征在于：所述微带传输线长度L为30mm，宽度Wf为3.25mm。

5.如权利要求1所述的一种小型化双频全向微带天线，其特征在于：所述微带传输线的特征阻抗为50欧姆。

6.如权利要求1所述的一种小型化双频全向微带天线，其特征在于：所述介质层介电常数为3.48。