CN218919286U - 一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，包括基板和设置在基板上的电容耦合微带馈电单元、接地辐射单元、第一耦合加载单元以及第二耦合加载单元；电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元分别位于基板两个面上；本实用新型通过电容耦合馈电单元和接地辐射单元邻近耦合产生宽频谐振，通过顶部加载单元进一步拓展带宽，使得天线形成低频双谐振和高频多个谐振叠加，实现低频从2300MHz‑3200MHz高频5000MHz‑7500MHz频带内均能达到电压驻波比2.0以下，返回损失‑10以下的谐振效果，在极小空间，采用低剖面的设计实现双频宽带谐振，降低设备对天线位置的难度要求。

Description

一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线

技术领域

本实用新型涉及一种天线技术领域，具体涉及一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线。

背景技术

在无线通信装置中，用来发射、接收无线电波以传递、交换无线电数据信号的天线装置，无疑是无线通信装置中最重要的组件之一。

WiFi 6E在六代的基础上增加了6GHz频段，即Wifi6E同时支持2.4Ghz、5Ghz和6Ghz三个频段，相比WiFi 6的2.4Ghz和5Ghz主要新增了6Ghz频段，其工作频率范围为5.925GHz-7.125GHz，它支持14个非重叠80MHz信道和7个非重叠160MHz信道，较之前的2.4GHz和5GHz标准有了显著改进。Wi-Fi 6E代表了WiFi历史上最大和最重要的补充之一，它有可能极大程度上在提高速度、带宽、容量和可靠性的同时减少拥堵、延迟和功耗。在WIFI6E标准公布后，越来越多的通讯产品和终端支持此协议的应用，因此WIFI的通讯天线带宽满足原来的2.4GHz和5GHz的同时，增加6GHz频率的良好覆盖是需要解决的问题

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线；通过电容耦合馈电单元和接地辐射单元邻近耦合产生宽频谐振，通过顶部加载单元进一步拓展带宽，其在低频从2300MHz-3200MHz；高频5000MHz-7500MHz频带内均能达到电压驻波比2.0以下，返回损失-10以下的效果，能完美覆盖WIFI所有制式需求的频率要求。

本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线是通过以下技术方案来实现的：包括基板和设置在基板上的电容耦合微带馈电单元、接地辐射单元、第一耦合加载单元以及第二耦合加载单元；电容耦合微带馈电单元、接地辐射单元、第一耦合加载单元和第二耦合加载单元彼此独立设置；

电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元分别位于基板两个面上；第一耦合加载单元和第二耦合单元为长方形贴片，第一耦合加载单元底部与接地辐射单元投影重合，顶部与第二耦合加载单元投影重合；电容耦合馈电单元与接地辐射单元邻近耦合设置。

作为优选的技术方案，基板采用低介电常数高频板材。

作为优选的技术方案，电容耦合微带馈电单元为一段微带线和梯形结构构成，其中梯形结构特性为圆形、椭圆形、长方形或者渐变结构。

作为优选的技术方案，接地辐射单元为在长方形贴片上通过2个开放的梯形槽孔形成的贴片结构。

作为优选的技术方案，电容耦合微带馈电单元上设置有电容耦合微带馈电接入点；接地辐射单元上设置有接地辐射单元接地点。

作为优选的技术方案，馈电接入点置于电容耦合微带馈电单元的底部长方形贴片上，馈地接入点置于接地辐射单元底部的长方形贴片上，两个贴片位于基板同一面。

作为优选的技术方案，电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元通过同轴电缆馈电；同轴电缆的内导体与电容耦合微带馈电接入点连接，同轴电缆的外导体与接地辐射单元接地点电连接。

作为优选的技术方案，同样电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元通过同轴接头馈电；同轴接头的内导体与电容耦合微带馈电接入点连接，同轴接头的外导体与接地辐射单元接地点电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电容耦合馈电单元和接地辐射单元邻近耦合产生宽频谐振，通过顶部加载单元进一步拓展带宽，使得天线形成低频双谐振和高频多个谐振叠加，实现低频从2300MHz-3200MHz高频5000MHz-7500MHz频带内均能达到电压驻波比2.0以下，返回损失-10以下的谐振效果；

本实用新型在极小空间，采用低剖面的设计实现双频宽带谐振，降低设备对天线位置的难度要求，并且天线采用常规材料实现，加工上也相对简单可控，具有较强的通过性和实用性。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的透视图；

图2为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的正面图；

图3为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的反面图；

图4为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的分层图；

图5为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线采用同轴电缆接入的立体透视图的示意图；

图6为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线采用同轴接头馈入的立体透视图的示意图；

图7为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的Return Loss示意图；

图8为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的VSWR示意图；

图9为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的Simth Chart示意图；

图10为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的天线模型的放置状态示意图；

图11为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线对应低频段一个频点辐射方向图和增益显示的示意图；

图12为本实用新型电容耦合馈电与加载双频超宽带天线对应高频段一个频点辐射方向图和增益显示的示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1-图3所示，本实用新型的一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，包括基板11以及设置在基板上的电容耦合微带馈电单元12、接地辐射单元13、第一耦合加载单元14和第二耦合加载单元15；所述电容耦合微带馈电单元12、接地辐射单元13、第一耦合加载单元14和第二耦合加载单元15彼此独立；

电容耦合微带馈电单元12由电容耦合微带馈电单元主体贴片121、带状连接线122、第一长方形贴片123以及设置在第一长方形贴片123上的电容耦合微带馈电接入点124组成；所述接地辐射单元13由接地辐射单元主体部分倒立“山”字形贴片131、接地单元底部贴片132、金属导通孔133、第二长方形贴片134以及设置在第二长方形贴片134上的接地辐射单元接地点135组成；电容耦合微带馈电单元12与接地辐射单元13通过邻近耦合设置，距离为0.8-1.5mm，从而产生宽频谐振；

第一耦合加载单元14和第二耦合加载单元15为长方形贴片，第一耦合加载单元14底部与接地辐射单元13的顶部投影重合，两者之间形成电容效应，容值的大小可以通过两者重合的面积来做调整；第一耦合加载单元14顶部与第二耦合加载单元15底部投影重合，形成容性加载进一步拓宽天线带宽。

本实施例中，电容耦合微带馈电单元12的电容耦合微带馈电单元主体贴片121与所述接地辐射单元13临近耦合的状态可以通过基板11的厚度、电容耦合微带馈电单元主体贴片121的形状和大小来做相应的改变，谐振位置可以通过接地辐射单元13的主体倒“山”字形贴片的两边分支长短以及顶部长度做相应的控制。

本实施例中，接地辐射单元13主体形状为长方形上两个开放的对称梯形开缝槽孔形成的倒立的“山”字形贴片，其中梯形开缝也可以为半椭圆渐变开缝，或者长方形开缝。

本实施例中，第一耦合加载单元14、电容耦合微带电容耦合微带馈电单元主体贴片121顶部的耦合电容状态由两者之间的距离(基板11的厚度)和投影重合面积决定，距离近则容性越强，投影重合面积越大则容性越强，反之则容性越弱，同样，第一耦合加载单元14和第二耦合加载单元15耦合电容状态也是两者之间的距离(基板11的厚度)和投影重合面积决定。

本实施例中，天线阻抗特性可以同时通过设置有电容耦合微带馈电接入点124的第一长方形贴片123和设置有接地辐射单元接地点135的第二长方形贴片134做对应调整，其中调整第一长方形贴片123和第二长方形贴片134的距离，两者之间的距离越近，则等效串联的电容分量上升，距离越远，则等效串联电容分量下降；改变第一长方形贴片123的面积大小，则第一长方形贴片123与背部第二长方形贴片134的投影面积重合相应增加和减小，相对天线等效并联电容分量随之增加和减小。

本实施例中，电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的基板11厚度设置在0.8-1.5mm之间，此厚度决定了设置基板上的电容耦合微带馈电单元12、接地辐射单元13、第一耦合加载单元14和第二耦合加载单元15的距离；距离太远，则天线表面波效应明显，导致天线辐射效果减弱；距离太近，则会导致天线Q值快速上升，从而使得天线带宽严重受到影响；本实施例采用基板为厚度1.0mm。

本实施例中，基板11的板材特性采用介电常数较小的板材，增加缝隙处的边缘场，在一定程度上可以增加天线带宽；同时，频率越高，介质损耗则表现越为明显，使用介电常数较小的板材使得天线在高频段，特别是6GHz以上频段相对取得更好的辐射效果，本实施例采用rogers3003板材。

如图4所示，本实施例中，采用同轴电缆馈电，同轴电缆16的内导体与所述电容耦合微带馈电接入点124电连接，同轴电缆16的外导体与接地辐射单元接地点135电连接，使得天线的生产加工进一步简化，保证天线特性一致性良好以及成本低廉。

如图5所示，本实施例中，其采用同轴接头17直接馈电，在基板11上直接开通孔，同轴接头17的内导体穿过通孔焊接到所述电容耦合微带馈电接入点124，外导体直接焊接在所述接地辐射单元接地点135；

小型电容耦合馈电宽带天线在低频和高频均形成至少两个以上的谐振模态，在低频2500MHz附近形成双谐振，覆盖超过900MHz带宽，在高频6000MHz附近形成三个谐振，覆盖超过2500MHz带宽，本实用新型使得天线在极小空间内实现双频超宽带谐振覆盖，具有较强通用性和实用性。

如图6所示，本实施例中，为本实用新型一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的S11实验结果，从结果上看，从2.4GHz-3.2GHz/5GHz-7.5GHz两个频段内均实现较好的阻抗匹配，如图7所示，频带内Return Loss均做到-10以下效果；如图8所示，频带内VSWR均做到2.0以下效果，如图9所示，天线在频带带宽内阻抗特性良好。

如图10-图12所示，本实施例中，为本实用新型一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线的辐射方向图和增益图示，从结果上看，在低频段取得2.0dBi以上增益效果，高频取得5.0dBi以上增益效果，方向图可以实现H面基本全向覆盖，能较好满足通信设备的通信需求；

本实用新型一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线通过设置在基板11上的电容耦合微带馈电单元12与接地辐射单元13主邻近耦合产生宽频谐振，同时设置第一耦合加载单元14和第二耦合加载单元15，其中第一耦合加载单元14底部与接地辐射单元13投影重合，顶部与第二耦合加载单元15投影重合，形成容性加载进一步拓宽天线带宽；通过多谐振方式实现在低频覆盖2.4GHz-3.2GHz(双谐振叠加)和5GHz-7.5GHz(三谐振叠加)的宽带覆盖，在较小空间内实现可以满足多种制式的通信需求，特别是WIFI6E的带宽覆盖需求。

本实用新型的有益的技术效果：通过电容耦合馈电和电容加载的方式在极小的空间内(实施例基板尺寸5.2mm*80mm)产生多个谐振叠加，使得天线在低频段和高频段都能实现较宽的带宽比例，并取得较好的增益效果，同时天线采用低剖面设计方式实现，降低设备天线位置需求，同时天线带宽覆盖有足够冗余，受不同应用场景和安装环境的影响较小，具有较强的通用和实用性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：包括基板和设置在基板上的电容耦合微带馈电单元、接地辐射单元、第一耦合加载单元以及第二耦合加载单元；电容耦合微带馈电单元、接地辐射单元、第一耦合加载单元和第二耦合加载单元彼此独立设置；

电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元分别位于基板两个面上；第一耦合加载单元和第二耦合单元为长方形贴片，第一耦合加载单元底部与接地辐射单元投影重合，顶部与第二耦合加载单元投影重合；电容耦合馈电单元与接地辐射单元邻近耦合设置。

2.根据权利要求1所述的电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：基板采用低介电常数高频板材；电容耦合馈电单元与接地辐射单元邻近耦合距离设置为0.8-1.5mm。

3.根据权利要求1所述的电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：电容耦合微带馈电单元为一段微带线和梯形结构构成，其中梯形结构特性为圆形、椭圆形、长方形或者渐变结构。

4.根据权利要求1所述的电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：接地辐射单元为在长方形贴片上通过2个开放的梯形槽孔形成的贴片结构。

5.根据权利要求1所述的电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：电容耦合微带馈电单元上设置有电容耦合微带馈电接入点；接地辐射单元上设置有接地辐射单元接地点。

6.根据权利要求5所述的一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：馈电接入点置于电容耦合微带馈电单元的底部长方形贴片上，馈地接入点置于接地辐射单元底部的长方形贴片上。

7.根据权利要求5所述的一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元通过同轴电缆馈电；同轴电缆的内导体与电容耦合微带馈电接入点连接，同轴电缆的外导体与接地辐射单元接地点电连接。

8.根据权利要求5所述的一种电容耦合馈电与加载双频超宽带天线，其特征在于：同样电容耦合微带馈电单元与接地辐射单元通过同轴接头馈电；同轴接头的内导体与电容耦合微带馈电接入点连接，同轴接头的外导体与接地辐射单元接地点电连接。

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