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CN107968256B - 一种小型多功能天线 - Google Patents

一种小型多功能天线 Download PDF

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CN107968256B CN201711155834.XA CN201711155834A CN107968256B CN 107968256 B CN107968256 B CN 107968256B CN 201711155834 A CN201711155834 A CN 201711155834A CN 107968256 B CN107968256 B CN 107968256B
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Harbin Engineering University
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Harbin Engineering University
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Abstract

本发明提供一种小型多功能天线，采用G形非对称共面馈电结构和反C形辐射贴片，实现宽带和多频带设计；该天线主要包括介质基板，非对称共面馈电结构,G形接地面，非对称共面传输线，第一反C形辐射单元，第二反C形辐射单元和C形辐射单元；通过调整G形接地面以及各个辐射单元的尺寸，第一反C形辐射单元与G形接地面之间的耦合，可以满足宽带，多频带，单频带无线通信的需求；本发明所涉及的一种小型多功能天线具有剖面低，结构简单，易于设计，便于安装和调试，可以应用在无线通信终端和室内基站中。

Description

一种小型多功能天线
技术领域
本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种小型多功能天线。
背景技术
多带通信技术已经融入我们生活的每个角落，如WiFi通信。作为多带通信的眼睛和耳朵，多频带天线的研究得到了迅速的发展，国内外专家，学者和工程技术人员提出了各种各样的多频带天线。虽然大多数天线只能覆盖一个或者两个频段，也有部分天线可以覆盖三个频段或者更多频段，但是这些天线要么结构相对比较复杂或者频带不容易调整，有些天线的尺寸相对比较大，不容易集成到现在的小型化的移动通信终端中。特别是微带天线技术的发展，使多频带平面天线的设计变的相对比较容易，且可以很好的集成到现在的移动通信设备中。这些天线多采用微带馈电，孔径耦合馈电，共面波导馈电和同轴馈电等方式。这些宽带天线大多数采用多层结构，槽式结构或者多个单极子组合的方式实现。采用多层结构设计的方法，增加了天线的剖面高度，会在手持终端设计时增加成本，采用孔径耦合的方式设计的多频天线，有时候在实际工程中不便于调试，这种结构增加了天线的剖面尺寸，同时结构相对比较复杂。目前使用的移动通信设备中，往往需要多个谐振频带，工作在不同的模式下，以满足不同通信协议的需求，同时需要设备的制造成本较低，且天线的设计便于和移动或者手持设备实现集成，有利于系统的电磁兼容性设计。因此，通过改进馈电结构、采用紧凑型的谐振结构，不仅需要拓宽天线的阻抗带宽，而且可以产生多个频段，设计高性能的多频带天线。
Y.Li等人在2013年提出了一款非对称共面线馈电的双频带天线，天线可以覆盖2.4GHz和高频WLAN频带，但是天线在采用了电抗加载的方法，大大降低了天线的效率和天线的增益。K.A.Ansal等人于2015年提出了一种非对称共面线馈电的单极子天线，采用在辐射单元上刻蚀槽的方式，实现双频带操作，但是两个频带之间相互影响，不便于实际工程的调试。此外，还有一些微带天线采用多枝节的形式实现，每个枝节产生一个谐振频率，导致天线的尺寸过大，不易于和实际手持终端和移动通信设备集成。除此之外，Andrea Michel等人在2016年设计了一种新型的宽带微带天线，将多个单极子天线印刷在同一个紧凑的介质基板，使用微带线馈电，但是其尺寸大，且不能根据需求灵活设计。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种小型多功能天线，天线采用非对称共面线馈电结构，反C形和C形辐射单元以及G形接地面，便于实现低剖面，多频带，小型化天线设计。
本发明的目的是这样实现的：包括介质基板、非对称共面馈电结构、第一C形辐射单元、第二反C形辐射单元、第三辐射单元，非对称共面馈电结构包括设置在介质基板上的G形接地面和非对称共面传输线，第一C形辐射单元、第二反C形辐射单元、第三辐射单元均与非对称共面传输线连接，第一C形辐射单元、第二反C形辐射单元采用串行馈电的方式，第一反C形辐射单元、第三辐射单元采用并行馈电的方式进行馈电，非对称共面线传输线与SMA的内导体相连接，SMA的外导体与G形接地面连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述第三辐射单元是C型辐射单元或T形辐射单元或F形辐射单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的天线采用非对称共面线馈电结构，G形接地面和反C形辐射单元一体化设计，剖面低，结构简单，易于设计，便于安装和调试。本发明采用非对称共面馈电结构和G形接地面，采用辐射单元间耦合技术，扩展天线的阻抗带宽，提高谐振频率设计的自由度。本发明采用将G形接地面作为一个辐射单元，并利用G形接地面与该天线的第一反C形辐射单元之间的耦合以及第一反C形辐射单元与第二反C形辐射单元之间的耦合，从而实现多谐振频率的独立设计，也可以根据工程需求，通过增加谐振单元实现多频带天线的微型化设计，该天线具有较低的剖面，且各个谐振频率可以单独设计，采用非对称共面线馈电结构可以有效的降低天下的尺寸。
本发明采用非对称共面线馈电结构和G形接地面，G形接地面作为一个辐射单元，可以提供一个谐振频率。利用G形接地面与该天线的第一反C形辐射单元之间的耦合，可以调整天线的谐振频率和谐振带宽。第一反C形辐射单元与第二反C形辐射单元采用串行馈电的方式，且第一反C形辐射单元与第二反C形辐射单元之间的耦合可以调整两个谐振之间的谐振频率和谐振带宽，改变两个谐振频率的谐振比。第一反C形辐射单元与第三辐射单元采用并行馈电的方式进行馈电，可以设计出任意谐振频率的谐振比的谐振频带，由此所设计的天线可以根据需求，满足任意多频带设计。此外，各个谐振频率彼此独立，可以单独设计，不会对另外的频率产生干扰。
附图说明
图1是本发明所设计天线的俯视图；
图2是本发明所设计天线的侧视图；
图3是本发明所设计的G形接地面；
图4是本发明所设计的第一反C形辐射单元；
图5是本发明所设计的第二反C形辐射单元；
图6是本发明所设计的第三C形辐射单元。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图6，本发明设计了一种小型多功能天线，所设计的天线是采用非对称共面线馈电结构，G形接地面，反C形辐射单元和C形辐射单元联合设计，采用串行馈电和并行馈电相结合的技术，实现多频天线的小型化设计。
本发明的天线主要包括介质基板101，非对称共面馈电结构，第一反C形辐射单元104，第二反C形辐射单元105和第三辐射单元106。非对称共面馈电结构由G形接地面102和非对称共面传输线103组成，且G形接地面102步进可以作为天线的接地面，而且也是天线的一个辐射单元，也即所述G形接地面作可以作为天线的一个辐射单元，提供一个谐振频率，同时也作为天线的接地面调整其与第一反C形阵子之间耦合，实现很好的阻抗匹配。通过调整第一反C形辐射单元，第二反C形辐射单元和C形辐射单元的尺寸，可以确定天线的谐振频率。该天线的第一反C形辐射单元104、第二反C形辐射单元105采用串行馈电的方式，该天线的第一反C形辐射单元104与第三辐射单元106采用并行馈电的方式进行馈电。该天线的阻抗带宽和谐振频率由G形接地面102，该天线的第一反C形辐射单元104与G形接地面102之间的耦合缝隙，第二反C形辐射单元105及其与第一反C形辐射单元104之间的耦合缝隙以及各个辐射单元的有效长度和宽度共同决定，可以通过调整这些参数满足各种宽带和多带通信需求。所设计天线的非对称共面线馈电传输线103与SMA的连接器的内导体相连接，SMA的外导体与接地面102连接。图1所示的天线结构印刷在介质基板101上，通过调整每个辐射单元的尺寸和辐射单元之间的耦合，以及第一反C形辐射单元104与G形接地面102之间的耦合，有效地控制各个谐振频率和谐振带宽。通过适当的调节第一反C形辐射单元104，第二反C形辐射单元105，第三辐射单元以及G形接地面102，G形接地面与第一反C形辐射单元104，所设计的天线可以作为宽带天线，四频带天线，三频带天线，双频带天线和单频带天线。
本发明所设计的天线可以在第三辐射单元106的上加载F形，T形，或者C形谐振枝节，增加天线的谐振频率和谐振带宽，以满足更多的无线通信系统需求。此外，为了便于设计，并减小天线的尺寸，每个谐振频段可以按照所需谐振频率的四分之一波长进行设计。
本发明采用非对称共面馈电结构和弯折形的C形和反C形辐射单元，这些天线的辐射单元可以采用E形结构和F形结构，也可以采用分型结构，进一步减小天线的尺寸。
本发明的第一反C形辐射单元和接地面直接增加电容或者电阻实现小型化设计，增加天线的阻抗带宽，以实现更宽的宽带小型化天线设计。
本发明是一种小型多功能天线，采用非对称共面线馈电结构，利用第一反C形辐射单元，第二反C形辐射单元，以及第一反C形辐射单元与G形接地面之间的耦合实现宽频带，多频带天线的小型化设计。
综上，本发明公开了一种小型多功能天线，该天线采用G形非对称共面馈电结构和反C形辐射贴片，实现宽带和多频带设计；该天线主要包括介质基板，非对称共面馈电结构,G形接地面，非对称共面传输线，第一反C形辐射单元，第二反C形辐射单元和C形辐射单元；通过调整G形接地面以及各个辐射单元的尺寸，第一反C形辐射单元与G形接地面之间的耦合，可以满足宽带，多频带，单频带无线通信的需求；本发明所涉及的一种小型多功能天线具有剖面低，结构简单，易于设计，便于安装和调试，可以应用在无线通信终端和室内基站中。

Claims (2)

1.一种小型多功能天线，其特征在于：包括介质基板、非对称共面馈电结构、第一C形辐射单元、第二反C形辐射单元、第三辐射单元，非对称共面馈电结构包括设置在介质基板上的G形接地面和非对称共面传输线，第一C形辐射单元、第二反C形辐射单元、第三辐射单元均与非对称共面传输线连接，第一C形辐射单元、第二反C形辐射单元采用串行馈电的方式，第一反C形辐射单元、第三辐射单元采用并行馈电的方式进行馈电，非对称共面线传输线与SMA的内导体相连接，SMA的外导体与G形接地面连接；通过调整第一反C形辐射单元，第二反C形辐射单元和C形辐射单元的尺寸，可以确定天线的谐振频率；利用G形接地面与该天线的第一反C形辐射单元之间的耦合，可调整天线的谐振频率和谐振带宽；第一反C形辐射单元与第二反C形辐射单元之间的耦合可调整两个谐振之间的谐振频率和谐振带宽，改变两个谐振频率的谐振比；第一反C形辐射单元与第三辐射单元可设计出任意谐振频率的谐振比的谐振频带，由此可根据需求，满足任意多频带设计。
2.根据权利要求1所述的一种小型多功能天线，其特征在于：所述第三辐射单元是C型辐射单元或T形辐射单元或F形辐射单元。
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