CN204361264U - 双频天线装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种双频天线装置,其特征在于,包括介质基板以及位于介质基板上的辐射结构,所述辐射结构包括:第一辐射部件,包括椭圆形的第一辐射臂和从第一辐射臂的短轴两端起沿着与长轴平行的方向分别延伸的两个长条状的第一辐射分支;以及第二辐射部件,包括椭圆形的第二辐射臂和从第二辐射臂的短轴两端起沿着与长轴平行的方向分别延伸的两个长条状的第二辐射分支,其中,第一辐射臂和第二辐射臂各自的长轴一端作为馈电点并且彼此相对,第一辐射分支的端部与第二辐射分支的端部相对。该双频天线装置利用辐射结构的设计实现了两个工作频率,在采用超材料介质基板的情形下可以进一步减小天线尺寸和提高天线增益。

Description

双频天线装置
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域,更具体地涉及双频天线装置。
背景技术
随着无线通信技术的日益发展,在无线通讯电子设备中需要同时进行多个不同频段通讯。现有的无线通讯电子设备一般采用多根射频天线,分别用于不同的频段。然而,天线的性能受制于天线的尺寸。如果天线尺寸的减小,则天线的电长度减小,使得天线辐射效率和工作频率改变。
双频天线利用特定的辐射结构实现两个频段的谐振,从而可以满足两个频段的通讯需求。由于天线数量的减少,因此可以减小天线装置的尺寸。进一步地,期望减小双频天线自身的尺寸以及提高天线效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可以减小自身尺寸和提高天线效率的双频天线装置。
根据本实用新型的一方面,提供一种双频天线装置,其特征在于,包括介质基板以及位于所述介质基板的一侧表面上的辐射结构,所述辐射结构包括:第一辐射部件,包括椭圆形的第一辐射臂和从所述第一辐射臂的短轴两端起沿着与长轴平行的方向分别延伸的两个长条状的第一辐射分支;以及第二辐射部件,包括椭圆形的第二辐射臂和从所述第二辐射臂的短轴两端起沿着与长轴平行的方向分别延伸的两个长条状的第二辐射分支,其中,所述第一辐射臂和所述第二辐射臂各自的长轴一端作为馈电点并且彼此相对,所述第一辐射分支的端部与所述第二辐射分支的端部相对。
优选地,所述第一辐射臂的长轴和所述第二辐射臂的长轴位于一条直线上。
优选地,所述辐射结构的第一辐射部件与第二辐射部件彼此对称。
优选地,所述辐射结构由图案化的金属层形成,或者由导电油墨印刷形成。
优选地,所述介质基板的组分包括玻纤布、环氧树脂、以及与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。
优选地,在所述介质基板的另一侧表面上形成人造微结构,且所述另一侧表面与所述辐射结构位于介质基板的表面相对。
优选地,所述介质基板包括堆叠的第一片层和第二片层,在第一片层上且面对第二片层的表面上形成人造微结构,以及在第二片层上且背对第一片层的表面上形成所述辐射结构,通过所述第二片层将所述人造微结构与所述辐射结构隔离开来。
优选地,所述介质基板包括依次堆叠的多个第一片层和第二片层,在每个第一片层的靠近第二片层的表面上形成人造微结构,以及在第二片层上且背对第一片层的表面上形成所述辐射结构,通过所述第二片层将所述人造微结构与所述辐射结构隔离开来。
优选地,所述第一辐射分支与所述椭圆形的第一辐射臂的长轴平行,所述第二辐射分支与所述椭圆形的第二辐射臂的长轴平行。
优选地,所述双频天线装置的工作频段为2.4-2.48GHz和4.9-5.85GHz。
本实用新型在介质基板上形成偶极子天线的辐射结构。辐射部件包括椭圆形的第一和第二辐射臂以及长条状的第一和第二辐射分支。通过调节第一辐射臂和第二辐射臂的长度、第一辐射分支和以及第二辐射分支的长度,可以实现双频辐射特性。因此,可以在一个天线装置中实现双频工作。采用椭圆形的辐射臂,可以实现宽带性能。在优选的实施例中,该双频天线装置采用超材料介质基板,可以进一步减小天线尺寸和提高天线增益。该双频天线装置适用于家用无线互联设备,比如路由器,机顶盒等。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述,本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:
图1为根据本实用新型的双频天线装置的结构立体示意图;
图2为在双频天线装置中采用的介质基板的结构立体示意图;
图3为双频天线装置的反射系数S11随频率变化的曲线图;
图4为双频天线装置的电压驻波比随频率变化的曲线图;
图5为双频天线装置在2450MHz的天线方向图;
图6为双频天线装置在5800MHz的天线方向图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的几个优选实施例进行详细描述,但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本实用新型有彻底的了解,在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节,而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。
图1为根据本实用新型的双频天线装置的结构立体示意图。双频天线装置包括介质基板100、位于介质基板100的一侧表面的辐射结构200和馈电线300。介质基板100的组分包括玻纤布、环氧树脂、以及与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。辐射结构200例如由图案化的金属层形成,或者由导电油墨印刷形成。金属层可以由选自金、银、铜、铝或铁中的一种组成。优选地,金属层由铜组成,以兼顾天线的成本和性能。馈电线300例如为同轴线,用于向辐射结构200的馈入信号。
辐射结构200包括彼此对称的第一辐射部件和第二辐射部件。第一辐射部件包括第一辐射臂211和两个第一辐射分支212和213。第二辐射部件包括第二辐射臂221和两个第二辐射分支222和223。
第一辐射臂211和第二辐射臂221分别为彼此分离的椭圆形,其长轴位于一条直线上。馈电线300分别连接第一辐射臂211和第二辐射臂221的相对的长轴端部的馈电点。两个第一辐射分支212和213分别为长条状,从第一辐射臂211的短轴的两端开始,沿着与第一辐射臂211的长轴平行的方向延伸。两个第二辐射分支222和223分别为长条状,从第二辐射臂221的短轴的两端开始,沿着与第二辐射臂221的长轴平行的方向延伸。第一辐射分支212与第二辐射分支222的端部相对,第一辐射分支213与第二辐射分支223的端部相对。
在本实施方式中,当天线的长度为电磁波信号波长的1/2时,天线的发射和接收效率最高,天线的长度是第一辐射臂211和第二辐射臂221的长轴长度之和,因此,当第一辐射臂211和第二辐射臂221各自的长轴长度是电磁波信号波长的1/4时,天线的发射和接收效率最高,本实施方式中采用椭圆形的辐射臂,可以实现宽带性能。
在本实施方式中,该双频天线装置中的第一辐射臂211和第二辐射臂221的长轴长度主要影响天线低频段的响应,两个第一辐射分支212和213以及两个第二辐射分支222和223的长度主要影响天线高频段的响应。因此,本实施方式中通过调节第一辐射臂211和第二辐射臂221的长轴长度、两个第一辐射分支212和213以及两个第二辐射分支222和223的长度,可以实现双频辐射特性及工作频段的调节。
在本实施方式中,第一辐射分支212(或213)与椭圆形的第一辐射臂211的长轴平行,第二辐射分支222(或223)与椭圆形的第二辐射臂221的长轴平行。
图2为在双频天线装置中采用的介质基板的结构立体示意图。在该优选的实施例中,介质基板100为超材料基板,包括第一片层110和第二片层120的叠层,以及位于第一片层110的表面上的人造微结构130。
该介质基板100是基于人工电磁材料原理技术设计的。人工电磁材料是指将金属片镂刻成特定形状的拓扑金属结构,并将所述特定形状的拓扑金属结构设置于一定介电常数和磁导率基材上而加工制造的等效特种电磁材料,其性能参数主要取决于其亚波长的特定形状的拓扑金属结构。
第一片层110附着有不同图形和几何尺寸的人造微结构130以实现对不同频率段的电磁波进行吸收。第二片层120覆盖人造微结构130,并且为辐射结构200提供支撑。第一片层110和第二片层120可以分别由高分子材料、陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得,其中高分子材料可以采用聚四氟乙烯、FR4或F4B等。
人造微结构130可以采用具有对电场响应的拓扑结构,如:“工”字形、“十”字形或“H”形以及其衍生结构,图2所示实施例是“工”字形的人造微结构130。采用合适尺寸和图案的人造微结构,可以在介质基板100中实现负磁导率和负介电常数,从而利用超材料介质基板减小天线尺寸和提高天线增益。
在具体实施例中,人造微结构130由至少一根铜丝或者银丝等金属丝构成,具有特定图形。金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等多种方法附着在第一片层110上。其中,蚀刻是较优的制造工艺,其步骤是在设计好合适的人造微结构的平面图案后,先将一张金属箔片整体地附着在第一片层110上,然后通过蚀刻设备,利用溶剂与金属的化学反应去除掉人造微结构预设图案以外的箔片部分,余下的即可得到阵列排布的人造微结构。
在上述的实施例中,在第一片层110的一个表面上形成人造微结构130,第二片层120作为隔离层将人造微结构130与辐射结构200隔离开来。在一个替代的实施例中,可以在第一片层110的两个表面上形成人造微结构,第二片层120作为隔离层将人造微结构130与辐射结构200隔离开来。在另一个替代的实施例中,可以在第一片层110的一个表面上形成人造微结构,在相对的另一个表面上形成该双频天线装置的辐射结构200,从而不需要附加的第二片层120,这样一来,也就是说在介质基板100相对的两个表面上分别设置人造微结构130与辐射结构200。在其他替代的实施例中,可以依次堆叠多个第一片层110和第二片层120,在每一个第一片层110的靠近第二片层120的表面上形成人造微结构,以及在第二片层120上且背对第一片层110的表面上形成辐射结构200,在本实施方式中,根据天线的设计需要,在多个第一片层中,每个层面的人造微结构的图案、分布和尺寸可以相同或不同。
如果人造微结构采用PCB结构设计,则可以缩短加工时间,降低生产成本,保证天线一致性。
图3为双频天线装置的反射系数S11随频率变化的曲线图,图4为双频天线装置的电压驻波比随频率变化的曲线图。结合图3和4可以看出,该双频天线装置在2.4-2.48GHz和4.9-5.85GHz两个工作频段下反射系数S11均小于-10dB,电压驻波比均小于2,约在1.2-1.6之间。这表明该双频天线装置在两个频段下都有较小的回波损耗和良好的匹配效果,可以良好地接收小信号。
图5为双频天线装置在2450MHz的天线方向图。图6为双频天线装置在5800MHz的天线方向图。天线方向图是指在离天线一定距离处辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形。从图5和6可以看出,该双频天线装置在两个工作频段都有较好的方向图。该双频天线装置的天线增益相对于传统天线显著提高,并且方向性改善,从而提高了天线辐射效率。
在本实施方式中,通过选取多个频率(如2400MHz、2500MHz、4900MHz、5300MHz、5500MHz、5850MHz)实际测量该双频天线装置得到各自频率下的电压驻波比、反射系数S11以及增益数据如下表1所示:
表1.在不同频率下的电压驻波比VSWR、S11值和增益
频率(MHz) 2400 2500 4900 5300 5500 5850
VSWR 1.414 1.308 -9.88 -18.264 -24.326 -10.667
S11 -15.29 -17.47 1.943 1.278 1.129 1.828
Gain(dBi) 1.513 1.677 2.697 3.384 3.559 3.491
依照本实用新型的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种双频天线装置,其特征在于,包括介质基板以及位于所述介质基板的一侧表面上的辐射结构,所述辐射结构包括:
第一辐射部件,包括椭圆形的第一辐射臂和从所述第一辐射臂的短轴两端起沿着与长轴平行的方向分别延伸的两个长条状的第一辐射分支;以及
第二辐射部件,包括椭圆形的第二辐射臂和从所述第二辐射臂的短轴两端起沿着与长轴平行的方向分别延伸的两个长条状的第二辐射分支,
其中,所述第一辐射臂和所述第二辐射臂各自的长轴一端作为馈电点并且彼此相对,所述第一辐射分支的端部与所述第二辐射分支的端部相对。
2.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述第一辐射臂的长轴和所述第二辐射臂的长轴位于一条直线上。
3.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述辐射结构的第一辐射部件与第二辐射部件彼此对称。
4.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述辐射结构由图案化的金属层形成,或者由导电油墨印刷形成。
5.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述介质基板的组分包括玻纤布、环氧树脂、以及与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。
6.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,在所述介质基板的另一侧表面上形成人造微结构,且所述另一侧表面与所述辐射结构位于介质基板的表面相对。
7.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述介质基板包括堆叠的第一片层和第二片层,在第一片层上且面对第二片层的表面上形成人造微结构,以及在第二片层上且背对第一片层的表面上形成所述辐射结构,通过所述第二片层将所述人造微结构与所述辐射结构隔离开来。
8.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述介质基板包括依次堆叠的多个第一片层和第二片层,在每个第一片层的靠近第二片层的表面上形成人造微结构,以及在第二片层上且背对第一片层的表面上形成所述辐射结构,通过所述第二片层将所述人造微结构与所述辐射结构隔离开来。
9.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述第一辐射分支与所述椭圆形的第一辐射臂的长轴平行,所述第二辐射分支与所述椭圆形的第二辐射臂的长轴平行。
10.根据权利要求1所述的双频天线装置,其特征在于,所述双频天线装置的工作频段为2.4-2.48GHz和4.9-5.85GHz。
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