CN205811043U - 一种m形三频带平面印刷单极天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种M形三频带平面印刷单极天线，由M形辐射单元、漏斗形共面波导传输线、矩形地板和同轴接头构成。采用M形辐射单元，通过将谐振枝节弯曲变形，缩小了天线的尺寸，辐射单元下端添加的C形谐振枝节可以提供附加的电容和电感，改善天线在低频段的阻抗匹配，辐射单元形成多个谐振枝节，能够激励出多个谐振频率，使天线产生多频特性，两个谐振枝节分别形成终端开路，调节终端开路的尺寸能够得到较宽的阻抗带宽，采用漏斗形共面波导传输线调节输入阻抗，降低辐射损耗。本天线具有小型化、多频带、易集成等特点，工作频带覆盖2.15～2.68GHz、3.12～4.05GHz和4.82～6.16GHz，满足WLAN和WiMAX对工作频带的要求，适用于小型多频带无线通信终端。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，特别是一种M形三频带平面印刷单极天线，适用于WLAN和WiMAX无线通信系统。
背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展，移动终端向集成化、小型化方向发展，对频谱资源的利用率不断提高，不同通信系统之间需要相互兼容与融合，需要设计一种具有体积小、低剖面、易于集成等特点的多频带平面天线，同时覆盖多个通信频段，满足不同通信系统的频带需求。常规的多频带天线为缝隙天线、单极天线、倒F天线和微带天线，缝隙天线容易实现多频特性，而且获得的带宽较宽，单极天线一般具有较宽的带宽和全向辐射特性，倒F天线辐射方向非对称且尺寸较小，多被应用于手机终端上，微带天线具有定向辐射和低剖面的特点，但工作带宽相对较窄。缝隙结构法可以实现多频段工作特性，在辐射贴片上刻蚀若干缝隙，改变缝隙边缘表面电流路径能够使天线在某个频段上产生谐振，辐射单元的整体尺寸决定最低谐振频率，在辐射单元中加入U形缝隙、S形缝隙、L形缝隙和直线缝隙，都可以使天线产生多频带工作特性。寄生贴片法是在辐射单元周围增加一个或多个寄生贴片，寄生贴片引起新的谐振频率，从而实现多频带特性。一种带寄生贴片的小型三频带印刷单极天线，通过寄生贴片和弯折金属条之间的耦合效应增加谐振点，工作频带覆盖2.35～2.53GHz、3.29～3.74GHz、5.10～6.01GHz，满足WLAN和WiMAX对工作带宽的要求。一种带有U形开路短截线的平面印刷天线，通过U形辐射单元在高频段实现阻抗匹配，在U形辐射体上端增加U形开路短截线，与U形辐射单元之间耦合能量，改善低频段的频率响应，产生多频带特性，工作频带为2.29～2.66GHz和3.42～6.39GHz。谐振交叠法通过加入多个谐振枝节，在不同频率产生谐振，从而实现天线的多频特性，合理的增加谐振枝节可以产生较宽的带宽，通过谐振枝节的弯曲变形可以缩小天线的尺寸，多次弯折单条谐振枝节可以激励多频谐振模式，实现多频带的特性。一种三叉形双频印刷单极天线，辐射部分为三叉形，在中间一支上加载对称枝节，产生多频特性，天线覆盖PCS(1.85～1.99GHz)和WLAN(2.4～2.484GHz和5.15～5.825GHz)三个工作频段，但该天线的尺寸相对较大。一种终端开路的双矩形环平面印刷天线，通过内侧矩形环和外侧矩形环激励多个谐振频率，调节终端开路的尺寸展宽工作带宽，工作频带为2.2～2.97GHz、3.17～3.99GHz和4.91～6.31GHz，满足WLAN和WiMAX系统对工作频带的需求，但该天线在高频时的阻抗匹配不佳。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种M形三频带平面印刷单极天线，具有三频带特性和良好的辐射特性，同时满足2.4/5GHzWLAN和3.5GHzWiMAX对工作频带的要求。
本实用新型的技术方案是：一种M形三频带平面印刷单极天线，由M形辐射单元(1)、漏斗形共面波导传输线(2)、矩形地板(3)和同轴接头(4)构成，所述的M形辐射单元(1)主体为一个典型的M形，在辐射单元下端加载一个C形谐振枝节，对称于天线的中轴线，两个谐振枝节分别形成终端开路，所述的漏斗形共面波导传输线(2)由一个倒梯形和矩形组合而成，形成漏斗形结构，其特征在于：M形辐射单元(1)、漏斗形共面波导传输线(2)、矩形地板(3)位于介质基板同侧，天线整体呈左右对称结构，通过漏斗形共面波导传输线(2)进行馈电，传输线上端与辐射单元底部中心对接，传输线下端外接同轴接头(4)，矩形地板(3)左右对称于天线的两侧，与漏斗形共面波导传输线(2)之间形成一定的缝隙。
本实用新型的效果在于：本天线采用M形辐射单元，通过将谐振枝节弯曲变形，缩小了天线的尺寸，辐射单元下端添加的C形谐振枝节可以提供附加的电容和电感，改善天线在低频段的阻抗匹配，辐射单元形成多个谐振枝节，能够激励出多个谐振频率，使天线产生多频特性，两个谐振枝节分别形成终端开路，调节终端开路的尺寸能够得到较宽的阻抗带宽，采用漏斗形共面波导传输线能够进一步调节输入阻抗，降低辐射损耗，工作频带覆盖2.15～2.68GHz、3.12～4.05GHz和4.82～6.16GHz，相对带宽分别为21.9％、28.7％和24.4％，满足2.4/5GHzWLAN和3.5GHzWiMAX对工作频带的要求，在方向性和增益等方面满足各个系统的使用要求，具有小型化、多频带、易集成等特点，适用于小型多频带无线通信终端。
附图说明
图1是本实用新型实例的结构示意图。
图2本实用新型实例实测回波损耗S11曲线与仿真结果比较。
图3是本实用新型实例在频率为2.45GHz时的xoz面辐射方向图。
图4是本实用新型实例在频率为2.45GHz时的xoy面辐射方向图。
图5是本实用新型实例在频率为3.5GHz时的xoz面辐射方向图。
图6是本实用新型实例在频率为3.5GHz时的xoy面辐射方向图。
图7是本实用新型实例在频率为5.5GHz时的xoz面辐射方向图。
图8是本实用新型实例在频率为5.5GHz时的xoy面辐射方向图。
图9是本实用新型实例的峰值增益曲线。
具体实施方式
本实用新型的具体实施方式是：如图1所示，一种M形三频带平面印刷单极天线，由M形辐射单元(1)、漏斗形共面波导传输线(2)、矩形地板(3)和同轴接头(4)构成，所述的M形辐射单元(1)主体为一个典型的M形，在辐射单元下端添加一个C形谐振枝节，对称于天线的中轴线，两个谐振枝节分别形成终端开路，采用M形辐射单元，通过将谐振枝节弯曲变形，缩小了天线的尺寸，辐射单元下端加载的C形谐振枝节可以提供附加的电容和电感，改善天线在高频段的阻抗匹配，辐射单元形成多个谐振枝节，能够激励出多个谐振频率，使天线产生多频特性，两个谐振枝节分别形成终端开路，调节终端开路的尺寸能够得到较宽的阻抗带宽，所述的漏斗形共面波导传输线(2)由一个倒梯形和矩形组合而成，形成漏斗形结构，采用漏斗形共面波导传输线能够进一步调节输入阻抗，降低辐射损耗，其特征在于：M形辐射单元(1)、漏斗形共面波导传输线(2)、矩形地板(3)位于介质基板同侧，天线整体呈左右对称结构，通过漏斗形共面波导传输线(2)进行馈电，传输线上端与辐射单元底部中心对接，传输线下端外接同轴接头(4)，矩形地板(3)左右对称于天线的两侧，与漏斗形共面波导传输线(2)之间形成一定的缝隙。
选择介电常数εr＝4.4，厚度h＝1.6mm的环氧树脂介质基板FR4。介质基板高l＝45mm、宽w＝45mm，M形辐射单元、漏斗形共面波导传输线、矩形地板印制在介质基板同一平面上，天线为左右对称结构，保证天线辐射方向图的对称性。辐射单元主体为一个典型的M形，在辐射单元下端加载一个C形谐振枝节，形成不同长度的谐振枝节，激励出多个谐振频率，M形谐振枝节的长度决定2.4GHz频带中谐振频率的位置，C形谐振枝节的长度决定3.5GHz频带中谐振频率的位置，同时可以提供附加的电容和电感，改善天线在高频段的阻抗匹配，天线的对称轴将辐射单元分为左右部分，形成半M形谐振枝节和半C形谐振枝节组合而成的G形谐振枝节，G形谐振枝节的长度接近高频段的波长，使天线在5.5GHz频带中获得更好的阻抗匹配，两个谐振枝节分别形成终端开路，调节终端开路的尺寸能够进一步展宽阻抗带宽。天线由漏斗形共面波导传输线馈电，馈线宽度分别为w1、w3，两块矩形地板对称于天线的左右两侧，尺寸为l3×w2，共面波导传输线与矩形地板之间的缝隙宽度为g。利用电磁仿真软件Ansoft HFSS进行仿真优化分析，得出天线的结构尺寸：w1＝2.9mm，w2＝19.3mm，w3＝5.4mm，w4＝13.7mm，w5＝14.3mm，w6＝6.7mm，W7＝6.9mm，w8＝4.3mm，w9＝4.6mm，w10＝6.3mm，l1＝11.5mm，l2＝14.5mm，l3＝12.5mm，l4＝17.1mm，l5＝20.5mm，l6＝11mm，l7＝3.5mm，l8＝16.2mm，l9＝4mm，l10＝9.2mm，g＝1.5mm，如图1所示。
使用矢量网络分析仪对天线模型进行测试，实测天线回波损耗S11曲线与AnsoftHFSS仿真结果对比如图2所示，从测试对比结果能够得出，实测结果与仿真结果在整体趋势上保持了良好的一致性，验证了仿真结果的有效性，从实测结果可以看出，中心在2.45GHz附近的低频段阻抗带宽覆盖2.15～2.68GHz，相对带宽为21.9％，覆盖WLAN(2.4～2.484GHz)的工作带宽，中心在3.5GHz附近的中频段阻抗带宽覆盖3.12～4.05GHz，相对带宽为28.7％，覆盖WiMAX(3.3～3.7GHz)的工作带宽，中心在5.5GHz附近的高频段阻抗带宽覆盖4.82～6.16GHz，相对带宽为24.4％，覆盖WLAN(5.15～5.825GHz)的工作带宽，实测曲线与仿真曲线对比在高频段有一定的差异，主要是测量环境和加工误差所致。
对天线在2.45GHz、3.5GHz、5.5GHz三个频率点处的xoz面和xoy面辐射方向图进行测试，考察天线的辐射特性，实测和仿真结果如图3、4、5、6、7、8所示。从图中可以看出，实测结果与仿真结果基本保持一致，天线在xoz面近似“∞”，在xoy面辐射曲线近似圆形，满足WLAN和WiMAX系统在应用频率2.45GHz、5.5GHz和3.5GHz对全向辐射的需求，天线在频率点处具有较好的方向性。随着频率向高频段移动，天线的辐射方向图出现略微的畸变，但不影响天线的整体辐射特性。
天线在频带内不同频率点的峰值增益曲线如图9所示，在频带范围内选取一定的采样点，在2.4GHz频带范围内，天线峰值增益的变化范围是2.4～2.8dBi，在3.5GHz频带范围内，天线峰值增益的变化范围是2.6～3.5dBi，在5.5GHz频带范围内，天线峰值增益的变化范围是3.6～4.2dBi。从实际测试结果可以看出，该天线具有良好的电性能，满足WLAN和WiMAX系统的基本要求，适用于小型多频带无线通信终端。
Claims (1)
1.一种M形三频带平面印刷单极天线，由M形辐射单元(1)、漏斗形共面波导传输线(2)、矩形地板(3)和同轴接头(4)构成，所述的M形辐射单元(1)主体为一个典型的M形，在辐射单元下端加载一个C形谐振枝节，对称于天线的中轴线，两个谐振枝节分别形成终端开路，所述的漏斗形共面波导传输线(2)由一个倒梯形和矩形组合而成，形成漏斗形结构，其特征在于：M形辐射单元(1)、漏斗形共面波导传输线(2)、矩形地板(3)位于介质基板同侧，天线整体呈左右对称结构，通过漏斗形共面波导传输线(2)进行馈电，传输线上端与辐射单元底部中心对接，传输线下端外接同轴接头(4)，矩形地板(3)左右对称于天线的两侧，与漏斗形共面波导传输线(2)之间形成一定的缝隙。
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