專利名稱：具有u形槽和折線槽的雙波段平面倒f天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于無線通信的雙波段平面倒F天線，屬于諧 振式微帶天線技術領域。
背景技術：
近年來，人們對信息和多媒體通信系統(tǒng)需求不斷增加，通信網(wǎng)也 不斷膨脹。當今，學術界和工程界在多波段樣i帶天線領域進行了很多 探索和努力，主要方向是在減小天線尺寸的同時擴展其工作帶寬。
到目前為止，已經(jīng)有許多方法可用于實現(xiàn)小型化雙頻段微帶天線 了，其中包括用短路銷釘或短路帶、槽口或縫隙、以及電容等加載貼 片的技術。各種形式的加載都是通過擾動其場分布和改變由各種模式 所構成的諧振頻率而實現(xiàn)的。所需要的不同模式間的頻率比可以通過 選取適當?shù)募虞d位置和加載量來實現(xiàn)，而頻率調諧可以通過改變矩形 貼片的尺寸來實現(xiàn)，其實現(xiàn)與頻率比無關。
縫隙加載作為一種較為成熟的微帶天線加載技術，被頻繁地用于 實現(xiàn)雙頻和改變極化特性等方面；而電容加載則是一種較新型的可以 有效地減小天線尺寸的技術。
由縫隙產生的場擾動實質上是非常復雜的，無法用簡單的微擾作 用進行描述。事實上，在某些情況下縫隙對輸入阻抗的影響可以作為 引入電感來描述。根據(jù)具體設計要求的不同，縫隙可以開在貼片的邊沿或者中間。而在貼片天線中實現(xiàn)縫隙的最簡單的方法是利用印制電 路板工藝中的光刻技術在貼片上刻蝕出縫隙。
本次發(fā)明中的小型雙頻微帶天線即是通過采用短路帶加載技術、 改進的U形槽加載技術及電容加載技術等多種技術手段實現(xiàn)的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于無線通信的雙波段(即雙頻)平 面倒F天線。該裝置在實現(xiàn)天線的雙波段工作的同時，還具有以下特
點尺寸小，造價低，結構簡單，易于與其他設備集成。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種雙波^史平面倒F天線，包括有 一塊金屬貼片、 一塊與金屬貼片平行的金屬接地板；其特征在于該 天線的金屬貼片呈矩形，在矩形貼片上有一條U型縫隙和折線槽，貼 片 一端向下垂直彎折再向內垂直彎折。U型縫隙以天線中軸線為對稱 軸，兩條平行邊與矩形貼片的中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線 垂直；折線槽和U型槽相通并垂直于中軸線。在金屬貼片與金屬接地 板之間垂直安裝有 一塊短路矩形金屬片和一個饋電探針，矩形金屬 片安裝在金屬貼片一角上，以激發(fā)多個離散的諧振頻率，實現(xiàn)多波段 工作；金屬貼片一端向下垂直彎折再向內垂直彎折，與接地板形成一 個電容，利用終端效應可以有效地減小天線的尺寸。饋電探針的安裝 位置偏離金屬貼片的水平中軸線，并遠離金屬貼片上安設短路金屬片 的一端，以減少因短路金屬片對輸入阻抗的影響。金屬貼片、與貼 片相連的金屬片、金屬接地板和短路金屬片都是用金屬銅制成，所述 饋電探針是用同軸電纜或微波接頭制成。
所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在于所述的金屬貼片 一端向下垂直彎折再向內垂直彎折；所述的U型縫隙以天線中軸線為 對稱軸，兩條平行邊與矩形貼片的中軸線保持平行，另一條邊與此中 軸線垂直；折線槽和U型槽相通并垂直于中軸線。
所述的短路矩形金屬片垂直安裝于金屬貼片的一角，其上邊沿與 金屬貼片連接，下邊沿與金屬接地板連接；短路矩形金屬片所在平面 與矩形金屬貼片所在平面相垂直。
所述的饋電探針的安裝是將同軸電纜或微波接頭的內導體作為 探針，從作為接地板的金屬板上的通孔穿出，該通孔的孔徑應略大于 該內導體直徑，與內導體之間填充有絕緣材料，以保持兩者絕緣；該 內導體探針垂直于接地板，向上延伸至與貼片平面平齊，該探針伸出 位置即為饋電點，在饋電點探針與貼片相連接；同軸電纜或微波接頭 的外導體在該金屬接地板下方與該金屬接地板相連接。
所述的金屬貼片呈矩形，其厚度為印制電路板工業(yè)標準的銅箔厚
度，其長度L和寬度W的尺寸與天線諧振頻率的設計參數(shù)為 1
<formula>complex formula see original document page 7</formula>
式中^是天線的諧振頻率或其工作頻帶的中心頻率；e。是真空 介電常數(shù)；A是真空磁導率；^是介質的相對介電常數(shù)；M是等效 輻射縫隙寬度；《是有效介電常數(shù)；hl是金屬接地板與金屬貼片之間 絕緣介質的厚度，其數(shù)值為印制電路板工業(yè)標準中絕緣介質的厚度。
所述的金屬接地板的厚度為印制電路板工業(yè)標準銅箔厚度，其長 度和寬度都應比所述的金屬貼片至少大20腿。
所述的位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質，即印制 電路板的介質基片推薦使用相對介電常數(shù)小于5的絕緣介質。本設計 中采用空氣作為介質，即相對介電常數(shù)為1。
本發(fā)明是一種結構新穎、簡單、實用的雙波段平面倒F天線，可 同時提供優(yōu)良的帶寬和輻射效率，該天線可以用于各種需要多波段天 線的無線通信設備中。其主要特點是采用單層金屬貼片作為天線， 結構簡單；而且，幾何尺寸小、重量輕，易于集成在各種器件中；饋 電系統(tǒng)也非常簡單，只有單個探針饋電。因此本發(fā)明與其他結構復雜 的天線相比較，制造成本低廉，具有較好的推廣應用前景。


圖1是本發(fā)明的一實施例-雙波段微帶貼片天線的俯視圖。 圖2是圖1所示的一實施例的主視剖視圖。 圖3是圖1所示的一實施例的側視圖。 圖4是圖1所示的一實施例的天線回波損耗圖。 圖5是圖l所示的一實施例的天線在f01- 900MHz諧振頻率處垂 直于天線貼片的兩個正交平面內的天線增益方向圖。
圖6是圖1所示的一實施例的天線在f 02 = 1800MHz諧振頻率處 垂直于天線貼片的兩個正交平面內的天線增益方向圖。
具體實施例方式
參見圖1~圖3,下面結合圖示的本發(fā)明的一實施例-雙波段微 帶貼片天線-進一步說明其組成結構。本發(fā)明是一種雙波段平面倒F 天線，包括有 一塊金屬接地板l、 一塊與金屬接地板1平行的金屬 貼片2和位于金屬貼片2和金屬接地板1之間的絕緣填充介質8;該 天線貼片一端向下垂直彎折再向內垂直彎折，向內彎折部分9與接地 板形成一個電容；該天線在金屬接地板1與金屬貼片2之間垂直安裝 有一塊短路矩形金屬片6和一個饋電探針7;金屬貼片上有一條U型 縫隙和折線縫隙3和折線槽4、 5，以激發(fā)多個離散的諧振頻率，實 現(xiàn)雙波段發(fā)射或接收。
在矩形貼片2上有一條U型縫隙3和折線縫隙4、 5， U型縫隙以 天線中軸線為對稱軸，兩條平行邊與矩形貼片的中軸線保持平行，另 一條邊與此中軸線垂直；貼片一端向下垂直彎折再向內垂直彎折，和 接地板構成一個電容，以減小天線的尺寸；矩形貼片一角垂直安裝有 一塊短路矩形金屬片，其上邊沿與金屬貼片連接，下邊沿與金屬接地 板連接，并與貼片所在平面垂直;具有以上結構的激發(fā)多個離散的諧 振頻率，實現(xiàn)多波段發(fā)射或接收。圖1所示的U型縫隙3和折線縫隙 4、 5在金屬貼片2的x-y二維平面(該坐標系是以金屬貼片2的一 邊的中點為原點，該邊為x軸，垂直該邊的中線為y軸)上，外沿水 平寬度為W-15mm,垂直長度為L-38mm，貼片一端向下垂直彎折并
向內彎折部分尺寸如圖2所示W(wǎng) = 15mm， L2 = 4誦，U型縫隙水平部分 的縫寬I = 0. 5mm, U型縫隙水平寬度Ws=13mm,垂直長度為Ls = 26mm， 垂直部分的縫寬J = 0. 5mm,折線槽水平長度dl-6mm,垂直寬度I=lmm。
U型縫隙下端距離貼片左、右邊沿的距離為dx = lmm， U型縫隙 下端距離貼片下邊沿的距離為dY-10mm，折線槽水平縫隙間的距離 如圖1所示，d2-18mm，貼片下邊沿連接有寬度為M=2mm的垂直于x -y二維平面的矩形金屬片6。
金屬貼片2與金屬接地板之間的距離h=10mm, 金屬片9與地平 面1之間的3巨離dz=2mm。
本發(fā)明的金屬接地板l、金屬貼片2和金屬片6的材料是高導電 率金屬或者表面鍍有高導電率金屬的材料，該實施例中是使用金屬 銅，饋電探針7是用具有外導體71、內絕緣層、內導體72和外絕緣 層的同軸結構的同軸電纜或微波接頭制成，實施例中是用特性阻抗 5 0Q的同軸電纜將其末端一部分外導體和絕緣層剝除之后制成的。本 發(fā)明中各種金屬元件之間的電連接都是釆用錫焊實現(xiàn)。
參見圖2和圖3,饋電探針7的安裝是將同軸電纜或微波接頭的 內導體72作為探針，從金屬接地板2上的圓孔穿出，該圓孔的孔徑 應略大于該內導體72直徑，在內導體72與圓孔孔壁之間為空氣介質， 以保持兩者絕緣。該內導體探針72垂直于金屬接地板1平面，向上 延伸至金屬貼片2的下方與該金屬貼片1相連接，該探針72與該金 屬貼片2相連接處即為饋電點。同軸電纜或^t波接頭的外導體72在 該金屬接地板2的下方與該金屬接地板2相連接。饋電點的安裝位置
是根據(jù)設計要求決定的，其位置決定天線的工作頻率范圍和匹配問
題；若移動饋電點的位置，天線工作頻率范圍和回波損耗也將隨之改
變。圖l展示了饋電探針7在金屬貼片1的x-y二維平面中的坐標 位置為(2. 5, 3) mm。
本發(fā)明的金屬貼片1呈矩形，圖1所示的實施例中其長1^38mm, 寬W= 15 mm;與金屬接地板1平行；其厚度為印制電路板工業(yè)標準 的銅箔厚度，其長度L和寬度W的尺寸與天線諧振頻率的設計參數(shù)為
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
式中A是天線的諧振頻率或其工作頻帶的中心頻率；4是真 介電常數(shù)；^是真空磁導率；^是介質的相對介電常數(shù)；ai是等效 輻射縫隙寬度；^是有效介電常數(shù)；h是金屬接地板與金屬貼片之間 絕緣介質的厚度，其數(shù)值為印制電路板工業(yè)標準中絕緣介質的厚度。
所述的金屬接地板1的厚度為印制電路板工業(yè)標準銅箔厚度，其 長度和寬度都應分別比金屬貼片2的長度L和寬度W至少大20mm。 其它有關參數(shù)的計算公式是
<formula>complex formula see original document page 11</formula> 式中^是有效介電常數(shù)； 是介質的相對介電常數(shù)；az是等效輻射縫隙寬度；L是金屬貼片的長度；W是金屬貼片的寬度。圖示的 實施例的高度h- 10mm。
本發(fā)明在金屬貼片1和金屬接地板2之間的填充介質為空氣，相 對介電常數(shù)為1。
參見圖4~圖5,本發(fā)明通過對金屬貼片的尺寸、貼片一端與之相 連的金屬片的尺寸及位置、金屬貼片與金屬接地板的距離、U型縫隙 尺寸及位置和饋電點的安裝位置進行計算和合理安排，使得在上述圖 1 ~圖3中展示的實施例天線具有兩個離散的諧振頻率f01 = 900MHz 和f02-180畫Hz。圖4說明了在上述兩個諧振頻率處的回波損耗均 小于-10dB，滿足了多波段工作的要求。圖5圖6展示了 f01-90畫Hz 諧振頻率和f02 = 1800MHz諧振頻率處的天線增益方向圖，可以看出 天線在兩個頻段的方向性和輻射效率達到了實際的要求。
權利要求
1、設計的雙波段平面倒F天線，包括有一塊金屬貼片、一塊與金屬貼片平行的金屬接地板；其特征在于該天線的金屬貼片呈矩形，在矩形貼片上有一條U形槽和折線槽，貼片一端向垂直于接地板方向彎折再向平行于接地板方向彎折。U形槽以金屬貼片的中軸線為對稱軸，兩條平行邊與貼片的中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直；U形槽兩平行邊內側分別有一條縫隙與之相連并與之垂直，即為折線槽。在金屬貼片與金屬接地板之間垂直安裝有一塊短路矩形金屬片和一個饋電探針，短路金屬片安裝在金屬貼片邊緣的一端，以激發(fā)多個離散的諧振頻率，實現(xiàn)多波段工作；金屬貼片一端向垂直于接地板方向彎折再向平行于接地板方向彎折，與接地板形成一個電容，利用終端效應可以有效地減小天線的尺寸。饋電探針的安裝位置偏離金屬貼片的水平中軸線，并遠離金屬貼片上安設短路金屬片的一端，以減少因短路金屬片對輸入阻抗的影響。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在 于所述的金屬貼片、金屬貼片上的U形槽、折線槽、金屬接地板 采用在銅片光刻技術實現(xiàn)。以上所述的饋電探針是用具有內導體、內 絕緣層、外導體和外絕緣層的同軸結構的同軸電纜或微波接頭制成。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在 于所述的U形槽以天線中軸線為對稱軸，兩條平行邊與矩形貼片 的中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直；U形槽兩平行邊內側 分別有一條縫隙與之相連并與之垂直，即為折線槽。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在 于所述的短路矩形金屬片垂直安裝于金屬貼片的邊緣的一端，其上 邊沿與金屬貼片連接，下邊沿與金屬接地板連接。
5、 根據(jù)權利要求1或4所述的一種雙波段平面倒F天線，其特 征在于所述的短路矩形金屬片所在平面與矩形金屬貼片所在平面相 垂直。
6、 根據(jù)權利要求2所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在 于所述的饋電探針的安裝是將同軸電纜或微波接頭的內導體作為探 針，從作為接地板的金屬板上的通孔穿出，該通孔的孔徑應略大于該 內導體直徑，與內導體之間填充有絕緣材料，以保持兩者絕緣；該內 導體探針垂直于接地板，向上延伸至與貼片平面平齊，該探針伸出位置即為饋電點，在饋電點探針與貼片相連接；同軸電纜或微波接頭的 外導體在該金屬接地板下方與該金屬接地板相連接。
7、 根據(jù)權利要求6所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在 于所述的饋電探針的安裝位置偏離金屬貼片的水平中軸線，并遠離 金屬貼片上安設短路金屬片的一端，以減少因短路金屬片對輸入阻抗 的影響。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在 于所述的金屬貼片呈矩形，其厚度為印制電路板工業(yè)標準的銅箔厚 度，其長度L和寬度W的尺寸與天線諧振頻率的設計參數(shù)為<formula>see original document page 4</formula>式中f。是天線的諧振頻率或其工作頻帶的中心頻率；ε0是真空介 電常數(shù)；u。是真空磁導率；εr是介質的相對介電常數(shù)；△L是等效輻 射縫隙寬度；εe是有效介電常數(shù)；h是金屬接地板與金屬貼片之間絕 緣介質的厚度，其數(shù)值為印制電路板工業(yè)標準中絕緣介質的厚度。
9、 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波段平面倒F天線，其特征在 于所述的金屬接地板的厚度為印制電路板工業(yè)標準銅箔厚度，其長 度和寬度都應比所述的金屬貼片至少大20mm。
10、 根據(jù)權利要求1或9所述的一種雙波段平面倒F天線，其特 征在于所述的位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質，推 薦使用相對介電常數(shù)小于5的絕緣介質。本設計中采用空氣作為介 質，即相對介電常數(shù)為1。
全文摘要
設計的雙波段平面倒F天線包括一塊金屬貼片、一塊與金屬貼片平行的接地板。該天線的金屬貼片呈矩形，在矩形貼片上有一條U形槽和折線槽，貼片一端向垂直于接地板方向彎折再向平行于接地板方向彎折。U形槽以金屬貼片的中軸線對稱，兩條平行邊與貼片的中軸線平行，另一條邊與中軸線垂直。U形槽兩平行邊內側分別有一條與之相連并與之垂直的縫隙，即為折線槽。在金屬貼片與接地板之間垂直安裝有一塊短路矩形金屬片和一個饋電探針，短路金屬片安裝在金屬貼片邊緣的一端。饋電探針偏離金屬貼片的中軸線和短路金屬片。金屬貼片、接地板和短路金屬片的材料為銅。饋電探針是用同軸電纜或微波接頭制成。該天線具有尺寸小，造價低，結構簡單等優(yōu)點。
文檔編號H01Q13/10GK101345348SQ200810119550
公開日2009年1月14日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權日2008年9月3日
發(fā)明者煒 任, 劉元安, 吳利剛, 黎淑蘭 申請人:北京郵電大學