一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是：包括地板單元、饋線單元、第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元以及介質(zhì)板單元；所述的饋線單元、第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元分別位于介質(zhì)板單元的同一面，地板單元位于介質(zhì)板單元的另一面上；第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元與饋線單元導(dǎo)體相連接，饋線單元與應(yīng)用設(shè)備導(dǎo)體相連接；天線工作時(shí)，第一天線單元激發(fā)出第一諧振模態(tài)和第三諧振模態(tài)，第二天線單元和第三天線單元分別激發(fā)第二諧振模態(tài)和第四諧振模態(tài)。該天線是多頻天線，具有易于實(shí)現(xiàn)，成本低，系統(tǒng)集成度高等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信天線領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，以便在無(wú)線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)使用單個(gè)天線進(jìn)行多頻段覆蓋。
【背景技術(shù)】
[0002]作為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要成果，通信技術(shù)如今已是我們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡闹匾獑卧Ｌ炀€則是通信系統(tǒng)的重要部件之一， 其發(fā)展歷史則最早可以追溯到1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲制作了人類(lèi)歷史上第一個(gè)天線，并從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了電磁波的存在。意大利發(fā)明家古列爾莫?馬可尼則于1901年進(jìn)行了世界上最早的越洋電報(bào)收發(fā)實(shí)驗(yàn)，其基本原理就是利用電鍵的閉合、斷開(kāi)產(chǎn)生的電磁脈沖而實(shí)現(xiàn)。從而開(kāi)啟了人類(lèi)對(duì)通信技術(shù)的探尋之路。隨著二次世界大戰(zhàn)的結(jié)束與近代微波理論的成熟，通信技術(shù)從二戰(zhàn)時(shí)的軍用領(lǐng)域進(jìn)入民用領(lǐng)域，獲得了極大的發(fā)展。近年來(lái)，隨著移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等室內(nèi)外短距/長(zhǎng)距無(wú)線接入技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)WLAN、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM、超寬帶通信系統(tǒng)UWB，CDMA乃新近發(fā)展的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)MT-3G系統(tǒng)等各種通信標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，然而，各個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)間基于中心載波為技術(shù)基礎(chǔ)帶來(lái)的頻率干擾與兼容問(wèn)題日益突出，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的高速接入的要求；另一方面，未來(lái)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不僅包括人與人的通信，而且包括人與終端及終端之間通信的網(wǎng)絡(luò)，這實(shí)際上就是無(wú)所不在的無(wú)線通信(PWC)所包含的內(nèi)容，即任何時(shí)間任何地點(diǎn)與其他無(wú)線終端交互作用的能力。對(duì)于這些即將到來(lái)的、無(wú)所不在的無(wú)線通信技術(shù)，迫切需要一種低成本、低功耗、多功能的解決方案。多頻段天線技術(shù)作為這一問(wèn)題的解決方案之一被提出并倍受關(guān)注，憑借其對(duì)多個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)良好的兼容性和多功能的優(yōu)勢(shì)迅速成為業(yè)界研究的新焦點(diǎn):合成孔徑雷達(dá)、移動(dòng)通信和全球定位系統(tǒng)中通常需要雙頻段或多頻段工作。無(wú)線通信領(lǐng)域中手機(jī)終端和WALN通信系統(tǒng)則都需要雙頻甚至三頻工作的天線。尤其是無(wú)線通信領(lǐng)域中WLAN系統(tǒng)，各個(gè)國(guó)家的頻譜定義范圍并不統(tǒng)一。
[0003]因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的小型無(wú)線通信設(shè)備通常需要工作于多個(gè)頻段，以簡(jiǎn)化收發(fā)終端通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并且降低其成本。此時(shí)一個(gè)能同時(shí)工作于多個(gè)頻段的多頻天線就成為首選，多頻天線最大的優(yōu)點(diǎn)就在于一個(gè)天線可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)天線的工作性能。在這樣的技術(shù)背景之下，多頻段天線的設(shè)計(jì)成為非常熱門(mén)而重要的課題。國(guó)內(nèi)外的重要刊物上已出現(xiàn)大量的多頻段、寬頻帶、雙極化、圓極化等多功能天線。學(xué)者們紛紛提出多頻段和小型化的新技術(shù)。其中多頻段天線包括縫隙加載技術(shù)和PIFA技術(shù)等等，天線小型化技術(shù)包括曲流技術(shù)、加載技術(shù)等。
[0004]目前，Intel、安德魯?shù)戎鸌T企業(yè)都有該方面技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。實(shí)現(xiàn)多頻段天線的天線形式多種多樣，如常見(jiàn)的微帶貼片天線、縫隙天線、印刷天線等。微帶天線作為定向輻射的天線形式之一，由于其低剖面、易于加工、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)成為人們的研究重點(diǎn)，但是由于微帶天線的自身特性導(dǎo)致這種天線是一種窄帶天線，同時(shí)，對(duì)于多頻工作的需求，通過(guò)開(kāi)縫等形式實(shí)現(xiàn)的多頻微帶天線的方向圖也會(huì)比價(jià)差。而印刷天線作為一種無(wú)線通信中常見(jiàn)的天線形式之一，近幾年來(lái)在多頻天線系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種易于實(shí)現(xiàn)，成本低，系統(tǒng)集成度高的應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:包括地板單元、饋線單元、第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元以及介質(zhì)板單元；所述的饋線單元、第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元分別位于介質(zhì)板單元的同一面，地板單元位于介質(zhì)板單元的另一面上；第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元與饋線單元導(dǎo)體相連接，饋線單元與應(yīng)用設(shè)備導(dǎo)體相連接；天線工作時(shí)，第一天線單元激發(fā)出第一諧振模態(tài)和第三諧振模態(tài)，第二天線單元和第三天線單元分別激發(fā)第二諧振模態(tài)和第四諧振模態(tài)。
[0007]所述的地板單元為一整塊矩形金屬板，寬度和介質(zhì)板寬度一致。
[0008]所述的饋線單元為一條狀金屬線，垂直分割介質(zhì)板單元的一個(gè)面。
[0009]所述的第一天線單元由天線第一枝節(jié)、天線第二枝節(jié)、天線第三枝節(jié)、天線第四枝節(jié)、天線第五枝節(jié)、天線第六枝節(jié)構(gòu)成，其中第一枝節(jié)、天線第三枝節(jié)、天線第五枝節(jié)與饋線單元垂直，天線第二枝節(jié)、天線第四枝節(jié)、天線第六枝節(jié)與饋線單元平行，且天線第一枝節(jié)、天線第二枝節(jié)、天線第三枝節(jié)、天線第四枝節(jié)、天線第五枝節(jié)、天線第六枝節(jié)依次相連，整體為一個(gè)蜿蜒形的條狀金屬線。
[0010]所述的第二天線單元是饋線單元延伸的條狀金屬線，條狀金屬線與饋線單元在一條直線上。
[0011]所述的第三天線單元是饋線單元垂直連接的短金屬線,與天線第一枝節(jié)在一條直線上，分布在饋線單元的左側(cè)和右側(cè)。
[0012]所述的第一天線單元產(chǎn)生第一頻段諧振模態(tài)和第三頻段諧振模態(tài)，第一頻段和第三頻段通過(guò)第一天線單元中條狀金屬線的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。
[0013]所述的第二天線單元激發(fā)出第二個(gè)工作頻段，通過(guò)調(diào)節(jié)第二天線單元條狀金屬線的長(zhǎng)度來(lái)對(duì)第二頻段的工作頻段進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0014]所述的第三天線單元激發(fā)第三個(gè)工作頻段諧振模態(tài)，通過(guò)對(duì)短金屬線配合第二天線單元金屬線的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)第三個(gè)工作頻段進(jìn)行調(diào)整。
[0015]本發(fā)明的工作原理是:根據(jù)單極子天線的工作原理，當(dāng)天線的枝節(jié)長(zhǎng)度約為工作波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，天線產(chǎn)生諧振點(diǎn)，在該諧振點(diǎn)上天線的阻抗虛部為0，因此，通過(guò)調(diào)整單極子天線的枝節(jié)的長(zhǎng)度的大小可以對(duì)單極子天線的工作頻點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使天線得到需要的工作頻段。
[0016]而為了得到多頻段的高性能天線，一種解決方案是對(duì)單極子天線進(jìn)行適當(dāng)?shù)寞B力口，在每個(gè)單元對(duì)其他單元影響可以接受的情況下，使得一副天線的各個(gè)單元獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)不同的頻段需求，達(dá)到多頻段工作的目的。
[0017]印刷天線是將金屬導(dǎo)體通過(guò)特殊工藝印制在介質(zhì)板表面的一種天線形式，其一般采用單極子或者其變形的天線形式。輻射方向圖與單極子類(lèi)似。采用印刷天線進(jìn)行設(shè)計(jì)具有很多優(yōu)勢(shì)，如多頻天線更易于實(shí)現(xiàn)，成本更低，與系統(tǒng)集成度更高等。[0018]下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明提出的天線的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是采用仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行仿真得到的回波損耗圖
[0021]圖3是采用仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行仿真得到的1.575GHz的方向圖；
[0022]圖4是采用仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行仿真得到的2.4GHz的方向圖；
[0023]圖5是采用仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行仿真得到的3.5GHz的方向圖；
[0024]圖6是采用仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行仿真得到的5.SGHz的方向圖。
[0025]圖中，1、地板單元,2、饋線單元,3、介質(zhì)板單元,4、第一天線單元,401、天線第一枝節(jié),402、天線第二枝節(jié),403、天線第三枝節(jié),404、天線第四枝節(jié),405、天線第五枝節(jié),406、天線第六枝節(jié)，5、第二天線單元,6、第三天線單元。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，包括地板單元1、饋線單元
2、第一天線單元4、第二天線單元5、第三天線單元6以及介質(zhì)板單元3 ;所述的饋線單元2、第一天線單元4、第二天線單元5、第三天線單元6分別位于介質(zhì)板單元3的同一面，地板單元I位于介質(zhì)板單元3的另一面上；第一天線單元4、第二天線單元5、第三天線單元6與饋線單元2導(dǎo)體相連接,饋線單元2與應(yīng)用設(shè)備導(dǎo)體相連接；天線工作時(shí),第一天線單元4激發(fā)出第一諧振模態(tài)和第三諧振模態(tài)，第二天線單元5和第三天線單元6分別激發(fā)第二諧振模態(tài)和第四諧振模態(tài)。
[0027]地板單元I為一整塊矩形金屬板，寬度和介質(zhì)板寬度一致。
[0028]饋線單元為一條狀金屬線，垂直分割介質(zhì)板單元3的一個(gè)面。
[0029]第一天線單元4由天線第一枝節(jié)401、天線第二枝節(jié)402、天線第三枝節(jié)403、天線第四枝節(jié)404、天線第五枝節(jié)405、天線第六枝節(jié)406構(gòu)成,其中第一枝節(jié)401、天線第三枝節(jié)403、天線第五枝節(jié)405與饋線單元2垂直,天線第二枝節(jié)402、天線第四枝節(jié)404、天線第六枝節(jié)406與饋線單元2平行,且天線第一枝節(jié)401、天線第二枝節(jié)402、天線第三枝節(jié)403、天線第四枝節(jié)404、天線第五枝節(jié)405、天線第六枝節(jié)406依次相連,整體為一個(gè)蜿蜓形的條狀金屬線。
[0030]第二天線單元5是饋線單元2延伸的條狀金屬線，條狀金屬線與饋線單元2在一條直線上。
[0031]第三天線單元6是饋線單元2垂直連接的的短金屬線，與天線第一枝節(jié)401在一條直線上，分布在饋線單元2的左側(cè)和右側(cè)。
[0032]第一天線單元4激發(fā)出第一諧振模態(tài)和第三諧振模態(tài)，第一頻段和第三頻段通過(guò)第一天線單元中條狀金屬線的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。
[0033]第二天線單元5激發(fā)出第二個(gè)工作頻段微波，通過(guò)調(diào)節(jié)第二天線單元條狀金屬線的長(zhǎng)度來(lái)對(duì)第二頻段的工作頻段進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0034]第三天線單元6激發(fā)第三個(gè)工作頻段微波，通過(guò)對(duì)短金屬線配合第二天線單元5金屬線的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)第三個(gè)工作頻段進(jìn)行調(diào)整。[0035]整個(gè)天線的具體結(jié)構(gòu)如附圖2所示，天線的主體輻射單元是天線的主體，其中第一天線單元由六個(gè)金屬線枝節(jié)首尾相連組成，分別為401、402、403、404、405、406。其中401與天線的饋線單元直接相連，為一個(gè)與饋線方向相互垂直的金屬帶狀線。402與401相連，方向與天線的饋線方向平行，向與地板相反的方向延伸。403與403相連，與饋線方向垂直，向饋線方向延伸，404為一個(gè)與403相連與饋線方向相同的金屬帶狀線，其向地板反方向延伸。405和406為另外兩個(gè)金屬帶狀線，其首尾相連，構(gòu)成一個(gè)L型枝節(jié)。對(duì)于第一天線單元而言，該單元能夠?qū)崿F(xiàn)雙拼諧振，在低頻處，401-406的枝節(jié)總長(zhǎng)度約為低頻諧振點(diǎn)頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的四分之一，而由于401、403以及405之間存在著耦合，導(dǎo)致該枝節(jié)在二次頻附近也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)諧振點(diǎn)。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)該枝節(jié)的總長(zhǎng)度以及金屬帶狀線之間的距離，能夠控制該天線的兩個(gè)諧振點(diǎn)覆蓋GPS頻段和3.5G的WiMAX頻段。
[0036]而天線的第二天線單元和普通的單極子天線結(jié)構(gòu)類(lèi)似,其是一個(gè)與饋線直接相連方向沿饋線方向延伸的一個(gè)金屬帶狀線，其長(zhǎng)度同樣對(duì)應(yīng)諧振頻點(diǎn)的四分之一波長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)整該枝節(jié)的長(zhǎng)度，天線能夠諧振在2.4G的WLAN頻段。
[0037]天線的第三天線單元是一個(gè)與天線的饋線方向垂直長(zhǎng)度約為第四工作頻段對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的低分之一長(zhǎng)度的金屬帶線。
[0038]通過(guò)根據(jù)上面的方案對(duì)天線的枝節(jié)長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，天線可以產(chǎn)生4個(gè)諧振頻段，分別覆蓋 GPS1.575GHz 頻段，WLAN2.4GHz 頻段，WiMAX3.5GHz 頻段以及 WLAN5.8GHz 頻段。
[0039]仿真實(shí)驗(yàn)
[0040]為了驗(yàn)證之前的論述的方案的正確性以及該天線的可行性，我們使用電磁仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行了仿真。仿真環(huán)境如下所示:
[0041]軟件:AnsoftHFSS，版本:10.0,電腦環(huán)境:主頻3.6，32G內(nèi)存。
[0042]附圖2給出了使用仿真軟件得到的天線的阻抗匹配圖，從圖上面可以清楚的看到四個(gè)諧振頻率，分別對(duì)應(yīng)GPS1.575GHz頻段，WLAN2.4GHz頻段，WiMAX3.5GHz頻段以及WLAN5.8GHz頻段。驗(yàn)證了該方案的可行性。同時(shí)，對(duì)方向圖進(jìn)行了仿真分析，附圖3_6分別給出了四個(gè)工作頻段的方向圖。
[0043]本實(shí)施例沒(méi)有詳細(xì)敘述的部分和英文縮寫(xiě)屬本行業(yè)的公知常識(shí)，這里不一一敘述。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:包括地板單元、饋線單元、第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元以及介質(zhì)板單元；所述的饋線單元、第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元分別位于介質(zhì)板單元的同一面，地板單元位于介質(zhì)板單元的另一面上；第一天線單元、第二天線單元、第三天線單元與饋線單元導(dǎo)體相連接，饋線單元與應(yīng)用設(shè)備導(dǎo)體相連接；天線工作時(shí)，第一天線單元激發(fā)出第一諧振模態(tài)和第三諧振模態(tài)，第二天線單元和第三天線單元分別激發(fā)第二諧振模態(tài)和第四諧振模態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的地板單元為一整塊矩形金屬板，寬度和介質(zhì)板寬度一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的饋線單元為一條狀金屬線，垂直分割介質(zhì)板單元的一個(gè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的第一天線單元由天線第一枝節(jié)、天線第二枝節(jié)、天線第三枝節(jié)、天線第四枝節(jié)、天線第五枝節(jié)、天線第六枝節(jié)構(gòu)成，其中第一枝節(jié)、天線第三枝節(jié)、天線第五枝節(jié)與饋線單元垂直，天線第二枝節(jié)、天線第四枝節(jié)、天線第六枝節(jié)與饋線單元平行，且天線第一枝節(jié)、天線第二枝節(jié)、天線第三枝節(jié)、天線第四枝節(jié)、天線第五枝節(jié)、天線第六枝節(jié)依次相連,整體為一個(gè)蜿蜓形的條狀金屬線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的第二天線單元是饋線單元延伸的條狀金屬線，條狀金屬線與饋線單元在一條直線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的第三天線單元是饋線單元垂直連接的短金屬線，與天線第一枝節(jié)在一條直線上，分布在饋線單元的左側(cè)和右側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的第一天線單元產(chǎn)生第一頻段諧振模態(tài)和第三頻段諧振模態(tài)，第一頻段和第三頻段通過(guò)第一天線單元中條狀金屬線的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的第二天線單元激發(fā)出第二個(gè)工作頻段微波，通過(guò)調(diào)節(jié)第二天線單元條狀金屬線的長(zhǎng)度來(lái)對(duì)第二頻段的工作頻段進(jìn)行調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于無(wú)線通信的四頻段印刷天線，其特征是:所述的第三天線單元激發(fā)第三個(gè)工作頻段諧振模態(tài)，通過(guò)對(duì)短金屬線配合第二天線單元金屬線的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)第三個(gè)工作頻段進(jìn)行調(diào)整。
【文檔編號(hào)】H01Q5/10GK103490155SQ201310438825
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】李蕊, 任建, 胡偉, 徐樂(lè), 李平, 尹應(yīng)增 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)