CN202712418U

CN202712418U - 一种宽频带改进型平面印刷天线

Info

Publication number: CN202712418U
Application number: CN 201220313620
Authority: CN
Inventors: 肖海林; 胡振
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2012-07-01
Filing date: 2012-07-01
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-07-01

Abstract

本实用新型公开一种宽频带改进型平面印刷天线，包括介质基板，介质基板的正面印制有天线单元和地板，介质基板的背面印制有阻抗转换单元和微带馈线。上述天线单元呈双倒F形状的结构，其主要由第一辐射单元、第二辐射单元、第一短路单元和第二短路单元构成。阻抗转换单元连接微带馈线；阻抗转换单元与天线单元在垂直于介质基板的镜像投影平面上部分重合。本实用新型能够解决传统平面倒F天线带宽窄的问题，增强其调谐阻抗匹配的能力。

Description

一种宽频带改进型平面印刷天线

技术领域

本实用新型涉及一种平面印刷天线，具体涉及一种宽频带改进型平面印刷天线。

背景技术

在无线通信中，天线作为辐射与接收信号的关键部分，诸如回波损耗、阻抗带宽、方向图、增益、辐射效率等参数指标将直接影响无线通信装置的性能。从安装在终端设备上的天线形态上来区分，现有的天线可分为外置天线与内置天线。早期安装在移动终端设备上的，如手持电话、无线对讲机等多为外置天线。但是外置天线占据通信装置大量空间，而且易折损、影响美观。随着终端无线通讯装置的体型越来越精巧，消费者对于通信装置外部形态美观的追求的潜在市场需求和内置天线不易损坏等诸多优点。同内置天线相比，外置天线的局限性愈发突显。

近年来，无线通信装置的小型化与低轮廓的趋势，使得内置天线越来受到人们关注与重视。比较常见内置天线包括LTCC（低温共烧陶瓷技术）和印刷天线。LTCC在高频与高温环境中有着不错的性能，但是价格昂贵。印刷天线的种类较多，最为常见的一种是PIFA（平面倒F天线）如图1所示，同LTCC相比，PIFA天线具有尺寸小，重量轻，剖面低、价格低廉等优势，颇受人们青睐。

虽然传统的PIFA天线的特点是在一定程度上减小了天线的高度，将天线顶部向下弯折，降低了天线的剖面，易实现与装置共形和安装。然而随着现代无线通信技术的不断发展，单频点工作、窄频带通数据传输在当今信息高速发展的时代，显得苍白无力。特别是下一代无线通信对数据的高传输率传输和可靠性要求，对天线性能的提高提出了一个巨大挑战，尤其对带宽的性能要求，更是迫切。传统的PIFA天线的最为突出的缺陷是其带宽较窄，不能很好的满足对于带宽性能较高的通信系统。而本实用新型采用双倒F形状，有助于改善阻抗匹配，实现较宽的频带特性，该天线不仅结构紧凑，同时在水平面上能够保持良好的全向辐射特性，特别适宜于作为便携式移动设备的终端天线来使用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种宽频带改进型平面印刷天线，它能够解决传统平面倒F天线带宽窄的问题，增强其调谐阻抗匹配的能力。

为解决上述问题，本实用新型所设计的一种宽频带改进型平面印刷天线，包括介质基板，介质基板的正面印制有天线单元和地板，介质基板的背面印制有阻抗转换单元和微带馈线。上述天线单元呈双倒F形状的结构，其主要由第一辐射单元、第二辐射单元、第一短路单元和第二短路单元构成；第一辐射单元和第二辐射单元相平行、第一短路单元和第二短路单元相平行；第一短路单元的一端连接第一辐射单元的其中一端，第一短路单元的另一端直接与地板短接；第二短路单元的一端与第二辐射单元连接，另一端直接与地板短接；第二辐射单元的一端与第一短路单元连接。阻抗转换单元连接微带馈线；阻抗转换单元与天线单元在垂直于介质基板的镜像投影平面上部分重合。

上述方案中，所述第一辐射单元和第二辐射单元垂直于第一短路单元和第二短路单元。

上述方案中，所述第一辐射单元的长度大于第二辐射单元的长度。

上述方案中，所述阻抗转换单元与微带馈线平行。

上述方案中，所述阻抗转换单元与第一短路单元平行。

上述方案中，所述阻抗转换单元的延伸长度等于第一短路单元平行的延伸长度。

上述方案中，所述第一辐射单元、第二辐射单元、第一短路单元、第二短路单元、阻抗转换单元和微带馈线均呈长直带状。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1.省去了短路壁钻孔与地板短接工艺，采用微带对天线馈送能量，馈电方式简单，降低制作工艺难度和成本。

2.具有较宽的阻抗特性，能够覆盖邻近的工作频段，实现多频点谐振，满足多频段的通信系统需求。

3.增强对天线匹配调谐能力，使得天线与微带馈线的匹配更加容易实现。

4.结构紧凑，具有更宽的频带宽度，能够克服某些使用环境下，频点偏移而使系统无法正常工作的情况，并且该天线具有良好的全向辐射特性，特别适用于便携式移动终端设备。

附图说明

图1为传统倒F天线的结构图。

图2为一种宽频带改进型平面印刷天线的结构图。

图3为图2的侧视图。

图4为一种宽频带改进型平面印刷天线的正面图。

图5为一种宽频带改进型平面印刷天线的反面图。

图6为一种宽频带改进型平面印刷天线的驻波比的仿真值与实际测量值的比较图。

图7为一种宽频带改进型平面印刷天线2.45G实测方向图。

图8为一种宽频带改进型平面印刷天线2.1G实测方向图。

图9为一种宽频带改进型平面印刷天线的实测峰值增益与频率曲线图。

具体实施方式

参见图2和图3，一种宽频带改进型平面印刷天线，包括介质基板11，介质基板11的正面12印制有天线单元15和地板14，介质基板11的背面13印制有阻抗转换单元31和微带馈线16。在本实施例中，介质基板11采用环氧玻纤（FR4），其厚度为1.6mm，介质基板的宽度为S2=40mm，介质基板的长度S1=50mm，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。

参见图4，上述天线单元15呈双倒F形状的结构，其主要由第一辐射单元21、第二辐射单元22、第一短路单元23和第二短路单元24构成；第一辐射单元21和第二辐射单元22相平行、第一短路单元23和第二短路单元24相平行；第一短路单元23的一端连接第一辐射单元21的其中一端，第一短路单元23的另一端直接与地板14短接；第二短路单元24的一端与第二辐射单元22连接，另一端直接与地板14短接；第二辐射单元22的一端与第一短路单元23连接。在本实施例中，第一辐射单元21和第二辐射单元22垂直于第一短路单元23和第二短路单元24。第一辐射单元21的长度大于第二辐射单元22的长度。短路壁25即第一短路单元23和第二短路单元24直接与地板14短接，去除了传统倒F印刷天线，需要将短路壁打孔与另一面地板短接的制作工序。

上述天线单元15中第一辐射单元21紧贴且平行于介质基板11的上边缘，这样设计的好处本身减小了天线占用介质基板11的空间，使天线尽可能的向外辐射能量。天线单元15的位置靠近介质基板11的右边缘，设距离介质基板11左侧的距离为S3，通过对天线单元15与介质基板11左侧距离S3的参数扫描分析，该S3的大小不仅影响着天线的阻抗匹配，还对天线在水平面的方向图产生明显的影响。因为地板上的电流分布对天线的方向图影响不可忽视。但只要S3取得适当的值就能保证天线能在水平面获得良好的全向辐射特性。

参见图5，阻抗转换单元31连接微带馈线16；阻抗转换单元31与天线单元15在垂直于介质基板11的镜像投影平面上部分重合。在本实施例中，阻抗转换单元31与微带馈线16平行。阻抗转换单元31与第一短路单元23平行。阻抗转换单元31的延伸长度等于第一短路单元23平行的延伸长度。

上述第一辐射单元21、第二辐射单元22、第一短路单元23、第二短路单元24、阻抗转换单元31和微带馈线16均呈长直带状。由于阻抗转换单元31印制在介质基板背面13，电流流经阻抗转换单元31，一方面给天线单元15有效的电磁耦合，另一方面与天线单元15共同形成了辐射场分布，同时也改变了天线的阻抗形式，调整阻抗转换单元31的尺寸，对天线的阻抗匹配有明显的改善作用。

从天线表面电流分布来看，与第一短路单元23相连的第二辐射单元22，以及与第二辐射单元22连接的第二短路单元24，有效的增加了电流在天线表面的回流路径，容易形成多个频率相近的谐振点，形成较宽的阻抗特性。从天线馈电的形式看，第二辐射单元22与第一辐射单元21之间以及第一短路单元23与第二短路单元24之间引入了寄生电容效应，这种附加的电抗加载，不仅改变了整个天线的阻抗形式，而且改变了场形分布，使得天线的阻抗特性得到了加强，增大了天线的频带宽度。通过仿真分析，第一辐射单元21与第一短路单元23的长度，为电流分布在天线表面较长的路径，主要决定了天线在低频段的谐振特性。而第二辐射单元22与第二短路单元24的长度，为电流分布在天线表面较短的路径，主要决定了天线在高频段的谐振特性。同时调节第一辐射单元21与第二辐射单元22和第一短路单元23与第二短路单元24之间的距离，能够有效的改变天线的电抗分量，使得天线在高频谐振点与低频谐振点之间的范围内获得很好的阻抗特性。可见，本实用新型不仅改进了原有倒F形结构带宽窄的缺陷，附加的第二辐射单元22以及第二短路单元24对天线的匹配形成了一定的调谐能力，使得天线的匹配更容易实现。

记第一辐射单元21的长度为L1，宽度为W11，第一短路单元23的长度为H1、宽度为W12，第二辐射单元22长度为L2，宽度为W21，以及第二短路单元24的长度为H2，宽度为W22，阻抗转换单元31的长度为H3，宽度为W3，微带馈线16的长度为H4，宽度为W4。由于在本实用新型实施例中，第一辐射单元21的长度L1大于第二辐射单元22的长度L2，因此L1与H1之和主要决定了带宽范围内的低频谐振特性，L2与H2之和主要决定了带宽范围内的高频谐振特性。第一辐射单元21的宽度W11和第一短路单元23的宽度W12，阻抗转换单元31与第一短路单元23的间距，主要影响低频谐振点匹配特性，第二辐射单元22长度L2和第二短路单元24的宽度W22主要影响高频谐振点匹配特性，改变第二短路单元24的长度H2，第一短路单元23与第二短路单元24的间距S4，有效的改变了天线的阻抗形式，能使天线在高低谐振点之间的范围内，获得不错的阻抗特性，达到增大带宽的目的。微带馈线16的宽度为W4，对应特征阻抗为50欧姆。通过软件仿真，优选出符合天线的尺寸：S1=50mm，S2=40mm，S3=15mm，S4=1mm，S5=16.25mm，L1=18mm，L2=12mm，H1=15mm，H2=6mm，H3=15mm，H4=35mm，W11=3mm，W12=3mm，W21=1mm，W22=1mm，W3=1.5mm，W4=3mm。图6为采用上述尺寸天线的驻波比的仿真值与实际测量值的比较图。图7为采用上述尺寸天线2.45G实测方向图。图8为采用上述尺寸天线2.1G实测方向图。图9为采用上述尺寸天线的实测的最大增益与频率曲线图。

Claims

1.一种宽频带改进型平面印刷天线，包括介质基板（11），其特征在于：介质基板（11）的正面（12）印制有天线单元（15）和地板（14），介质基板（11）的背面（13）印制有阻抗转换单元（31）和微带馈线（16）；

上述天线单元（15）呈双倒F形状的结构，其主要由第一辐射单元（21）、第二辐射单元（22）、第一短路单元（23）和第二短路单元（24）构成；第一辐射单元（21）和第二辐射单元（22）相平行、第一短路单元（23）和第二短路单元（24）相平行；第一短路单元（23）的一端连接第一辐射单元（21）的其中一端，第一短路单元（23）的另一端直接与地板（14）短接；第二短路单元（24）的一端与第二辐射单元（22）连接，另一端直接与地板（14）短接；第二辐射单元（22）的一端与第一短路单元（23）连接；

阻抗转换单元（31）连接微带馈线（16）；阻抗转换单元（31）与天线单元（15）在垂直于介质基板（11）的镜像投影平面上部分重合。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带改进型平面印刷天线，其特征在于：第一辐射单元（21）和第二辐射单元（22）垂直于第一短路单元（23）和第二短路单元（24）。

3.根据权利要求1或2所述的一种宽频带改进型平面印刷天线，其特征在于：第一辐射单元（21）的长度大于第二辐射单元（22）的长度。

4.根据权利要求1或2所述的一种宽频带改进型平面印刷天线，其特征在于：阻抗转换单元（31）与第一短路单元（23）平行。

5.根据权利要求4所述的一种宽频带改进型平面印刷天线，其特征在于：阻抗转换单元（31）的延伸长度等于第一短路单元（23）平行的延伸长度。

6.根据权利要求1所述的一种宽频带改进型平面印刷天线，其特征在于：阻抗转换单元（31）与微带馈线（16）平行。

7.根据权利要求1所述的一种宽频带改进型平面印刷天线，其特征在于：第一辐射单元（21）、第二辐射单元（22）、第一短路单元（23）、第二短路单元（24）、阻抗转换单元（31）和微带馈线（16）均呈长直带状。