CN1564375A - 控制双频微带天线谐振频率的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制双频微带天线谐振频率的方法。用于无线通信技术领域。本发明U形的缝隙比较窄，在0.003波长的范围，U形缝隙靠近天线的辐射边，两个臂平行于电流流向，通过U形缝隙加载和H形的贴片形状来实现天线的双频工作和对频率的简单控制。本发明中通过U形缝隙加载和H形的贴片形状来实现天线的双频工作和对频率的简单控制，同时可以进一步减小天线的尺寸，并具有如下优点：天线的两个频段可以很方便的调节，缩短了设计周期；因为采用了H形的轮廓，拉长了天线表面的电流路径，从而使得天线的低次谐振频率降低。达到了缩小天线尺寸的目的。

Description

控制双频微带天线谐振频率的方法

技术领域

本发明涉及一种天线谐振频率的控制方法，具体涉及一种控制双频微带天线谐振频率的方法。用于无线通信技术领域。

背景技术

现代无线通信技术的飞速发展对天线的要求越来越高。微带天线以其低轮廓、重量轻、低成本和易于制造等优点而得到越来越多的研究和应用。同时工作在两个或者多个频段的通信系统是无线通信发展的一个重要方向，因此双频(或多频)微带天线成为微带天线近年来研究和使用的热点。为了能够使微带天线双频工作，通常可以通过以下几种方法实现：多贴片、缝隙加载、集总元件加载(包括短路针)。后两种方式又被统称为抗性加载。多贴片和集总元件加载都会使天线的结构变得复杂，而缝隙加载作为一种简单的加载方式，可以在单层微带天线上实现双频，制作生产相对简单，且易于和微波电路集成。产生双频效果所采用的缝隙形状可为矩形、U形等，通过改变缝隙的参数可以实现高频和低频的变化，实现一定范围的频率比以适应不同通信系统的要求。但是在设计过程中对于两个谐振频率精确的控制比较困难，因为这两个频率往往是相互影响的。对天线某一个参数的修改会使两个谐振都发生变化，对于设计者而言会因为多次的尝试才能得到相对比较准确的谐振频率，这种反复调试的过程使得设计周期变长，增加了设计成本。

经文献检索发现，Y.X.Guo等在《微波和光技术快报》上发表的“通过两个U形缝隙加载的双频贴片天线”(A dual-band patch antenna with twoU-shaped slots，Microwave Optical Technology Letters，2000，26(2)：73-75.)，该文提出在矩形贴片上加载U形缝隙的方法来实现天线的双频工作，而且通过改变缝隙的参数可实现对两个谐振频率的控制。但在该方法中缝隙参数的变化会使得两个谐振频率同时发生变化，这样对设计工作而言还是比较费时费力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种控制双频微带天线谐振频率的方法，通过改变其中相应的参数，使其可以很方便的实现对高频、低频谐振频率的单独调节，且得到较大范围的频率比。将该方法应用到双频矩形微带天线得设计和调试之中可以大大加快设计速度，减小设计成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，U形的缝隙比较窄，一般在0.003波长的范围，U形缝隙靠近天线的辐射边，两个臂平行于电流流向，通过U形缝隙加载和H形的贴片形状来实现天线的双频工作和对频率的简单控制。

以下对本发明方法作进一步的限定：

通过改变U形缝隙的臂长改变高次谐振频率，当臂长加长的时候，谐振频率下降，反之升高。

通过去除矩形贴片非辐射边上两个大小相等、相互对称的矩形块，可以拉长电流的路径长度。

通过改变H形贴片的中间部分的大小控制低次谐振频率的大小，当中间部分变窄的时候，谐振频率下降，反之升高。

谐振频率的大小受独立参数的影响，即高次的谐振频率受U形缝隙的影响，低次的受H形的中间部分的大小的影响，而这两个参数的变化对对方的影响非常小，也就是说可以独立地进行调节。从而使得谐振频率的确定变得精确和易于控制。

本发明中通过U形缝隙加载和H形的贴片形状来实现天线的双频工作和对频率的简单控制，同时可以进一步减小天线的尺寸。和现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

1)天线的两个频段可以很方便的调节。因为决定两个可用的谐振频段的天线参数之间的影响非常的小，因此可以通过对他们的分别调节来达到分别确定两个谐振频率的目的，缩短了设计周期。

2)天线的尺寸大大减小。因为采用了H形的轮廓，拉长了天线表面的电流路径，从而使得天线的低次谐振频率降低。达到了缩小天线尺寸的目的。

附图说明

图1是本发明矩形贴片具体应用示意图

图2是实施例中固定L_m＝8mm，f₁₀、f₃₀和f₃₀/f₁₀的变化示意图

图3是实施例中固定d＝18mm，f₁₀、f₃₀和f₃₀/f₁₀的变化示意图

具体实施方式

如图所示，结合本发明内容，以同轴馈电形式的矩形微带天线为例，对本发明技术方案作进一步的理解，对于通过侧面微带形式馈电的天线同样适用本方法。具体如下：

1、矩形微带天线的大小为W×L，其中W对应的边是天线的辐射边，L为基本谐振模式的电流长度，在L边上去掉两块矩形，使得天线的中间部分变成d×s，天线变成了H形。H形天线拉长了原先矩形贴片天线的上电流的路径，降低了天线的谐振频率，这样可以使天线尺寸缩小很多。在天线的总尺寸固定的情况下，在没有加缝隙时，可以通过改变d的大小来改变天线的谐振频率。

2、在靠近贴片的两个辐射边的地方，对称加上两个U形缝隙，宽度均为W_s，缝隙的长度为2L_m+L_s，其中两个臂长为L_m，沿短边方向的长度为L_s，且缝隙距离贴片上下边界的距离为d₁，左右边界的距离为d₂，两个U形缝隙大小相等且关于天线的纵轴对称。在常规矩形天线的辐射边附近加上两条矩形或者U形缝隙就可以产生双频的效果，其中主要是利用天线的TM₁₀和TM₃₀两种谐振模式，因为TM₂₀的辐射方向图有较大的零点，而TM₁₀和TM₃₀的辐射特性相似。微带天线所用介质的介电常数为ε_r，厚度为h。

3、由于靠近贴片辐射边的U形缝隙对TM₁₀模式电流分布的影响甚微，所以f₁₀主要取决于原始的H形天线的几何外形，因此可以通过改变d的大小来改变f₁₀相反TM₃₀模式的电流分布受d大小的影响相对较小，而它在U形缝隙附近的电流相对集中，受L_m的影响相对较大，所以可以通过改变L_m的大小来改变f₃₀。这样，天线设计者就可以通过只改变天线的一个参数来分别调节f₁₀和f₃₀，从而避免了其他双频天线设计中经常出现的两个频率互相影响而很难调节和控制的缺点，使得双频天线的设计更为方便和快捷。

以下提供具体的实施例：

具体参数如下：W＝42mm，L＝70mm，W_s＝d₁＝d₂＝1mm，s＝34mm，L_s＝38mm，d＝21mm，L_m＝8mm，d_f＝6.5mm，ε_r＝2.8，h＝2mm，分别固定L_m和d中的一个值，然后改变另外一个，可以得到不同大小的频率和频率比，其结果如图2所示，固定L_m的长度等于8mm，d从10mm变化到42mm。图3中，固定d的长度等于18mm不变，而L_m从2mm变化到10mm，同时天线的其他参数为：W＝42mm，L＝70mm，W_s＝d₁＝d₂＝1mm，s＝34mm，L_s＝38mm，ε_r＝2.8，h＝2mm，在改变以上参数的同时，为了阻抗匹配需要改变df的大小，也就是馈电点的位置，但是保持馈电点在横向轴线上。通过实测发现在距离贴片中心点1mm到几mm之间，可以得到较好的阻抗匹配。从图中可以看出，固定L_m＝8mm，改变d，可以得到频率比1.845-1.998，同时可以发现f₃₀和f₁₀相比变化很小；固定d＝18mm，改变L_m，得到频率比为1.88-2.296，此时f₃₀变化很大而f₁₀基本上恒定。也就是说，可以通过改变U形缝隙的臂长和H形贴片的中间部分的大小来控制天线的两个谐振频率。实际设计过程中，设计者在设计天线的时候可以同时调节d和L_m，因为两者对对应频率的影响几乎是独立的，这给设计调试带来很大的灵活性。

Claims (5)

1、一种控制双频微带天线谐振频率的方法，其特征在于，U形的缝隙比较窄，在0.003波长的范围，U形缝隙靠近天线的辐射边，两个臂平行于电流流向，通过U形缝隙加载和H形的贴片形状来实现天线的双频工作和对频率的简单控制。

2、根据权利要求1所述的控制双频微带天线谐振频率的方法，其特征是，通过改变U形缝隙的臂长改变高次谐振频率，当臂长加长的时候，谐振频率下降，反之升高。

3、根据权利要求1所述的控制双频微带天线谐振频率的方法，其特征是，通过去除矩形贴片非辐射边上的两个大小相等、相互对称的矩形块，来拉长电流的路径长度。

4、根据权利要求1所述的控制双频微带天线谐振频率的方法，其特征是，改变H形贴片的中间部分的大小来控制低次谐振频率的大小，当中间部分变窄的时候，谐振频率下降，反之升高。

5、根据权利要求1或2或4所述的控制双频微带天线谐振频率的方法，其特征是，谐振频率的大小受独立参数的影响，高次的谐振频率受U形缝隙的影响，低次的受H形的中间部分的大小的影响，而这两个参数的变化对对方的影响非常小，独立进行调节。

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