CN203312452U

CN203312452U - 用于便携式无线通信设备的分集天线

Info

Publication number: CN203312452U
Application number: CN201320398528XU
Authority: CN
Inventors: 高鹏; 贺爽; 陈华; 袁斌; 郭宏展
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-07-05

Abstract

本实用新型公开了一种能够同时覆盖蓝牙和超带宽频段的用于便携式无线通信设备的分集天线。该分集天线包括基板，所述基板上设置有第一金属辐射体、第二金属辐射体、接地板，所述接地板上设置有第一馈电端口、第二馈电端口，所述第一金属辐射体连接在第一馈电端口上，第二金属辐射体连接在第二馈电端口上，所述第一馈电端口与第二馈电端口均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体、第二金属辐射体的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体与第二金属辐射体成正交分布，可以使分集天线带宽覆盖频段达到2.3-12.5GHz以上，从而使分集天线能够同时覆盖蓝牙和超带宽频段，满足超带宽频段和蓝牙频段的要求，适合在天线技术领域推广应用。

Description

用于便携式无线通信设备的分集天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种用于便携式无线通信设备的分集天线。

背景技术

蓝牙，是一种支持设备短距离通信的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。在通信系统中，蓝牙技术已被广泛应用。

超宽带通信技术由于其宽工作频带（3.1-10.6GHz）、低传输功率（低于-41.3dBm）、高数据传输速率和强抗干扰能力，是一种非常好的近距离无线通信技术，然而，由于复杂的环境,多径衰落不可避免的影响了超宽带系统的性能。多输入多输出（MIMO）技术可以有效的解决上诉问题，MIMO技术包括空间分集、极化分集和方向图分集等多种方法，其中方向图分集能有效地利用不同的辐射方向图来提高链路稳定性，提高信号传输质量。天线作为实现超宽带通信的关键部件之一，在通信系统中具有举足轻重的作用。

目前，所使用的分集天线主要有以下几种：

第一种，《电子快报》杂志（Electron.lett.,vol.49,no.7,Apr.2010,pp.478-480）介绍了一种双端口超宽带环形槽天线，该天线尺寸为80*80mm²，其带宽覆盖了3.1-10.6GHz的频段，两端口之间的隔离度达到-15dB；

第二种，国际电子电气工程师协会《天线与传播》杂志（IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.60,no.9,Sep.2012,pp.4372-4380）介绍了一种小型化高隔离度MIMO天线，该天线尺寸为25*40mm²，隔离度达到了-22dB，其带宽覆盖了3.1-5.5GHz的频段；

第三种，国际电子电气工程师协会《天线与传播》杂志（IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.8,Nov.2009,pp.1279–1282）介绍了一种小型化高隔离度超宽带MIMO天线，该天线尺寸为35*40mm²，隔离度达到了-20dB，其带宽覆盖了3.1-10.6GHz的频段。

可以看出，现有的几种分集天线其带宽覆盖的频段大都在3.1-10.6GHz范围之内，而蓝牙的工作频段为2.4GHz，因此，现有的分集天线都只能紧紧满足超宽带通信的需求，不能满足蓝牙频段的要求。

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能够同时覆盖蓝牙和超带宽频段的用于便携式无线通信设备的分集天线。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：该用于便携式无线通信设备的分集天线，包括基板，所述基板上设置有第一金属辐射体、第二金属辐射体、接地板，所述接地板上设置有第一馈电端口、第二馈电端口，所述第一金属辐射体连接在第一馈电端口上，第二金属辐射体连接在第二馈电端口上，所述第一馈电端口与第二馈电端口均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体、第二金属辐射体的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体与第二金属辐射体成正交分布。

进一步的是，在接地板上设置第一凹槽并且在第一凹槽内设置第一微带馈线形成所述的第一馈电端口，第一金属辐射体连接在第一微带馈线上，在接地板上设置第二凹槽并且在第二凹槽内设置第二微带馈线形成所述的第二馈电端口，第二金属辐射体连接在第二微带馈线上，所述第一凹槽、第二凹槽的形状均为阶梯型。

进一步的是，所述接地板由L型板和圆弧板共同构成，圆弧板的两端分别与L型板的两个自由端相连，所述第一馈电端口、第二馈电端口分别设置在L型板的两个直角边上。

进一步的是，所述第一馈电端口、第二馈电端口沿L型板的角平分线对称设置。

进一步的是，所述基板上设置第一叉形枝节、第二叉形枝节形成谐振结构，所述第一叉形枝节从L型板的拐角处沿L型板的角平分线延伸，所述第二叉形枝节从圆弧板的中点沿L型板的角平分线延伸。

进一步的是，所述第一金属辐射体与第二金属辐射体沿L型板的角平分线对称设置。

进一步的是，所述基板采用FR-4材料制作而成，基板的介电常数为4.4。

本实用新型的有益效果：通过将第一馈电端口、第二馈电端口设置为采用共面波导馈电方式馈电的共面波导馈电端口，同时将第一金属辐射体、第二金属辐射体的形状设置为阶梯型并且所述第一金属辐射体与第二金属辐射体成正交分布，可以大大提高分集天线的带宽覆盖频段，使其带宽覆盖频段达到2.3-12.5GHz以上，从而使分集天线能够同时覆盖蓝牙和超带宽频段，满足超带宽频段和蓝牙频段的要求。

附图说明

图1是本实用新型用于便携式无线通信设备的分集天线的俯视图；

图2是本实用新型用于便携式无线通信设备的分集天线的侧视图；

图3是本实用新型用于便携式无线通信设备的馈电端口和金属辐射体的结构图；

图4是本实用新型用于便携式无线通信设备的第一叉形枝节结构图；

图5是本实用新型用于便携式无线通信设备的第二叉形枝节结构图；

图6是由实施例得出的分集天线的S11和S22参数图；

图7是由实施例得出的分集天线的S12和S21参数图；

图中标记说明：基板1、第一金属辐射体21、第二金属辐射体22、接地板3、L型板31、圆弧板32、第一馈电端口41、第一凹槽411、第一微带馈线412、第二馈电端口42、第二凹槽421、第二微带馈线422、第一叉形枝节51、第二叉形枝节52。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，该用于便携式无线通信设备的分集天线，包括基板1，所述基板1上设置有第一金属辐射体21、第二金属辐射体22、接地板3，所述接地板3上设置有第一馈电端口41、第二馈电端口42，所述第一金属辐射体21连接在第一馈电端口41上，第二金属辐射体22连接在第二馈电端口42上，所述第一馈电端口41与第二馈电端口42均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体21、第二金属辐射体22的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体21与第二金属辐射体22成正交分布。分集天线采用双端口馈电，将第一馈电端口41、第二馈电端口42的馈电方式改为共面波导馈电，以满足50Ω匹配，可以使第一馈电端口41到第一金属辐射体21、第二馈电端口42到第二金属辐射体22之间达到更好的阻抗匹配从而拓展分集天线的带宽，同时将第一金属辐射体21、第二金属辐射体22的形状设置为阶梯型，有利于增加谐振点个数，拓展分集天线的带宽，并且将第一金属辐射体21与第二金属辐射体22成正交分布，可以使分集天线通过第一金属辐射体21、第二金属辐射体22向水平和垂直方向接收或者发射电磁波，可以进一步拓展分集天线的带宽，通过将第一馈电端口41、第二馈电端口42设置为采用共面波导馈电方式馈电的共面波导馈电端口，同时将第一金属辐射体21、第二金属辐射体22的形状设置为阶梯型并且所述第一金属辐射体21与第二金属辐射体22成正交分布，可以大大提高分集天线的带宽覆盖频段，使其带宽覆盖频段达到2.3-12.5GHz以上，从而使分集天线能够同时覆盖蓝牙和超带宽频段，满足超带宽频段和蓝牙频段的要求。

在上述实施方式中，所述馈电端口的结构如下：在接地板3上设置第一凹槽411并且在第一凹槽411内设置第一微带馈线412形成所述的第一馈电端口41，第一金属辐射体21连接在第一微带馈线412上，在接地板3上设置第二凹槽421并且在第二凹槽421内设置第二微带馈线422形成所述的第二馈电端口42，第二金属辐射体22连接在第二微带馈线422上，为了使第一馈电端口41到第一金属辐射体21、第二馈电端口42到第二金属辐射体22之间达到更好的阻抗匹配进一步拓展分集天线的带宽，所述第一凹槽411、第二凹槽421的形状均为阶梯型。

进一步的是，所述接地板3的结构可以根据实际情况而定，作为优选的方式是：所述接地板3由L型板31和圆弧板32共同构成，圆弧板32的两端分别与L型板31的两个自由端相连，所述第一馈电端口41、第二馈电端口42分别设置在L型板31的两个直角边上。这种结构的接地板3可以有效增加电流的有效路径，能有效地减小分集天线尺寸，实现分集天线小型化。

进一步的是，所述基板1上设置第一叉形枝节51、第二叉形枝节52形成谐振结构，所述第一叉形枝节51从L型板31的拐角处沿L型板31的角平分线延伸，所述第二叉形枝节52从圆弧板32的中点沿L型板31的角平分线延伸。在基板1上设置第一叉形枝节51、第二叉形枝节52形成谐振结构，可以改变第一馈电端口41、第二馈电端口42之间的电流路径，其长度计算公式如下：

该式中，c为光速，f为谐振点频率，ε_r为介质板介电常数，其中第一叉形枝节51改变L型板31上的电流，第二叉形枝节52改变圆弧板32上的电流，从而有效的改善了第一馈电端口41与第二馈电端口42的隔离度，提高了分集天线的隔离度，改善了分集天线的性能，从而克服复杂恶劣环境下的多径衰落提高整个通信系统的性能。

为了进一步提高分集天线的带宽覆盖频段范围，减小分集天线的尺寸，所述第一馈电端口41、第二馈电端口42沿L型板31的角平分线对称设置，所述第一金属辐射体21与第二金属辐射体22沿L型板31的角平分线对称设置，所述L型板31的角平分线与L型板31的两个边之间的夹角为45°。

另外，整个分集天线采用单面敷铜基板制作而成，整体结构可以利用传统PCB或LTCC技术实现加工，成本低廉为了保证分集天线的性能，所述基板1优选采用FR-4材料制作而成，基板1的介电常数为4.4。

实施例

如图1、2所示，基板1的长度l=48mm，宽度w=48mm，厚度hs=0.8mm，介质材料为FR-4，介电常数为4.4。

接地板3由L型板31和圆弧板32共同构成，L型板31的两个边长度为l=48mm，L型板31的两个边的宽度为l1=8mm，圆弧板32的内半径r1=36mm,外半径r2=40mm。

第一金属辐射体21与第二金属辐射体22采用相同的尺寸结构，具体尺寸参照图3所示，w1=10mm,h1=8mm,w2=2mm,h2=2mm。

第一馈电端口41与第二馈电端口42采用相同的尺寸结构，具体尺寸参照图3所示，第一微带馈线412、第二微带馈线422的长度均为l1+h=8mm+1mm=9mm，宽度均为wd=1mm，第一凹槽411、第二凹槽421的尺寸其中g=0.3mm,w3=0.4mm,h3=2.5mm，第一馈电端口41与第二馈电端口42的安装位置相同距离L型板31的距离如图所示，间距l2=30mm。

第一叉形枝节51的尺寸如图4所示，l3=18mm，l4=12mm，l5=8mm，g1=3mm，g2=2mm，g3=1.25mm。

第二叉形枝节52的尺寸如图5所示，l6=0.5mm，l7=7mm，l8=8.3mm，g4=2mm，g5=0.5mm。

该分集天线设计完成后，经过实际仿真和测试，分集天线的S11和S22参数如图6所示，在2.3GHz～12.5GHz天线回波损耗小于-10dB，同时S12和S21参数如图7所示，在整个工作频段都小于-20dB，具有很好的隔离度。本实用新型结构简单，易于加工，分集天线特性优良，非常适合蓝牙与超宽带频段MIMO系统的应用。

Claims

1.用于便携式无线通信设备的分集天线，包括基板（1），所述基板（1）上设置有第一金属辐射体（21）、第二金属辐射体（22）、接地板（3），所述接地板（3）上设置有第一馈电端口（41）、第二馈电端口（42），所述第一金属辐射体（21）连接在第一馈电端口（41）上，第二金属辐射体（22）连接在第二馈电端口（42）上，其特征在于：所述第一馈电端口（41）与第二馈电端口（42）均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体（21）、第二金属辐射体（22）的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体（21）与第二金属辐射体（22）成正交分布。

2.如权利要求1所述的用于便携式无线通信设备的分集天线，其特征在于：在接地板（3）上设置第一凹槽（411）并且在第一凹槽（411）内设置第一微带馈线（412）形成所述的第一馈电端口（41），第一金属辐射体（21）连接在第一微带馈线（412）上，在接地板（3）上设置第二凹槽（421）并且在第二凹槽（421）内设置第二微带馈线（422）形成所述的第二馈电端口（42），第二金属辐射体（22）连接在第二微带馈线（422）上，所述第一凹槽（411）、第二凹槽（421）的形状均为阶梯型。

3.如权利要求2所述的用于便携式无线通信设备的分集天线，其特征在于：所述接地板（3）由L型板（31）和圆弧板（32）共同构成，圆弧板（32）的两端分别与L型板（31）的两个自由端相连，所述第一馈电端口（41）、第二馈电端口（42）分别设置在L型板（31）的两个直角边上。

4.如权利要求3所述的用于便携式无线通信设备的分集天线，其特征在于：所述基板（1）上设置第一叉形枝节（51）、第二叉形枝节（52）形成谐振结构，所述第一叉形枝节（51）从L型板（31）的拐角处沿L型板（31）的角平分线延伸，所述第二叉形枝节（52）从圆弧板（32）的中点沿L型板（31）的角平分线延伸。

5.如权利要求4所述的用于便携式无线通信设备的分集天线，其特征在于：所述第一馈电端口（41）、第二馈电端口（42）沿L型板（31）的角平分线对称设置。

6.如权利要求5所述的用于便携式无线通信设备的分集天线，其特征在于：所述第一金属辐射体（21）与第二金属辐射体（22）沿L型板（31）的角平分线对称设置。

7.根据权利要求1至6中任意一项权利要求所述的用于便携式无线通信设备的分集天线，其特征在于：所述基板（1）采用FR-4材料制作而成，基板（1）的介电常数为4.4。