多頻段小型化平面單極子天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多頻段小型化平面單極子天線，包括介質(zhì)基板、第一天線輻射單元、第二天線輻射單元、微帶饋電線和接地板；第一天線輻射單元、第二天線輻射單元、微帶饋電線、接地板均采用銅材料，通過(guò)激光技術(shù)或者腐蝕技術(shù)將銅敷著在介質(zhì)基板的表面；本發(fā)明天線只運(yùn)用兩個(gè)輻射單元，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)頻帶，天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無(wú)過(guò)孔，加工成型容易，成本低。本發(fā)明天線運(yùn)用曲折輻射單元的曲流法，實(shí)現(xiàn)了天線的小型化。本發(fā)明天線饋電方式采用直接饋電和耦合饋電相結(jié)合的饋電方式，有效的提高了天線的阻抗匹配。本發(fā)明天線適用多個(gè)無(wú)線通信的頻段。
【專利說(shuō)明】多頻段小型化平面單極子天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于無(wú)線通信系統(tǒng)移動(dòng)終端的天線，具體涉及一種多頻段小型化平面單極子天線，屬于單極子天線【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，移動(dòng)終端向著多功能、小型化的方向發(fā)展。移動(dòng)終端除了實(shí)現(xiàn)基本的通信功能外，還要求具有W1-Fi無(wú)線互聯(lián)，Bluetooth無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，RFID射頻識(shí)別，以及4G高質(zhì)量視頻圖像傳輸?shù)裙δ?。?shí)現(xiàn)這些功能所使用的無(wú)線電磁波頻段不盡相同，移動(dòng)終端需要在相應(yīng)無(wú)線電磁波頻段工作才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。因此，作為移動(dòng)終端電磁窗口的天線需要能夠在多個(gè)頻段收發(fā)無(wú)線電磁波，才能支持無(wú)線終端的多種功能。輕薄型移動(dòng)終端已經(jīng)成為市場(chǎng)流行趨勢(shì)，而輕薄型的移動(dòng)終端留給天線的空間有限，所以地剖面、小型化是移動(dòng)終端的天線的另一個(gè)要求。因此，移動(dòng)終端天線多頻段工作、地剖面、小型化是移動(dòng)終端的多功能、小型化發(fā)展方向的必然要求。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，多頻段和小型化是現(xiàn)代移動(dòng)終端天線的研究熱點(diǎn)。周彬，逯貴禎，楊旗發(fā)表在2010年8月的微波學(xué)報(bào)的文章:平面三頻單極子手機(jī)天線設(shè)計(jì)(Triple-band Planar Monopole Antenna Design),提出了一種具有兩個(gè)福射單兀的平面單極子天線，但是天線是立體結(jié)構(gòu)，較難適用于輕薄型移動(dòng)終端，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加加工制造的難度。劉漢江，鄭亮，李融林發(fā)表在2012年第18期的移動(dòng)通信的文章:一種多頻寬帶覆蓋的小型手機(jī)天線，提出了一種雙面結(jié)構(gòu)的平面單極子天線，天線是平面結(jié)構(gòu)，但是尺寸較大，且結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有移動(dòng)終端天線存在的不足和缺陷，提出一種多頻段小型化平面單極子天線，更特別地說(shuō)，是一種能夠工作在多個(gè)頻段，小型化的平面單極子天線。
[0005]本發(fā)明只采用兩個(gè)輻射單元，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)頻帶，覆蓋多個(gè)無(wú)線通信頻段，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用曲折輻射單元的曲流法，有效地縮小天線的尺寸；采用直接饋電和耦合饋電相結(jié)合的饋電方式，提高了天線的阻抗匹配。本發(fā)明天線尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，且具有有優(yōu)良的輻射特性。
[0006]一種多頻段小型化平面單極子天線，包括介質(zhì)基板、第一天線輻射單元、第二天線福射單元、微帶饋電線和接地板；
[0007]第一天線福射單元、第二天線福射單元、微帶饋電線、接地板均采用銅材料。通過(guò)激光技術(shù)或者腐蝕技術(shù)將銅敷著在介質(zhì)基板的表面，分別形成第一天線輻射單元、第二天線輻射單元、微帶饋電線、接地板；
[0008]第一天線福射單元和微帶饋電線覆在介質(zhì)基板的上表面,第一天線福射單元和微帶饋電線連接；第一天線輻射單元為曲折結(jié)構(gòu)，包括C枝節(jié)、D枝節(jié)、E枝節(jié)和F枝節(jié)；C枝節(jié)與D枝節(jié)之間的夾角為90度，D枝節(jié)與E枝節(jié)之間的夾角為90度，E枝節(jié)與F枝節(jié)之間的夾角為90度；
[0009]第二輻射單元和接地板覆在介質(zhì)基板的下表面，第二輻射單元和接地板連接;第二天線輻射單元也為曲折結(jié)構(gòu)，包括G枝節(jié)和H枝節(jié)；G枝節(jié)與H枝節(jié)之間的夾角為90度；
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011](1)本發(fā)明天線只運(yùn)用兩個(gè)輻射單元，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)頻帶，天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無(wú)過(guò)孔，加工成型容易，成本低；
[0012](2)本發(fā)明天線適用多個(gè)無(wú)線通信的頻段。在實(shí)例中，天線能夠有效的覆蓋GSM900/PCS/ff1-Fi2400/RFID2450/LTE2300/2500六個(gè)無(wú)線通信頻段，在多功能終端中有廣泛的應(yīng)用前景；
[0013](3)本發(fā)明天線運(yùn)用曲折輻射單元的曲流法，實(shí)現(xiàn)了天線的小型化。在實(shí)例中，天線的尺寸只有17mmX39mm，尺寸小，在輕薄型終端中有廣泛的應(yīng)用前景；
[0014](4)本發(fā)明天線饋電方式采用直接饋電和耦合饋電相結(jié)合的饋電方式，有效的提高了天線的阻抗匹配。在實(shí)例中，天線的三個(gè)頻帶內(nèi)有良好阻抗匹配；
[0015](5)本發(fā)明天線有良好輻射特性。在實(shí)例中，天線輻射方向圖有良好的全向性，天線增益穩(wěn)定，變化幅度小于ldB，天線的輻射效率大于65%。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明多頻段小型化平面單機(jī)天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖1(a)為本發(fā)明天線的前視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖1(b)為本發(fā)明天線的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖1(c)為本發(fā)明天線的后視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明多頻段小型化平面單極子天線的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0021]圖2(a)為本發(fā)明天線的前視結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0022]圖2(b)為本發(fā)明天線的后視結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明多頻段小型化平面單極子天線的實(shí)例的回波損耗曲線；
[0024]圖4是本發(fā)明多頻段小型化平面單極子天線的實(shí)例在相關(guān)頻率上的輻射模式圖；
[0025]圖4(a)為本發(fā)明天線在960MHz頻率上的輻射模式圖；
[0026]圖4(b)為本發(fā)明天線在1860MHz頻率上的輻射模式圖；
[0027]圖4(c)為本發(fā)明天線在2590MHz頻率上的輻射模式圖；
[0028]圖5 (a)為本發(fā)明天線在GSM900頻段內(nèi)的天線增益和輻射效率；
[0029]圖5(b)為本發(fā)明天線在PCS頻段內(nèi)的天線增益和輻射效率；
[0030]圖5(c)為本發(fā)明天線在W1-Fi2400/RFID2450/LTE2300/2500頻段內(nèi)的天線增益和輻射效率。
[0031]圖中:
[0032]O-介質(zhì)基板1-第一天線輻射單元2-第二天線輻射單元
[0033]3-微帶饋電線4-接地板
[0034]Il-C枝節(jié)12-D枝節(jié)13-E枝節(jié)
[0035]14-F枝節(jié)21-G枝節(jié)22-H枝節(jié)【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0037]本發(fā)明是一種多頻段小型化平面單極子天線，如圖1所示，包括介質(zhì)基板O、第一天線福射單元1、第二天線福射單元2、微帶饋電線3和接地板4。
[0038]第一天線福射單元1、第二天線福射單元2、微帶饋電線3、接地板4均采用銅材料。通過(guò)激光技術(shù)或者腐蝕技術(shù)將銅敷著在介質(zhì)基板O的表面，分別形成第一天線輻射單元1、第二天線福射單元2、微帶饋電線3、接地板4,覆銅厚度范圍為0.018mm~0.036mm。
[0039]如圖1a本發(fā)明天線的前視結(jié)構(gòu)示意圖所示，第一天線輻射單元I和微帶饋電線3覆在介質(zhì)基板O的上表面,第一天線福射單元I和微帶饋電線3的連接面為A。第一天線福射單元I為曲折結(jié)構(gòu)，包括C枝節(jié)11、D枝節(jié)12、E枝節(jié)13和F枝節(jié)14。C枝節(jié)11與D枝節(jié)12之間的夾角為90度，D枝節(jié)12與E枝節(jié)13之間的夾角為90度，E枝節(jié)13與F枝節(jié)14之間的夾角為90度。
[0040]所述第一輻射單元I的饋電方式為直接饋電。
[0041]圖1b為本發(fā)明天線的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]如圖1c本發(fā)明天線的后視結(jié)構(gòu)示意圖所示，第二輻射單元2和接地板4覆在介質(zhì)基板O的下表面，第二輻射單元2和接地板4的連接面為B。第二天線輻射單元2也為曲折結(jié)構(gòu)，包括G枝節(jié)21和H枝節(jié)22。G枝節(jié)21與H枝節(jié)22之間的夾角為90度。
[0043]所述第二輻射單元2的饋電方式耦合饋電。
[0044]A點(diǎn)和B點(diǎn)分別位于介質(zhì)基板的上表面和下表面，其位置為相對(duì)介質(zhì)基板上下對(duì)稱(空間重疊的)。
[0045]如圖2所示，介質(zhì)基板O為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為Itl,寬為Wtl，用于支撐天線。
[0046]如圖2a所示，第一天線輻射單元I距離介質(zhì)基板O左邊界為W(ll，為本發(fā)明天線的第一福射部分。第一天線福射單兀I的C枝節(jié)11的長(zhǎng)為I11,寬為W11 ；D枝節(jié)12的長(zhǎng)為I12,寬為w12 ；E枝節(jié)13的長(zhǎng)為113，寬為W13 ；F枝節(jié)14的長(zhǎng)為114，寬為w14。第一天線輻射單元I的總長(zhǎng)度為I1 = ln+l12+l13+l14。第一天線輻射單元I存在兩個(gè)諧振模式，分別是四分之一波長(zhǎng)諧振模式和四分之三諧振模式，分別對(duì)應(yīng)諧振頻率fn和f12，其諧振波長(zhǎng)分別為λη和λ12。諧振頻率f與諧振波長(zhǎng)λ的關(guān)系是:/=f ^其中C為自由空中光速。第一天線輻射單元I的總長(zhǎng)度為I1要同時(shí)滿足=Z1 = I和彳* ￥。通過(guò)調(diào)節(jié)第一天線輻射單元I的總長(zhǎng)度為I1，改變其諧振波長(zhǎng)X11和入…進(jìn)而改變其諧振頻率^和^”第一天線輻射單元I的C枝節(jié)11的寬度wn、D枝節(jié)12的寬度w12、E枝節(jié)13的寬度W13和F枝節(jié)14的寬度W14是不同的，改變他們的寬度可以進(jìn)行本輻射單元的阻抗匹配。
[0047]微帶饋電線3的長(zhǎng)為I3,寬為W3,為50 Ω微帶饋電線。微帶饋電線3與第一天線輻射單元I相連，連接面為A。微帶饋電線3為第一天線輻射單元I饋電，饋電方式為直接饋電，A為饋電點(diǎn)。
[0048]如圖2b所示，第二天線輻射單元2距離介質(zhì)基板O左邊界為Wtl2,為本發(fā)明天線第二輻射部分。第二天線輻射單元2的G枝節(jié)21的長(zhǎng)為I21，寬為W21 ;H枝節(jié)22的長(zhǎng)為I22，寬為w22。第二天線輻射單元2的總長(zhǎng)度為I2 = 121+122。第二天線輻射單元2存在一個(gè)諧振模式，為四分之一波長(zhǎng)諧振模式，其諧振頻率為f2，其諧振波長(zhǎng)為λ2。第二天線輻射單元2
的總長(zhǎng)度為I2要滿足
【權(quán)利要求】
1.一種多頻段小型化平面單極子天線，包括介質(zhì)基板、第一天線輻射單元、第二天線輻射單元、微帶饋電線和接地板； 第一天線福射單元、第二天線福射單元、微帶饋電線、接地板均采用銅材料，通過(guò)激光技術(shù)或者腐蝕技術(shù)將銅敷著在介質(zhì)基板的表面，分別形成第一天線輻射單元、第二天線輻射單元、微帶饋電線、接地板； 第一天線福射單元和微帶饋電線覆在介質(zhì)基板的上表面，第一天線福射單元和微帶饋電線連接；第一天線輻射單元為曲折結(jié)構(gòu)，包括C枝節(jié)、D枝節(jié)、E枝節(jié)和F枝節(jié)；C枝節(jié)與D枝節(jié)之間的夾角為90度，D枝節(jié)與E枝節(jié)之間的夾角為90度，E枝節(jié)與F枝節(jié)之間的夾角為90度； 第二輻射單元和接地板覆在介質(zhì)基板的下表面，第二輻射單元和接地板連接；第二天線輻射單元也為曲折結(jié)構(gòu)，包括G枝節(jié)和H枝節(jié)；G枝節(jié)與H枝節(jié)之間的夾角為90度；介質(zhì)基板為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為Ici,寬為Wtl ;第一天線輻射單元距離介質(zhì)基板左邊界為Wtll ;第一天線輻射單元的C枝節(jié)的長(zhǎng)為ln，寬為W11 ；D枝節(jié)的長(zhǎng)為112，寬為w12 ；E枝節(jié)的長(zhǎng)為113，寬為W13 ；F枝節(jié)的長(zhǎng)為I14,寬為W14 ;第一天線輻射單元的總長(zhǎng)度為I1 = ln+l12+l13+l14 -M帶饋電線的長(zhǎng)為13，寬為w3，為50 Ω微帶饋電線； 第二天線輻射單元距離介質(zhì)基板左邊界為Wtl2 ;第二天線輻射單元的G枝節(jié)的長(zhǎng)為121，寬為w21 ;H枝節(jié)的長(zhǎng)為122，寬為W22 ;第二天線輻射單元的總長(zhǎng)度為I2 = 121+122 ;接地板的長(zhǎng)為14，寬為％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段小型化平面單極子天線，所述的第一天線輻射單元、第二天線福射單元、微帶饋電線、接地板的覆銅厚度范圍為0.018mm?0.036mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段小型化平面單極子天線，所述的第一天線輻射單元存在兩個(gè)諧振模式，分別是四分之一波長(zhǎng)諧振模式和四分之三諧振模式，分別對(duì)應(yīng)諧振頻率fn和f12，其諧振波長(zhǎng)分別為λ η和λ 12 ;諧振頻率f與諧振波長(zhǎng)λ的關(guān)系是:/=7，其中C為自由空中光速；第一天線輻射單元I的總長(zhǎng)度為I1要同時(shí)滿足:I 和AI 4通過(guò)調(diào)節(jié)第一天線輻射單元I的總長(zhǎng)度為I1，改變其諧振波長(zhǎng)λ η和λ12，進(jìn)而改變其諧振頻率fn和;第一天線福射單元的C枝節(jié)的寬度wn、D枝節(jié)的寬度w12、E枝節(jié)的寬度W13和F枝節(jié)的寬度W14是不同的，改變他們的寬度進(jìn)行本輻射單元的阻抗匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段小型化平面單極子天線，所述的第二天線輻射單元存在一個(gè)諧振模式，為四分之一波長(zhǎng)諧振模式，其諧振頻率為f2，其諧振波長(zhǎng)為λ2 ;第二天線輻射單元的總長(zhǎng)度為I2要滿足:Z2 * I;通過(guò)調(diào)節(jié)第二天線輻射單元的總長(zhǎng)度為12，改變其諧振波長(zhǎng)λ 2，進(jìn)而改變其諧振頻率f2 ;第二天線輻射單元的G枝節(jié)的寬度W21和H枝節(jié)的寬度W22是不同的，改變他們的寬度進(jìn)行本輻射單元的阻抗匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段小型化平面單極子天線，所述介質(zhì)基板采用環(huán)氧玻璃布層壓板。
【文檔編號(hào)】H01Q5/10GK103633443SQ201310351515
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】陳愛(ài)新, 房見(jiàn), 姜維維, 應(yīng)小俊, 田凱強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)