CN206401522U - 一种新型的基于多枝结构的三频天线 - Google Patents
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Abstract
设计了一种新型的基于多枝结构的三频天线。该天线由共面波导馈电，天线整体尺寸为30mm×35mm×1.5mm，基板选用FR4，其相对介电常数为4.4。天线由三个贴片构成，通过调整三个贴片的长宽，可以使得三个贴片产生低频到高频三个中心频点，从而形成了三个工作频段。天线通过在贴片和共面波导的地平面中加入渐变结构，改善了三个频段上的阻抗匹配。采用仿真软件HFSS对天线进行了分析和优化，仿真表明，天线的‑10dB工作频段分别为：2.33GHz～2.75GHz、3.15GHz～3.75GHz、4.35GHz～6.07GHz，能够较好地覆盖无线局域网和全球微波互联接入的通信频段。天线的结构简单，尺寸较小，具有较好的辐射特性。该天线能够在无线局域网和全球微波互联接入通信系统中有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信天线，尤其涉及一种新型三频天线。
背景技术
近年来，无线通信系统迅猛发展，通信的带宽不断增加，接入方式日趋多样，这对天线提出了多频的要求。而随着无线通信设备的集成性不断增强，设备对于天线的小型化提出了实际的需求。因此，研究可以在多个通信协议下工作的小尺寸的天线具有一定的实际意义。在众多的无线通信协议中，无线局域网和全球微波互联接入是两种应用广泛，且能够提供高速接入的无线通信协议。因此，工作频段能够覆盖无线局域网和全球微波互联接入频段的多频小型化天线得到了广泛的关注和研究。不同于其他的多频的阻抗匹配设计，本文将渐变结构引入多枝节结构的天线设计中，从而改善天线的阻抗匹配。所设计的天线具有结构简单，工作带宽能够覆盖无线局域网和全球微波互联接入频段，辐射特性较好等优点，能很好地应用于无线通信设备中。
发明内容
本实用新型提供一种新型三频天线，技术方案如下：
这种多枝结构的三频天线包括基板，U形贴片，梯形贴片，矩形贴片，阻抗匹配传输线，对称切角和金属接地板。阻抗匹配输入传输线的一端与梯形贴片相连，阻抗匹配输入传输线的另一端与基板的底端相连，金属接地板的底端与基板的底端相连。基板介质是FR4，一种环氧树脂经与玻璃纤维经高温高压下的一种耐火材料，尺寸为30×35×1.5mm，其相对介电常数为4.4,损耗切角为0.02。U形贴片，其水平边宽度为8.75mm～9.25mm，长度为11.75mm～12.25mm，两条垂直边尺寸参数不相同，左边长度为9.75mm～10.25mm，宽度为1.75mm～2.25mm，右边长度为9.75mm～10.25mm，宽度为3.75mm～4.25mm。梯形贴片长度为16.25mm～16.75mm，宽度为5.75mm～6.25mm,矩形贴片的长度为8.75mm～9.25mm,宽度为1.75mm～2.25mm。对称切角是一个等腰三角形，其边长为2mm。
本实用新型结构简单，新颖,多频带，工作带宽宽，能够覆盖无线局域网和全球微波互联接入频段，辐射特性好，能很好地应用于无线通信设备中。
附图说明
图1是三频天线的结构示意图；
图2是三频天线的结构示意图及标示；
图3是三频天线的结构参数；
图4是三种天线结构的回波损耗图；
图5是三频天线在2.4GHz时电流分布；
图6是三频天线在3.5GHz时电流分布；
图7是三频天线在5GHz时电流分布；
图8是梯形贴片l1变化对S11的影响；
图9是梯形贴片w1变化对S11的影响；
图10是梯形贴片w2的变化对S11的影响；
图11是矩形贴片尺寸l2变化对S11的影响；
图12是U形贴片尺寸l5变化对S11的影响；
图13是仿真和实测S11曲线；
图14是三频天线增益的仿真结果；
图15是三频天线在2.4GHz频率下面内增益方向图；
图16是三频天线在3.5GHz频率下面内增益方向图；
图17是三频天线在5GHz频率下面内增益方向图。
具体实施方式
这种多枝结构的三频天线包括基板，U形贴片，梯形贴片，矩形贴片，阻抗匹配传输线，对称切角和金属接地板。阻抗匹配输入传输线的一端与梯形贴片相连，阻抗匹配输入传输线的另一端与基板的底端相连，金属接地板的底端与基板的底端相连。基板介质FR4，一种环氧树脂经与玻璃纤维经高温高压下的一种耐火材料，尺寸为30×35×1.5mm，其相对介电常数为4.4,损耗切角为0.02。U形贴片，其水平边宽度为8.75mm～9.25mm，长度为11.75mm～12.25mm，两条垂直边尺寸参数不相同，左边长度为9.75mm～10.25mm，宽度为1.75mm～2.25mm，右边长度为9.75mm～10.25mm，宽度为3.75mm～4.25mm。梯形贴片长度为16.25mm～16.75mm，宽度为5.75mm～6.25mm矩形贴片的长度为8.75mm～9.25mm，宽度为1.75mm～2.25mm。对称切角是一个等腰三角形，其边长为2mm。
实施例1，三频天线：基板介质FR4，一种环氧树脂经与玻璃纤维经高温高压下的一种耐火材料，尺寸为30×35×1.5mm，其相对介电常数为4.4,损耗切角为0.02。U形贴片，其水平边宽度为9mm，长度为12mm，两条垂直边尺寸参数不相同，左边长度为10mm，宽度为2mm，右边长度为10mm，宽度为4mm。梯形贴片长度为16.5mm，宽度为6mm，矩形贴片的长度为9mm，宽度为2mm。对称切角是一个等腰三角形，其边长为2mm。
所设计的天线结构如图1所示，由图1可见，该天线的辐射单元主要由梯形贴片、一个矩形贴片以及一个U形贴片构成，通过在梯形贴片和共面波导地平面上对称切角，提高了天线对于三个工作频段的阻抗匹配。天线采用共面波导馈电，印刷在尺寸为30×35×1.5mm3的FR4介质基板上，介质的相对介电常数为4.4，损耗切角为0.02。
三频天线的各项性能指标采用HFSS软件进行测试，所得的回波损耗曲线如附图4所示，其中天线1的结构为没有采用渐变结构的天线结构，天线2的结构为仅在贴片上采用渐变结构的天线结构，天线3的结构为本文设计的天线结构。由该仿真结果可见，加入渐变结构后天线在高频的阻抗匹配和带宽得到增强。
从图5可以看出，当天线工作在2.4GHz时电流主要分布在U形贴片上；从图6可以看出，当天线工作在3.5GHz时，电流主要分布在矩形贴片上；从图7可以看出，当天线工作在高频5GHz时，电流主要分布在梯形贴片上。因此，通过设计这三个贴片的尺寸可以得到对应的工作频点。
图8给出了梯形贴片长l1变化对天线S11的影响。仿真结果表明，应该选择l1＝6.0mm作为最优值。图9、图10分别给出了梯形贴片左右两边的宽度w1和w2变化对S11的影响。可见，w2是影响天线带宽和工作频段位置的关键参数。为了兼顾工作频段位置和阻抗匹配效果，选择w1＝6.0mm，w2＝8.5mm。由图11可见，3.5GHz频段的谐振频率会随着l2的增大向低频移动；选择l2＝9.0mm。从图12可见，当l5＝10mm时，天线的阻抗匹配和频段覆盖最佳。
图13所示为天线的回波损耗频率特性曲线的仿真和实测结果。仿真结果表明：天线的三个工作频段分别为2.33～2.75GHz，3.15～3.75GHz，4.35～6.07GHz；相对带宽分别约为17.65％，17.24％，33.79％。而实测结果表明：天线的三个工作频段分别为2.31～2.55GHz，2.96～3.56GHz，4.16～6.06GHz；相对带宽分别达到了9.77％，18.7％，39.54％。
图14所示为天线的最大增益频率特性曲线。可见，天线在2.4GHz频段(2.3～2.8GHz)内的增益为2.01～2.11dBi，在3.5GHz频段(3.3～3.8GHz)的增益为1.66～2.18dBi，在5.5GHz频段(5.1～5.8GHz)的增益为3.53～3.97dB。
图15,16,17为天线在2.4GHz、3.5GHz、5GHz频点的面内增益方向图的仿真结果，由图15可以看出当天线工作在低频2.4GHz时，天线的辐射性能较好，类似于单极子天线。而在高频，天线的辐射表现出了一定的方向性。结合天线的表面电流分布图:图5,图6,图7可以看到，当天线工作在3.5GHz和5GHz时，天线的表面电流在天线的U形贴片上都有一定的分布，造成了天线辐射的方向性的畸变。
本实用新型结构简单，尺寸较小，具有较好的辐射特性。可产生低频到高频三个中心频点，从而形成了三个工作频段，具有渐变结构，改善了三个频段上的阻抗匹配。该天线能够在无线局域网和全球微波互联接入通信系统中具有良好的应用前景。
Claims (6)
1.一种新型的基于多枝结构的三频天线,其特征在于包括基板，U形贴片，梯形贴片，矩形贴片，阻抗匹配传输线，对称切角和金属接地板；阻抗匹配输入传输线的一端与梯形贴片相连，阻抗匹配输入传输线的另一端与基板的底端相连，金属接地板的底端与基板的底端相连。
2.如权利要求1所述的一种新型的基于多枝结构的三频天线，其特征在于基板介质FR4，尺寸为30×35×1.5mm，其相对介电常数为4.4,损耗切角为0.02。
3.如权利要求1所述的一种新型的基于多枝结构的三频天线，其特征在于所述的U形贴片，其水平边宽度为8.75mm～9.25mm，长度为11.75mm～12.25mm，两条垂直边尺寸参数不相同，左边长度为9.75mm～10.25mm，宽度为1.75mm～2.25mm，右边长度为9.75mm～10.25mm，宽度为3.75mm～4.25mm。
4.如权利要求1所述的一种新型的基于多枝结构的三频天线，其特征在于所述的梯形贴片长度为16.25mm～16.75mm，宽度为5.75mm～6.25mm。
5.如权利要求1所述的一种新型的基于多枝结构的三频天线，其特征在于所述的矩形贴片的长度为8.75mm～9.25mm，宽度为1.75mm～2.25mm。
6.如权利要求1所述的一种新型的基于多枝结构的三频天线，其特征在于所述的对称切角是一个等腰三角形，其边长为2mm。
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| CN108666755A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-10-16 | 南京濠暻通讯科技有限公司 | 一种新型小型化多频段全向终端天线 |
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