專利名稱：一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種平面印刷天線，具體涉及一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線。
背景技術(shù)：
在無線通信中，天線作為輻射與接收信號的關(guān)鍵部分，諸如回波損耗、阻抗帶寬、方向圖、增益、輻射效率等參數(shù)指標(biāo)將直接影響無線通信裝置的性能。從安裝在終端設(shè)備上的天線形態(tài)上來區(qū)分，現(xiàn)有的天線可分為外置天線與內(nèi)置天線。早期安裝在移動(dòng)終端設(shè)備上的，如手持電話、無線對講機(jī)等多為外置天線。但是外置天線占據(jù)通信裝置大量空間，而且易折損、影響美觀。隨著終端無線通訊裝置的體型越來越精巧，消費(fèi)者對于通信裝置外部形態(tài)美觀的追求的潛在市場需求和內(nèi)置天線不易損壞等諸多優(yōu)點(diǎn)。同內(nèi)置天線相比，外置天線的局限性愈發(fā)突顯。近年來，無線通信裝置的小型化與低輪廓的趨勢，使得內(nèi)置天線越來受到人們關(guān)·注與重視。比較常見內(nèi)置天線包括LTCC (低溫共燒陶瓷技術(shù))和印刷天線。LTCC在高頻與高溫環(huán)境中有著不錯(cuò)的性能，但是價(jià)格昂貴。印刷天線的種類較多，最為常見的一種是PIFA(平面倒F天線)如圖I所示，同LTCC相比，PIFA天線具有尺寸小，重量輕，剖面低、價(jià)格低廉等優(yōu)勢，頗受人們青睞。雖然傳統(tǒng)的PIFA天線的特點(diǎn)是在一定程度上減小了天線的高度，將天線頂部向下彎折，降低了天線的剖面，易實(shí)現(xiàn)與裝置共形和安裝。然而隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，單頻點(diǎn)工作、窄頻帶通數(shù)據(jù)傳輸在當(dāng)今信息高速發(fā)展的時(shí)代，顯得蒼白無力。特別是下一代無線通信對數(shù)據(jù)的高傳輸率傳輸和可靠性要求，對天線性能的提高提出了一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，尤其對帶寬的性能要求，更是迫切。傳統(tǒng)的PIFA天線的最為突出的缺陷是其帶寬較窄，不能很好的滿足對于帶寬性能較高的通信系統(tǒng)。而本實(shí)用新型采用雙倒F形狀，有助于改善阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)較寬的頻帶特性，該天線不僅結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)在水平面上能夠保持良好的全向輻射特性，特別適宜于作為便攜式移動(dòng)設(shè)備的終端天線來使用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，它能夠解決傳統(tǒng)平面倒F天線帶寬窄的問題，增強(qiáng)其調(diào)諧阻抗匹配的能力。為解決上述問題，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的正面印制有天線單元和地板，介質(zhì)基板的背面印制有阻抗轉(zhuǎn)換單元和微帶饋線。上述天線單元呈雙倒F形狀的結(jié)構(gòu)，其主要由第一輻射單元、第二輻射單元、第一短路單元和第二短路單元構(gòu)成；第一輻射單元和第二輻射單元相平行、第一短路單元和第二短路單元相平行；第一短路單元的一端連接第一輻射單元的其中一端，第一短路單元的另一端直接與地板短接；第二短路單元的一端與第二輻射單元連接，另一端直接與地板短接；第二輻射單元的一端與第一短路單元連接。阻抗轉(zhuǎn)換單元連接微帶饋線；阻抗轉(zhuǎn)換單元與天線單元在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上部分重合。[0007]上述方案中，所述第一輻射單元和第二輻射單元垂直于第一短路單元和第二短路單元。上述方案中，所述第一輻射單元的長度大于第二輻射單元的長度。上述方案中，所述阻抗轉(zhuǎn)換單元與微帶饋線平行。上述方案中，所述阻抗轉(zhuǎn)換單元與第一短路單元平行。上述方案中，所述阻抗轉(zhuǎn)換單元的延伸長度等于第一短路單元平行的延伸長度。上述方案中，所述第一輻射單元、第二輻射單元、第一短路單元、第二短路單元、阻抗轉(zhuǎn)換單元和微帶饋線均呈長直帶狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)I.省去了短路壁鉆孔與地板短接工藝，采用微帶對天線饋送能量，饋電方式簡單，降低制作工藝難度和成本。2.具有較寬的阻抗特性，能夠覆蓋鄰近的工作頻段，實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)諧振，滿足多頻段的通信系統(tǒng)需求。3.增強(qiáng)對天線匹配調(diào)諧能力，使得天線與微帶饋線的匹配更加容易實(shí)現(xiàn)。4.結(jié)構(gòu)緊湊，具有更寬的頻帶寬度，能夠克服某些使用環(huán)境下，頻點(diǎn)偏移而使系統(tǒng)無法正常工作的情況，并且該天線具有良好的全向輻射特性，特別適用于便攜式移動(dòng)終端設(shè)備。

圖I為傳統(tǒng)倒F天線的結(jié)構(gòu)圖。圖2為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線的結(jié)構(gòu)圖。圖3為圖2的側(cè)視圖。圖4為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線的正面圖。圖5為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線的反面圖。圖6為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線的駐波比的仿真值與實(shí)際測量值的比較圖。圖7為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線2. 45G實(shí)測方向圖。圖8為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線2. IG實(shí)測方向圖。圖9為一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線的實(shí)測峰值增益與頻率曲線圖。
具體實(shí)施方式
參見圖2和圖3，一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，包括介質(zhì)基板11，介質(zhì)基板11的正面12印制有天線單元15和地板14，介質(zhì)基板11的背面13印制有阻抗轉(zhuǎn)換單元31和微帶饋線16。在本實(shí)施例中，介質(zhì)基板11采用環(huán)氧玻纖(FR4),其厚度為I. 6mm,介質(zhì)基板的寬度為S2=40mm，介質(zhì)基板的長度Sl=50mm，介電常數(shù)為4. 4，損耗角正切為O. 02。參見圖4，上述天線單元15呈雙倒F形狀的結(jié)構(gòu)，其主要由第一輻射單元21、第二輻射單元22、第一短路單元23和第二短路單元24構(gòu)成；第一輻射單元21和第二輻射單元22相平行、第一短路單元23和第二短路單元24相平行；第一短路單元23的一端連接第一輻射單元21的其中一端，第一短路單元23的另一端直接與地板14短接；第二短路單元24的一端與第二輻射單元22連接，另一端直接與地板14短接；第二輻射單元22的一端與第一短路單元23連接。在本實(shí)施例中，第一輻射單元21和第二輻射單元22垂直于第一短路單元23和第二短路單元24。第一輻射單元21的長度大于第二輻射單元22的長度。短路壁25即第一短路單元23和第二短路單元24直接與地板14短接，去除了傳統(tǒng)倒F印刷天線，需要將短路壁打孔與另一面地板短接的制作工序。上述天線單元15中第一輻射單元21緊貼且平行于介質(zhì)基板11的上邊緣，這樣設(shè)計(jì)的好處本身減小了天線占用介質(zhì)基板11的空間，使天線盡可能的向外輻射能量。天線單元15的位置靠近介質(zhì)基板11的右邊緣，設(shè)距離介質(zhì)基板11左側(cè)的距離為S3，通過對天線單元15與介質(zhì)基板11左側(cè)距離S3的參數(shù)掃描分析，該S3的大小不僅影響著天線的阻抗匹配，還對天線在水平面的方向圖產(chǎn)生明顯的影響。因?yàn)榈匕迳系碾娏鞣植紝μ炀€的方向圖影響不可忽視。但只要S3取得適當(dāng)?shù)闹稻湍鼙ＷC天線能在水平面獲得良好的全向輻射特性。參見圖5，阻抗轉(zhuǎn)換單元31連接微帶饋線16 ;阻抗轉(zhuǎn)換單元31與天線單元15在 垂直于介質(zhì)基板11的鏡像投影平面上部分重合。在本實(shí)施例中，阻抗轉(zhuǎn)換單元31與微帶饋線16平行。阻抗轉(zhuǎn)換單元31與第一短路單元23平行。阻抗轉(zhuǎn)換單元31的延伸長度等于第一短路單元23平行的延伸長度。上述第一輻射單元21、第二輻射單元22、第一短路單元23、第二短路單元24、阻抗轉(zhuǎn)換單元31和微帶饋線16均呈長直帶狀。由于阻抗轉(zhuǎn)換單元31印制在介質(zhì)基板背面13，電流流經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)換單元31, —方面給天線單元15有效的電磁稱合,另一方面與天線單元15共同形成了輻射場分布，同時(shí)也改變了天線的阻抗形式，調(diào)整阻抗轉(zhuǎn)換單元31的尺寸，對天線的阻抗匹配有明顯的改善作用。從天線表面電流分布來看，與第一短路單元23相連的第二輻射單元22，以及與第二輻射單元22連接的第二短路單元24，有效的增加了電流在天線表面的回流路徑，容易形成多個(gè)頻率相近的諧振點(diǎn)，形成較寬的阻抗特性。從天線饋電的形式看，第二輻射單元22與第一輻射單元21之間以及第一短路單元23與第二短路單元24之間引入了寄生電容效應(yīng)，這種附加的電抗加載，不僅改變了整個(gè)天線的阻抗形式，而且改變了場形分布，使得天線的阻抗特性得到了加強(qiáng)，增大了天線的頻帶寬度。通過仿真分析，第一輻射單元21與第一短路單元23的長度，為電流分布在天線表面較長的路徑，主要決定了天線在低頻段的諧振特性。而第二輻射單元22與第二短路單元24的長度，為電流分布在天線表面較短的路徑，主要決定了天線在高頻段的諧振特性。同時(shí)調(diào)節(jié)第一輻射單元21與第二輻射單元22和第一短路單元23與第二短路單元24之間的距離，能夠有效的改變天線的電抗分量，使得天線在高頻諧振點(diǎn)與低頻諧振點(diǎn)之間的范圍內(nèi)獲得很好的阻抗特性?？梢?，本實(shí)用新型不僅改進(jìn)了原有倒F形結(jié)構(gòu)帶寬窄的缺陷，附加的第二輻射單元22以及第二短路單元24對天線的匹配形成了一定的調(diào)諧能力，使得天線的匹配更容易實(shí)現(xiàn)。記第一輻射單元21的長度為LI，寬度為WlI，第一短路單元23的長度為H1、寬度為W12，第二輻射單元22長度為L2，寬度為W21，以及第二短路單元24的長度為H2，寬度為W22,阻抗轉(zhuǎn)換單元31的長度為H3，寬度為W3，微帶饋線16的長度為H4，寬度為W4。由于在本實(shí)用新型實(shí)施例中，第一輻射單元21的長度LI大于第二輻射單元22的長度L2，因此LI與Hl之和主要決定了帶寬范圍內(nèi)的低頻諧振特性，L2與H2之和主要決定了帶寬范圍內(nèi)的高頻諧振特性。第一輻射單元21的寬度Wll和第一短路單元23的寬度W12，阻抗轉(zhuǎn)換單元31與第一短路單元23的間距，主要影響低頻諧振點(diǎn)匹配特性，第二輻射單元22長度L2和第二短路單元24的寬度W22主要影響高頻諧振點(diǎn)匹配特性，改變第二短路單元24的長度H2，第一短路單元23與第二短路單元24的間距S4，有效的改變了天線的阻抗形式，能使天線在高低諧振點(diǎn)之間的范圍內(nèi)，獲得不錯(cuò)的阻抗特性，達(dá)到增大帶寬的目的。微帶饋線16的寬度為W4，對應(yīng)特征阻抗為50歐姆。通過軟件仿真，優(yōu)選出符合天線的尺寸Sl=50mm， S2=40mm, S3=15mm, S4=1mm, S5=16. 25mm, T,1=18mm, L2=12mm, Hl=15mm, H2=6mm, H3=15mm,H4=35mm, ffll=3mm, W12=3mm, W21=lmm, W22=lmm, W3=l. 5mm, W4=3mm。圖 6 為米用上述尺寸天線的駐波比的仿真值與實(shí)際測量值的比較圖。圖7為采用上述尺寸天線2. 45G實(shí)測方向圖。圖8為采用上述尺寸天線2. IG實(shí)測方向圖。圖9為采用上述尺寸天線的實(shí)測的最大增益與頻率曲線圖。
權(quán)利要求1.一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，包括介質(zhì)基板(11)，其特征在于介質(zhì)基板(11)的正面(12)印制有天線單元(15)和地板(14)，介質(zhì)基板(11)的背面(13)印制有阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)和微帶饋線(16); 上述天線單元(15)呈雙倒F形狀的結(jié)構(gòu)，其主要由第一輻射單元(21)、第二輻射單元(22)、第一短路單元(23)和第二短路單元(24)構(gòu)成；第一輻射單元(21)和第二輻射單元(22)相平行、第一短路單元(23)和第二短路單元(24)相平行；第一短路單元(23)的一端連接第一輻射單元(21)的其中一端，第一短路單元(23)的另一端直接與地板(14)短接；第二短路單元(24)的一端與第二輻射單元(22)連接，另一端直接與地板(14)短接；第二輻射單元(22)的一端與第一短路單元(23)連接； 阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)連接微帶饋線(16);阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)與天線單元(15)在垂直于介質(zhì)基板(11)的鏡像投影平面上部分重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，其特征在于第一輻射單元(21)和第二輻射單元(22)垂直于第一短路單元(23)和第二短路單元(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，其特征在于第一輻射單元(21)的長度大于第二輻射單元(22)的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，其特征在于阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)與第一短路單元(23)平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，其特征在于阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)的延伸長度等于第一短路單元(23)平行的延伸長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，其特征在于阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)與微帶饋線(16)平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，其特征在于第一輻射單元(21)、第二輻射單元(22)、第一短路單元(23)、第二短路單元(24)、阻抗轉(zhuǎn)換單元(31)和微帶饋線(16)均呈長直帶狀。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種寬頻帶改進(jìn)型平面印刷天線，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的正面印制有天線單元和地板，介質(zhì)基板的背面印制有阻抗轉(zhuǎn)換單元和微帶饋線。上述天線單元呈雙倒F形狀的結(jié)構(gòu)，其主要由第一輻射單元、第二輻射單元、第一短路單元和第二短路單元構(gòu)成。阻抗轉(zhuǎn)換單元連接微帶饋線；阻抗轉(zhuǎn)換單元與天線單元在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上部分重合。本實(shí)用新型能夠解決傳統(tǒng)平面倒F天線帶寬窄的問題，增強(qiáng)其調(diào)諧阻抗匹配的能力。
文檔編號H01Q1/48GK202712418SQ201220313620
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月1日
發(fā)明者肖海林, 胡振 申請人:桂林電子科技大學(xué)