CN104409841A

CN104409841A - 一种宽带缝隙天线

Info

Publication number: CN104409841A
Application number: CN201410698895.0A
Authority: CN
Inventors: 陈付昌; 胡豪涛; 邱捷铭; 涂治红; 褚庆昕
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: CN104409841B

Abstract

本发明公开了一种宽带缝隙天线，该天线包括：板状电介质基板、基板上表面金属箔形成的条带状馈电单元、基板下表面金属箔形成的地以及在地中开缝而形成的天线辐射元件，其中，天线辐射元件包括一个反C型缝隙和至少一条位于反C型缝隙内部的第一竖直子缝隙。本发明通过使用阶跃阻抗子缝隙和二分之一波长缝隙设计出一款10dB回波损耗范围为1.5GHz到4.8GHz性能优越的宽带天线，可以产生五个谐振模式从而拓展天线的工作带宽，适用于宽带通信以及多制式通信领域。

Description

一种宽带缝隙天线

技术领域

本发明涉及无线移动通讯的天线技术领域，特别涉及一种宽带缝隙天线。

背景技术

近年来，无线通信技术迅速发展，人们对无线通信服务的需求日益增加，许多无线终端，如移动电话、平板电脑等，设计时都希望能兼容多种不同的通信标准，例如2G、3G、4G、Wifi等，因此负责辐射与接收信号的天线就要求具备多频段或宽频段的工作能力，多频段目前研究已比较成熟，但宽频段仍有很大的发展空间。

缝隙天线，较为常见的是波导缝隙天线以及微带缝隙天线，因具有共面结构体积小重量轻以及易于与其他元器件集成的良好性质，微带缝隙天线常常被用于智能移动终端上。而目前的缝隙天线仍面临工作频段窄的问题，因此设计一款宽频段的缝隙天线变得尤为重要。

资料显示的宽带缝隙天线，该宽带缝隙天线的结构图如图1所示，具体请参考“专利申请号：200880000579.4，专利名称：宽带缝隙天线，专利权人：菅野浩”。图1显示的是该专利提出的一种宽带缝隙天线的结构，专利所提出的宽带缝隙天线主要由二分之一波长缝隙以及馈电结构构成，该专利天线具有较宽的工作带宽，能覆盖整个超宽带频段(3.1GHz～10.6GHz)，但是低于3GHz的频段不在该天线工作范围，因此若利用该专利设计一款低频段的天线存在较多不确定性。

资料显示的缝隙天线，该缝隙天线的结构图如图2所示，具体请参考“专利申请号：200810086973.6，专利名称：缝隙天线，专利权人：金一圭、金英日、郑昌原”。图2显示的是该专利提出的一种缝隙天线的结构，该专利所提出的缝隙天线主要由条带状馈电单元、地以及天线元件(通过连接形成在基底的地面上的两个子缝隙而形成)构成，其主要优点是天线占用的面积小，但是工作频段较窄，无法满足多通信标准工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种宽带缝隙天线。该宽带缝隙天线通过对传统微带缝隙天线的改进，将均匀阻抗缝隙变为阶跃阻抗缝隙，实现了对天线谐振模式的控制，在此基础上，通过引入多条独立缝隙，成功引入了额外的一个谐振模式，拓展了天线的工作带宽。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种宽带缝隙天线，所述宽带缝隙天线包括：

板状电介质基板100、基板100上表面金属箔形成的条带状馈电单元110、基板100下表面金属箔形成的地120以及在地120中开缝而形成的天线辐射元件130，

其中，天线辐射元件130包括一个反C型缝隙和至少一条位于反C型缝隙内部的第一竖直子缝隙136。

优选的，所述反C型缝隙的组成包括第一子缝隙131、第二子缝隙132、第三子缝隙133、第四子缝隙134、第五子缝隙135，

其中，第一子缝隙131，其第一端形成在地的边缘处，其第二端形成在地的内部与第二子缝隙132的第一端成90度角相接；

第五子缝隙135，其第一端形成在地的边缘处，其第二端形成在地的内部与第四子缝隙134的第一端成90度角相接；

第三子缝隙133，其第一端形成在地的内部与第二子缝隙132的第二端成直线连接，其第二端形成在地的内部与第四子缝隙134的第二端成直线连接。

优选的，所述第一子缝隙131与第五子缝隙135相同、第二子缝隙132与第四子缝隙134相同，使得反C型缝隙构成上下对称的结构。

优选的，所述第一子缝隙131、第二子缝隙132、第三子缝隙133互不相同，形成阶跃阻抗子缝隙，实现对所述宽带缝隙天线的谐振模式的控制。

优选的，所述宽带缝隙天线的反C型缝隙内部还包括第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138，并且所述第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138相互平行设置。

优选的，所述第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137和第三竖直子缝隙138是工作在二分之一波长的缝隙。

优选的，所述条带状馈电单元110的组成包括第一条带状馈电子单元111和第二条带状馈电子单元112，

其中，所述第二条带状馈电子单元112与所述基板100的下边缘垂直，并且第二条带状馈电子单元112的第一端设置在基板100的下边缘处，第二条带状馈电子单元112的第二端与第一条带状馈电子单元111的第一端连接；

所述第二条带状馈电子单元112与所述第一条带状馈电子单元111成J度钝角。

优选的，所述第一条带状馈电子单元111的第一端向其第二端的条带宽度是逐渐变宽的。

优选的，所述第二条带状馈电子单元112与所述第一条带状馈电子单元111成135度钝角。

优选的，所述条带状馈电单元110的端口处为50欧姆的阻抗匹配。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、与传统均匀阻抗缝隙相比，本发明采用阶跃阻抗缝隙，可以实现对天线多个谐振模式的控制。

2、在反C型缝隙内部增加一组二分之一波长缝隙，额外增加了一个谐振模式，拓展了天线的工作带宽。

3、本发明公开的天线结构设计简单，体积小，成本低，可以适用于多种通信系统。

附图说明

图1是现有技术中宽带缝隙天线的结构示意图；

图2是现有技术中缝隙天线的结构示意图；

图3是本发明中提出的一种宽带缝隙天线的竖截面剖视图；

图4是本发明中提出的一种宽带缝隙天线的结构示意图；

图5是本发明中提出的一种宽带缝隙天线的仿真结果示意图；

图中，附图标记为：100-基板，110-条带状馈电单元，111-第一条带状馈电子单元，112-第二条带状馈电子单元，120-地，130-天线辐射元件，131-第一子缝隙，132-第二子缝隙，133-第三子缝隙，134-第四子缝隙，135-第五子缝隙，136-第一竖直子缝隙，137-第二竖直子缝隙，138-第三竖直子缝隙。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例提出的一种宽度缝隙天线的竖截面剖视图和结构示意图分别如图3和图4所示，该宽带缝隙天线整体制作在双面覆铜的介质基板上，使用机械刻制、激光刻制、电路板腐蚀等技术均可容易地制作。本实施例公开的一种宽度缝隙天线的核心内容在于使用阶跃阻抗缝隙和二分之一波长缝隙设计出一款性能优越的宽带天线。

本实施例公开的一种宽度缝隙天线以印刷电路板的方式制作在介电常数为4.2，厚度为1.5mm的聚四氟乙烯双面覆铜微带板上，结构如图3和图4所示，该实施例公开的缝隙天线在10dB反射损耗范围为1.5GHz到4.8GHz的频率带宽，整体尺寸为66mm×32mm。

本实施例所提出的宽带缝隙天线包括：

板状电介质基板100、基板100上表面金属箔形成的条带状馈电单元110、基板100下表面金属箔形成的地120以及在地120中开缝而形成的天线辐射元件130，其中，天线辐射元件130包括一个反C型缝隙和至少一条位于反C型缝隙内部的第一竖直子缝隙136。

在本实施例中，宽带缝隙天线的反C型缝隙内部还包括第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138，并且第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138相互平行设置，具体摆放如图4所示。

反C型缝隙的组成包括第一子缝隙131、第二子缝隙132、第三子缝隙133、第四子缝隙134、第五子缝隙135，其中，第一子缝隙131，其第一端形成在地的边缘处，其第二端形成在地的内部与第二子缝隙132的第一端成90度角相接；第五子缝隙135，其第一端形成在地的边缘处，其第二端形成在地的内部与第四子缝隙134的第一端成90度角相接；第三子缝隙133，其第一端形成在地的内部与第二子缝隙132的第二端成直线连接，其第二端形成在地的内部与第四子缝隙134的第二端成直线连接。

第一子缝隙131与第五子缝隙135相同、第二子缝隙132与第四子缝隙134相同，使得反C型缝隙构成上下对称的结构。第一子缝隙131、第二子缝隙132、第三子缝隙133互不相同，形成阶跃阻抗子缝隙，实现对所述宽带缝隙天线的谐振模式的控制。

有三点需要强调说明：第一，第一子缝隙131以及第五子缝隙135的一端形成在地的端部边缘处，其另一端形成在地的内部与第二子缝隙132和第四子缝隙134的其中一端成90度角相接；第二，第一子缝隙131以及第五子缝隙135尺寸相同，第二子缝隙132和第四子缝隙134尺寸相同，构成的反C型缝隙上下对称；第三，第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138竖直平行摆放在反C型缝隙内部，具体位置例如与缝隙133距离等由仿真优化决定。为了达到更好的阻抗匹配，第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138的长度和宽度可以有微小差异。

条带状馈电单元110的组成包括第一条带状馈电子单元111和第二条带状馈电子单元112，它用于从外部接收电流，并执行耦合以使得设置在地的内部的天线元件单元产生辐射。

其中，第二条带状馈电子单元112与基板100的下边缘垂直，并且第二条带状馈电子单元112的第一端设置在基板100的下边缘处，第二条带状馈电子单元112的第二端与第一条带状馈电子单元111的第一端连接。

其中，第一条带状馈电子单元111的第一端向其第二端的条带宽度是逐渐变宽的，该部分进行弯折以及渐进增大，这是为了对第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138更好的耦合馈电以及在整个频段内达到更好的匹配。

在本实施例中，第二条带状馈电子单元112与所述第一条带状馈电子单元111成135度钝角，条带状馈电单元110的端口处为50欧姆的阻抗匹配。

整个宽带缝隙天线的工作方式是电磁信号从条带状馈电单元110端口处输入，耦合到各个缝隙形成的天线辐射元件辐射出去，接收信号的方式则相反。

图5显示了本实施例中宽带缝隙天线的散射参数仿真结果，横轴表示本实施例中宽带缝隙天线的信号频率，纵轴表示回波损耗(S₁₁)的幅度。在本实施例的宽带缝隙天线的信号发射过程中，信号的部分功率被反射回信号源，被反射的功率成为反射功率。S₁₁表示通过本实施例中宽带缝隙天线的信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系，其相应的数学函数如下：反射功率/入射功率＝＝20*log|S₁₁|。

该宽带缝隙天线10dB回波损耗范围为1.5GHz到4.8GHz，相对带宽达到了105％，覆盖了GPS(1.575-GHz),LTE(1.710-2.690GHz),UMTS(1.920-2.170GHz),WLAN(2.4-GHz),WiMAX(2.5/3.5-GHz),UWB(3.1-4.8GHz,低频段).等频段，极其适用于宽带通信或多制式通信领域。从该图也可以得知，该缝隙天线产生宽带的原理是带内在大概1.5GHz、2GHz、3GHz、3.8GHz、4.6GHz频率处产生了五个谐振模式，其中前四个由反C型缝隙产生，最后一个由反C型缝隙内部的一组二分之一波长缝隙产生，五个谐振模式得到了良好的匹配，因此形成了天线的宽带特性，适用于宽带通信或多制式通信领域。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种宽带缝隙天线，其特征在于，所述宽带缝隙天线包括：

2.根据权利要求1所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于，所述反C型缝隙的组成包括第一子缝隙131、第二子缝隙132、第三子缝隙133、第四子缝隙134、第五子缝隙135，

3.根据权利要求2所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于，所述第一子缝隙131与第五子缝隙135相同、第二子缝隙132与第四子缝隙134相同，使得反C型缝隙构成上下对称的结构。

4.根据权利要求3所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于，所述第一子缝隙131、第二子缝隙132、第三子缝隙133互不相同，形成阶跃阻抗子缝隙，实现对所述宽带缝隙天线的谐振模式的控制。

5.根据权利要求1所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于：所述宽带缝隙天线的反C型缝隙内部还包括第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138，并且所述第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137、第三竖直子缝隙138相互平行设置。

6.根据权利要求5所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于：所述第一竖直子缝隙136、第二竖直子缝隙137和第三竖直子缝隙138是工作在二分之一波长的缝隙。

7.根据权利要求1至6任一所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于：所述条带状馈电单元110的组成包括第一条带状馈电子单元111和第二条带状馈电子单元112，

8.根据权利要求1至6任一所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于：所述第一条带状馈电子单元111的第一端向其第二端的条带宽度是逐渐变宽的。

9.根据权利要求7所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于：所述第二条带状馈电子单元112与所述第一条带状馈电子单元111成135度钝角。

10.根据权利要求7所述的一种宽带缝隙天线，其特征在于：所述条带状馈电单元110的端口处为50欧姆的阻抗匹配。