CN218101700U - 一种多臂天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多臂天线，涉及无线通讯技术领域，包括：基板、多臂天线贴片、参考地贴片和第一预设数量的开口谐振环贴片；其中，多臂天线贴片设置在基板的上表面，多臂天线贴片包括第二预设数量的单臂区域和天线连接区域，天线连接区域分别与各单臂区域和基板的下表面设置的参考地贴片连接，开口谐振环贴片设置在基板的下表面；本实用新型所提供的多臂天线能够等效为多个单极子天线，通过叠加能够加深驻波深度，从而提高天线带宽，提升天线辐射性能；并且利用开口谐振环大幅度改善天线的方向性，提高天线的辐射增益，利用开口谐振环与多臂天线耦合后产生的多个谐振点可增加天线的带宽，从而实现了天线的超宽带和多频段。

Description

一种多臂天线

技术领域

本实用新型涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种多臂天线。

背景技术

随着无线通讯技术的进步，频谱的利用率越来越高，对天线的要求也越高；现有常规天线大部分都为窄带，单频或双拼天线，导致一款终端设备需要使用多根天线，需要在终端设备中预留更多的净空区域去涉及天线，不仅不利于产品的小型化，同时增加了成本。

因此，如何能够提供一种超宽带和多频段的天线方案，减少终端设备中天线的使用数量，降低成本，有利于设备小型化，提高设备竞争力，是现今急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多臂天线，以实现天线的超宽带和多频段，从而减少终端设备中天线的使用数量，降低成本，有利于设备小型化，提高设备竞争力。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多臂天线，包括：基板、多臂天线贴片、参考地贴片和第一预设数量的开口谐振环贴片；

其中，所述多臂天线贴片设置在所述基板的上表面，所述多臂天线贴片包括第二预设数量的单臂区域和天线连接区域，所述天线连接区域分别与各所述单臂区域和所述基板的下表面设置的参考地贴片连接，所述开口谐振环贴片设置在所述基板的下表面，所述第一预设数量的所述单臂区域在所述基板的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内；所述第二预设数量大于或等于2，所述第二预设数量大于或等于所述第一预设数量。

可选的，所述第一预设数量与所述第二预设数量相等，每个所述单臂区域在所述基板的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内。

可选的，所述第一预设数量和所述第二预设数量均为2。

可选的，每个所述单臂区域均包括：第一T形区域和第二T形区域；

其中，所述第一T形区域和所述第二T形区域均包括横轴矩形区域和纵轴矩形区域，所述横轴矩形区域上与所述纵轴矩形区域连接的边大于所述纵轴矩形区域上与所述横轴矩形区域的边，所述第一T形区域与所述第二T形区域沿横轴间隔对立，每个所述单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域用于与所述天线连接区域连接。

可选的，每个所述单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域在所述基板的下表面上的全部或部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内。

可选的，每个所述开口谐振环贴片均为矩形金属贴片，每个所述矩形金属贴片均包括单个互补开口谐振环结构。

可选的，每个所述矩形金属贴片均包括以所述矩形金属贴片的中心为圆心的一对开口方向相反的环形缝隙，以形成所述单个互补开口谐振环结构。

可选的，所述天线连接区域具体为第三T形区域，所述第三T形区域的横轴矩形区域分别与各所述单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域连接，所述第三T形区域的横轴矩形区域与各所述单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域平行，所述第三T形区域的纵轴矩形区域用于与所述参考地贴片连接。

可选的，所述第二预设数量为2时，所述第三T形区域的横轴矩形区域的两端分别与两个所述单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域连接。

可选的，所述基板具体为介电常数为4.4的FR4基板。

本实用新型所提供的一种多臂天线，包括：基板、多臂天线贴片、参考地贴片和第一预设数量的开口谐振环贴片；其中，多臂天线贴片设置在基板的上表面，多臂天线贴片包括第二预设数量的单臂区域和天线连接区域，天线连接区域分别与各单臂区域和基板的下表面设置的参考地贴片连接，开口谐振环贴片设置在基板的下表面，第一预设数量的单臂区域在基板的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内；第二预设数量大于或等于2，第二预设数量大于或等于第一预设数量；

可见，本实用新型所提供的多臂天线能够等效为多个单极子天线，通过叠加能够加深驻波深度，从而提高天线带宽，提升天线辐射性能；并且单极子天线呈容性，而利用相应的开口谐振环贴片在天线辐射的耦合下可作为另一个天线，由于开口谐振环介电常数为负值的超材料特性，其电抗是呈感性的，与多臂天线结合可实现空间调谐的作用并且能够束缚多臂天线产生的电磁波，减少波瓣宽度，大幅度改善天线的方向性，提高天线的辐射增益；并且开口谐振环与多臂天线耦合后会产生多个谐振点，多谐振点组合可增加天线的带宽，实现了天线的超宽带和多频段，从而能够减少终端设备中天线的使用数量，降低成本，有利于设备小型化，提高设备竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种多臂天线的整体结构示意图；

图2为本实用新型所提供的一种多臂天线的多臂天线贴片的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的一种多臂天线的基板上表面的贴片设置示意图；

图4为本实用新型所提供的一种多臂天线的基板下表面的贴片设置示意图；

图5为本实用新型所提供的一种多臂天线的天线S11图；

图6为本实用新型所提供的一种多臂天线的天线超材料特性的仿真图；

图7为本实用新型所提供的一种多臂天线的4.2GHz谐振点天线E面方向图；

图8为本实用新型所提供的一种多臂天线的4.2GHz谐振点天线H面方向图；

图9为本实用新型所提供的一种多臂天线的4.2GHz谐振点天线3D方向图；

图10为本实用新型所提供的一种多臂天线的2.84GHz谐振点天线E面方向图；

图11为本实用新型所提供的一种多臂天线的2.84GHz谐振点天线H面方向图；

图12为本实用新型所提供的一种多臂天线的2.84GHz谐振点天线3D方向图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的一种多臂天线的结构示意图。该多臂天线可以包括：基板10、多臂天线贴片20、参考地贴片30和第一预设数量的开口谐振环贴片40；

其中，多臂天线贴片20设置在基板10的上表面，多臂天线贴片20包括第二预设数量的单臂区域和天线连接区域，天线连接区域分别与各单臂区域和基板10的下表面设置的参考地贴片30连接，开口谐振环贴片40设置在基板的下表面，第一预设数量的单臂区域在基板10的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片40的设置区域内；第二预设数量大于或等于2，第二预设数量大于或等于第一预设数量。

可以理解的是，本实施例中的参考地贴片30可以为基板10的下表面附上金属薄层，基板10的下表面上设置的参考地贴片30与各开口谐振环贴片40之间并不接触。本实施例中基板10的上表面上设置的多臂天线贴片20可以包括多个(即第二预设数量个)单臂各自对应的单臂区域以及微带馈电对应的天线连接区域；本实施例中通过多臂天线贴片20的设置，使本实施例所提供的多臂天线可以等效为多个单极子天线，通过叠加能够加深驻波深度，从而提高天线带宽，提升天线辐射性能。

对应的，对于本实施例中多臂天线贴片20中单臂区域的具体数量，即第二预设数量的具体数值，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如图1所示，本实施例中第二预设数量可以为2，即本实施例所提供的多臂天线可以具体为双臂天线；本实施例中第二预设数量可以为大于2的正整数，如3或4，只要保证第二预设数量可以为大于或等于2的正整数，以加深驻波深度，本实施例对此不做任何限制。

具体的，对于本实施例中的多臂天线贴片20中的第二预设数量的单臂区域的具体规格，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如单臂区域的规格可以相同，如图2所示，每个单臂区域均可以包括两个T形区域，即第一T形区域21和第二T形区域22；每个T形区域均可以由横向的矩形区域(即横轴矩形区域)和纵向的矩形区域(纵轴矩形区域)连接形成，即第一T形区域21和第二T形区域22均包括横轴矩形区域和纵轴矩形区域，且横轴矩形区域上与纵轴矩形区域连接的边的长度大于纵轴矩形区域上与横轴矩形区域的边的长度；每个单臂区域的第一T形区域与第二T形区域可以沿横轴间隔对立，即第一T形区域21和第二T形区域22中与各自纵轴矩形区域连接的边相对的边可以相对且间隔一定缝隙平行；每个单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域用于与天线连接区域连接。

对应的，对于本实施例中的多臂天线贴片20中的天线连接区域的具体形状规格，可以由设计人员自行设置，如天线连接区域可以具体为T形区域(即第三T形区域)，第三T形区域的横轴矩形区域分别与各单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域连接，第三T形区域的横轴矩形区域与各单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域平行，第三T形区域的纵轴矩形区域用于与参考地贴片30连接；如图2所示，第二预设数量为2时，天线连接区域可以具体为T形区域(即第三T形区域23)，第三T形区域23的横轴矩形区域的两端分别与两个单臂区域的第二T形区域22的纵轴矩形区域连接，第三T形区域23的横轴矩形区域与两个单臂区域的第一T形区域21和第二T形区域22的横轴矩形区域平行，第三T形区域23的纵轴矩形区域用于与参考地贴片30连接。只要天线连接区域可以连接两个单臂区域和参考地贴片30，以实现微带馈电，本实施例对此不做任何限制。

需要说明的是，由于单极子天线呈容性，本实施例中通过第一预设数量的开口谐振环贴片40的设置，使第一预设数量的单极子天线对应的开口谐振环在天线辐射的耦合下可作为另一个天线，由于开口谐振环介电常数为负值的超材料特性，其电抗是呈感性的，与多臂天线结合可实现空间调谐的作用并且能够束缚多臂天线产生的电磁波，减少波瓣宽度，大幅度改善天线的方向性，提高天线的辐射增益；并且开口谐振环与多臂天线耦合后会产生多个谐振点，多谐振点组合可增加天线的带宽，实现了天线的超宽带。

对应的，对于本实施例中开口谐振环贴片40的具体设置数量，即第一预设数量的具体数值，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如本实施例中第一预设数量可以与第二预设数量相等，即每个单臂区域在基板10的下表面上的部分正投影区域分别可以处于各自对应的一个开口谐振环贴片40的设置区域内，如图1所示，第一预设数量和第二预设数量可以均为2。第一预设数量也可以为小于第二预设数量的正整数，即全部单臂区域中的部分单臂区域(即第一预设数量的单臂区域)在基板10的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片40的设置区域内。只要保证第一预设数量可以为小于或等于第二预设数量的正整数，以利用开口谐振环耦合产生的多谐振点组合可增加天线的带宽，本实施例对此不做任何限制。

具体的，对于本实施例中第一预设数量的开口谐振环贴片40的具体形状结构，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如每个开口谐振环贴片40均可以为矩形金属贴片，每个矩形金属贴片均包括单个互补开口谐振环(CSRR)结构；例如，每个矩形金属贴片均包括以矩形金属贴片的中心为圆心的一对开口方向相反的环形缝隙，以形成单个互补开口谐振环结构；开口谐振环贴片40也可以为开口谐振环(SSR)结构的金属贴片，即开口谐振环贴片40可以以同一点为圆心的一对开口方向相反的环形的金属贴片，本实施例对此不做任何限制。

对应的，对于本实施例中基板10的下表面上的各开口谐振环贴片40的具体设置位置，即第一预设数量的单臂区域各自对应的开口谐振环贴片40在基板10的下表面上的设置位置，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如开口谐振环贴片40的设置区域可以包含各自对应的单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域在基板10的下表面上的全部或部分正投影区域，以使每个开口谐振环贴片40可以与对应的单臂区域的天线辐射耦合；例如，开口谐振环贴片40为矩形金属贴片时，矩形金属贴片的中心可以为对应的单臂区域的第一T形区域与第二T形区域的横轴矩形区域之间的缝隙区域的中心。只要第一预设数量的开口谐振环贴片40可以与对应的单臂区域的天线辐射耦合，本实施例对此不做任何限制。

具体的，本实施例中的基板10可以具体为介电常数为4.4的FR4(一种耐燃材料等级的代号)基板，如图4所示，本实施例中基板10可以具体为介电常数为4.4，损耗正切角为0.02，尺寸为40*40*1.6mm的FR4基板，即基板10的长、宽和高分别为40mm、40mm和1.6mm。

具体的，对于本实施例所提供的多臂天线贴片20的具体贴片规格，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，举例来说，如图1至4所示，第一预设数量和第二预设数量均为2时，本实施例所提供的每个单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域的长度(g)均为9mm，第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域的宽度均为2mm，第一T形区域的纵轴矩形区域的宽度(h)为5mm，第一T形区域的纵轴矩形区域的长度为5.5mm，第一T形区域的横轴矩形区域与第二T形区域的横轴矩形区域的间隔(f)为0.5mm，第二T形区域的纵轴矩形区域的长度(a-e)为9mm，第三T形区域的横轴矩形区域的长度(d)和宽度(e)分别为24mm和3mm，第三T形区域的纵轴矩形区域的长度(c)和(d)宽度分别为10mm和3.5mm。

同样的，对于本实施例所提供的开口谐振环贴片40的具体贴片规格，可以由由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如图1至4所示，第三T形区域的纵轴矩形区域可以接触到基板10的上表面的下边界时，两个开口谐振环贴片40与基板10的下表面的下边界的距离(2j)为18mm，每个开口谐振环贴片40与基板10的下表面的左边界或右边界的距离(r1)为3mm，每个开口谐振环贴片40的长度(k)和宽度(l)均为12mm，每个开口谐振环贴片40内的一对环形缝隙包括第一环形缝隙和第二环形缝隙，第一环形缝隙的内半径(r1)和外半径(r2)分别为3mm和3.5mm，二环形缝隙的内半径(r3)和外半径(r4)分别为4mm和4.5mm，每个开口谐振环贴片40内的一对环形缝隙的开口宽度(m)为0.5mm。

相应的，对于本实施例所提供的参述考地贴片30的具体贴片规格，可以由由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如图1至4所示，参述考地贴片可以具体为矩形金属片，第三T形区域的纵轴矩形区域接触到基板10的上表面的下边界时，参述考地贴片的长边与基板10的下表面的下边界接触，考地贴片的长度(i)和宽度(j)分别为40mm和9mm。

对应的，本实施例所提供的多臂天线具体为采用图1至图4所示的结构设计的双臂天线时，如图5至12所示，图5为该多臂天线的天线S11图，图6为该多臂天线的天线超材料特性的仿真图，图7为该多臂天线的4.2GHz谐振点天线E面方向图，图8为该多臂天线的4.2GHz谐振点天线H面方向图，图9为该多臂天线的4.2GHz谐振点天线3D方向图，图10为该多臂天线的2.84GHz谐振点天线E面方向图，图11为该多臂天线的2.84GHz谐振点天线H面方向图，图12为该多臂天线的2.84GHz谐振点天线3D方向图；可知，在4.2GHz谐振点附近由于天线的超材料特性出现了等效负磁导率和等效负介电常数，因此相比2.84GHz谐振点，天线增益从1.89dBi提升到3.78dBi，增强了天线的辐射性能。

本实施例中，本实用新型实施例所提供的多臂天线能够等效为多个单极子天线，通过叠加能够加深驻波深度，从而提高天线带宽，提升天线辐射性能；并且单极子天线呈容性，而利用相应的开口谐振环贴片40在天线辐射的耦合下可作为另一个天线，由于开口谐振环介电常数为负值的超材料特性，其电抗是呈感性的，与多臂天线结合可实现空间调谐的作用并且能够束缚多臂天线产生的电磁波，减少波瓣宽度，大幅度改善天线的方向性，提高天线的辐射增益；并且开口谐振环与多臂天线耦合后会产生多个谐振点，多谐振点组合可增加天线的带宽，实现了天线的超宽带和多频段，从而能够减少终端设备中天线的使用数量，降低成本，有利于设备小型化，提高设备竞争力。

以上对本实用新型所提供的一种多臂天线进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多臂天线，其特征在于，包括：基板、多臂天线贴片、参考地贴片和第一预设数量的开口谐振环贴片；

其中，所述多臂天线贴片设置在所述基板的上表面，所述多臂天线贴片包括第二预设数量的单臂区域和天线连接区域，所述天线连接区域分别与各所述单臂区域和所述基板的下表面设置的参考地贴片连接，所述开口谐振环贴片设置在所述基板的下表面，所述第一预设数量的所述单臂区域在所述基板的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内；所述第二预设数量大于或等于2，所述第二预设数量大于或等于所述第一预设数量。

2.根据权利要求1所述的多臂天线，其特征在于，所述第一预设数量与所述第二预设数量相等，每个所述单臂区域在所述基板的下表面上的部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内。

3.根据权利要求2所述的多臂天线，其特征在于，所述第一预设数量和所述第二预设数量均为2。

4.根据权利要求1所述的多臂天线，其特征在于，每个所述单臂区域均包括：第一T形区域和第二T形区域；

其中，所述第一T形区域和所述第二T形区域均包括横轴矩形区域和纵轴矩形区域，所述横轴矩形区域上与所述纵轴矩形区域连接的边大于所述纵轴矩形区域上与所述横轴矩形区域的边，所述第一T形区域与所述第二T形区域沿横轴间隔对立，每个所述单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域用于与所述天线连接区域连接。

5.根据权利要求4所述的多臂天线，其特征在于，每个所述单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域在所述基板的下表面上的全部或部分正投影区域处于各自对应的开口谐振环贴片的设置区域内。

6.根据权利要求5所述的多臂天线，其特征在于，每个所述开口谐振环贴片均为矩形金属贴片，每个所述矩形金属贴片均包括单个互补开口谐振环结构。

7.根据权利要求6所述的多臂天线，其特征在于，每个所述矩形金属贴片均包括以所述矩形金属贴片的中心为圆心的一对开口方向相反的环形缝隙，以形成所述单个互补开口谐振环结构。

8.根据权利要求4所述的多臂天线，其特征在于，所述天线连接区域具体为第三T形区域，所述第三T形区域的横轴矩形区域分别与各所述单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域连接，所述第三T形区域的横轴矩形区域与各所述单臂区域的第一T形区域和第二T形区域的横轴矩形区域平行，所述第三T形区域的纵轴矩形区域用于与所述参考地贴片连接。

9.根据权利要求8所述的多臂天线，其特征在于，所述第二预设数量为2时，所述第三T形区域的横轴矩形区域的两端分别与两个所述单臂区域的第二T形区域的纵轴矩形区域连接。

10.根据权利要求1至9任一项所述的多臂天线，其特征在于，所述基板具体为介电常数为4.4的FR4基板。

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