CN208336508U - 一种双开路并联谐振近距离通信天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双开路并联谐振近距离通信天线，包括介质基板，所述介质基板上表面设有左右镜像对称的双开路并联谐振枝节以及位于所述双开路并联谐振枝节中轴线的微带馈线，所述介质基板下表面为金属底板。该近距离通信天线，工作频段为5.2GHz，适用于802.11协议，可以实现高速近距离信息传输；该近距离通信天线可以在近距离实现较强耦合的同时降低远场增益，避免对相邻通信设备产生干扰；整体而言，本实用新型的近距离通信天线结构简单，设计巧妙，易于制作，具有很强的实用性及应用前景。

Description

一种双开路并联谐振近距离通信天线

技术领域

本实用新型属于近距离通信天线技术领域，具体涉及一种双开路并联谐振近距离通信天线。

背景技术

近距离通信技术包括射频身份识别(RFID)技术、NFC技术和新兴的TransferJet技术。其中RFID多处在UHF频段或HF、LF频段，NFC处在13.56MHz的HF频段，它们利用电磁感应原理进行近场耦合，不过由于频段较低，传输速率较慢，难以满足大容量、高速率的信息传输需求。TransferJet技术很好地结合了超宽带(UWB)和近场通信(NFC)的特点，其中心频率处在4.48GHz，理论上具有高达375Mbps的传输速率，但由于TransferJet联盟的商业政策，难以用于二次工业开发。一种合理的解决方案是对现有的802.11协议进行改造，在有限空间、有限带宽的情况下，完成点对点的高速信息传输。一方面通过降低输出功率完成低功耗、抑制空间信道干扰的问题，另一方面，天线作为通信系统中必不可少设备，研究出适用于802.11协议的超近距离通信天线具有重要意义。

微带天线因其成本低、结构简单、加工周期短等特点得到了广泛的应用，其主要由三个部分构成：上层的微带贴片辐射单元和馈电线，中层的介质基板，下层的地板。微带天线采用PCB印刷工艺，易与电路集成设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种双开路并联谐振近距离通信天线，该天线可在有限空间内，完成多信道、大容量无线数据并发高速传输。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种双开路并联谐振近距离通信天线，包括介质基板，所述介质基板上表面设有左右镜像对称的双开路并联谐振枝节以及位于所述双开路并联谐振枝节中轴线的微带馈线，所述介质基板下表面为金属底板。

优选地，所述双开路并联谐振枝节的单侧长度均为全波长。

优选地，所述双开路并联谐振枝节的两侧半波长处均进行90°弯折。

优选地，所述介质基板的厚度不超过1㎜，优选为0.6㎜。

优选地，所述介质基板采用介电常数为4.4、损耗为0.002的FR4介质基板。

本实用新型的创新点在于使用微带对称谐振结构，降低天线远场增益，增加天线近场分布均匀性，实现天线近场强耦合，并且耦合损耗随距离增大而迅速衰减。本实用新型的原理是：该近距离通信天线可以看作左右对称的两个开路谐振器并联组成，从整体角度来看，天线的左臂和馈线构成了第一谐振器，天线的右臂和馈线构成了第二谐振器，两个谐振器的长度分别约为λ，谐振频率相同。由于天线枝节关于X轴左右对称，所以天线表面电流分布也完全对称，天线左臂上电流和右臂上电流相反，且电流强度相同，因此形成的电磁场在远场相互抵消，使得天线在远场增益降低，尤其是XOZ面的辐射几乎为零，这点从远场方向图中可以看出。进一步的，在高频段，微带线上的电流通常会在天线枝节的半波长处反向，削弱天线的辐射，将天线的枝节在半波长处弯折，增加了Q值。电流变成同向，从而形成更加均匀的近场分布。为了进一步降低天线的增益，介质基板做的较薄，即厚度不超过1㎜，天线背面的地上会感应出和正面微带枝节上方向相反的电流，从而抵消远场的辐射。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的双开路并联谐振近距离通信天线，工作频率为802.11a协议下5.15-5.35GHz，中心频率为5.25GHz，可以实现高速近距离信息传输；该近距离通信天线可以在近距离实现较强耦合的同时降低远场增益，避免对相邻通信设备产生干扰；整体而言，本实用新型的近距离通信天线结构简单，设计巧妙，易于制作，具有很强的实用性及应用前景。

附图说明

图1为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线的结构示意图；

图2为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线在表面电流分布；

图3为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线的仿真方向图；

图4为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线正对放置时情况；

图5为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线正对放置时耦合损耗S21随距离衰减图；

图6为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线沿Y轴侧对放置时情况；

图7为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线沿Y轴侧对放置时耦合损耗S21随距离衰减图；

图8为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线沿X轴侧对放置时情况；

图9为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线沿X轴侧对放置时耦合损耗S21随距离衰减图；

图10为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线背对放置时情况；

图11为本实用新型双开路并联谐振近距离通信天线背对放置时耦合损耗S21随距离衰减图；

附图标记说明：1、双开路并联谐振枝节；2、微带馈线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，本实用新型的一种双开路并联谐振近距离通信天线，包括介质基板，介质基板上表面双开路并联谐振枝节和微带馈线，介质基板下表面为金属底板。双开路并联谐振枝节左右镜像对称设置。微带馈线位于双开路并联谐振枝节中轴线位置。

在本实施例中，以工作频率为5.2GHz的双开路并联谐振近距离通信天线为例，微带天线单支节尺寸为一个波长，物理长度介于真空波长λ₀＝c/f₀和介质波长之间，因而确定尺寸如下：辐射贴片长为29.4mm，宽为7.5mm。介质基板采用介电常数为4.4、损耗为0.002的FR4介质基板。为了降低天线增益，介质基板的厚度优选为0.6㎜。双开路并联谐振枝节的单侧长度均为全波长。为增加Q值，削弱远场辐射，增强近场的耦合强度，双开路并联谐振枝节的两单侧半波长处均进行90°弯折。进一步的，双开路并联谐振枝节两单侧的后半段再依次进行两次向内弯折、一次向外弯折。微带馈线的抗阻为50Ω。

如图2所示，由于天线枝节关于X轴左右对称，所以天线表面电流分布也完全对称，天线双臂上电流强度相同，方向相反。

需要说明的是：介质基板越薄，天线的远场增益越低，近场强度越强，但由于要和电路集成，需要考虑到电路板的厚度，且介质基板越薄，机械强度越低，因而介质基板的厚度优选不超过1mm，1mm时增益为1.5dbi，进一步优选为0.6㎜。

此外，微带馈线设计为50Ω是为了匹配，方便与电路进行集成。任何天线或者电路端口阻抗不一定只能是50Ohm，也可以是别的值，目前50Ω是行业通用的标准。因此凡在本实用新型思想指导下，微带馈线采用的其他抗阻值也属于本实用新型的保护范围。

如图3所示，仿真方向图显示天线远场辐射特性，天线在XOZ面的辐射被极大程度削弱，天线整体增益较低，对相邻通信设备干扰较小。

如图4所示，天线正对放置工作时的位置摆放。天线增益较低，远场辐射较小，而近距离耦合较强，天线之间的耦合损耗对距离敏感。如图5所示，天线的耦合损耗随着距离的增大迅速衰减，在近距离保持较强的耦合的同时对相邻通信设备干扰较小。

如图6～7所示，天线沿Y轴侧对放置，天线的耦合损耗随着距离的增大迅速衰减。

如图8～9所示，天线沿X轴侧对放置，天线的耦合损耗随着距离的增大迅速衰减。

如图10～11所示，天线背对放置，天线的耦合损耗随着距离的增大迅速衰减。

总体而言，本实用新型提供的一种双开路并联谐振近距离通信天线，该天线可在有限空间内，完成多信道、大容量无线数据并发高速传输，具有成本低、结构简单、加工周期短的优点，具有很强的实用性及应用前景。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双开路并联谐振近距离通信天线，其特征在于：包括介质基板，所述介质基板上表面设有左右镜像对称的双开路并联谐振枝节以及位于所述双开路并联谐振枝节中轴线的微带馈线，所述介质基板下表面为金属底板。

2.根据权利要求1所述的双开路并联谐振近距离通信天线，其特征在于：所述双开路并联谐振枝节的单侧长度均为全波长。

3.根据权利要求2所述的双开路并联谐振近距离通信天线，其特征在于：所述双开路并联谐振枝节的两侧半波长处均进行90°弯折。

4.根据权利要求1-3任一所述的双开路并联谐振近距离通信天线，其特征在于：所述介质基板的厚度不超过1㎜。

5.根据权利要求1-3任一所述的双开路并联谐振近距离通信天线，其特征在于：所述介质基板的厚度为0.6㎜。

6.根据权利要求1-3任一所述的双开路并联谐振近距离通信天线，其特征在于：所述介质基板采用介电常数为4.4、损耗为0.002的FR4介质基板。