專利名稱：用于3g系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微帶天線，尤其是涉及一種用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線。
背景技術(shù)：
隨著無線通信系統(tǒng)和用戶人數(shù)的發(fā)展，對系統(tǒng)通信容量提出更高的要求。為此，人們提出了第三代移動通信系統(tǒng)，其中采用直接擴(kuò)頻技術(shù)的WCDMA除了提供傳統(tǒng)的語音服務(wù)以外，還提供圖像、數(shù)據(jù)等寬帶多媒體服務(wù)。WCDMA系統(tǒng)射頻的工作頻率范圍是1920～2170MHz，頻寬達(dá)250MHz，相對帶寬達(dá)到13％，因此對于WCDMA移動終端的天線設(shè)計要求有大帶寬、小尺寸，且在整個方位平面上提供均勻覆蓋，增益在0dBi以上(朱曉維，何曉曉，劉進(jìn)，用于3g系統(tǒng)移動終端的平面倒F天線[J]，移動通信，2002，12(5)66-68)。
目前商用的手機(jī)終端天線主要采用鞭狀天線，其缺點(diǎn)是尺寸不易縮小，且人體鄰近效應(yīng)的存在造成輻射方向覆蓋不均勻。而平面螺旋天線就是這種隨現(xiàn)代通信發(fā)展的要求而發(fā)展起來的典型的低剖面、平板結(jié)構(gòu)的天線，它以寬頻帶、重量輕、剖面低、可共形、制造成本低、輻射效率高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的研究和發(fā)展。因此，研究影響平面螺旋天線的使用和其展寬天線的帶寬，對于擴(kuò)大平面螺旋天線的使用范圍，使平面螺旋天線更廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、民用和國防具有重要意義。
光子帶隙(PBG，Photonic Band-Gap)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)光子帶隙的周期性結(jié)構(gòu)。利用其帶阻特性，可以實(shí)現(xiàn)寬帶濾波，提高放大器效率，改善天線的方向圖。
資料表明，未見有人把平面螺旋天線應(yīng)用在1920～2170MHz第三代移動通信系統(tǒng)終端的頻段，國內(nèi)外主要是把平面螺旋天線應(yīng)用在高頻段8GHz以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種天線特性好，天線尺寸小，帶寬達(dá)到250MHz以上，可覆蓋整個收發(fā)頻段的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線。
本發(fā)明采用了平面螺旋天線與PBG技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)方案。
本發(fā)明設(shè)有雙面介質(zhì)基板，一面為螺旋線介質(zhì)基板，另一面為光子帶隙介質(zhì)基板，介質(zhì)基板采用環(huán)氧樹脂玻璃布(FR4)介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的尺寸為(4.9～5.1)cm×(4.9～5.1)cm，最好為5cm×5cm。在螺旋線介質(zhì)基板上設(shè)有2條臂，每一條臂的2條邊緣由2條起始角相差π/2的等角螺旋線構(gòu)成，兩條螺旋線起點(diǎn)的間隙為0.2～0.4cm，最好為0.3cm，螺旋線起點(diǎn)至螺旋差π/2的等角螺旋線構(gòu)成，兩條螺旋線起點(diǎn)的間隙為0.2～0.4cm，最好為0.3cm，螺旋線起點(diǎn)至螺旋線終點(diǎn)之間的距離(稱螺旋線最大外徑)R為1.2～1.4cm，最好為1.3cm。在光子帶隙介質(zhì)基板上設(shè)有2行3列共6個矩形孔，第1行第1孔的尺寸為(2.1～2.3)cm×(0.8～1.0)cm，最好為2.2cm×0.9cm，第1行第2孔的尺寸為(2.1～2.3)cm×(1.3～1.5)cm，最好為2.2cm×1.4cm，第1行第3孔的尺寸為(2.1～2.3)cm×(1.4～1.6)cm，最好為2.2cm×1.5cm；第2行第1孔的尺寸為(1.5～1.7)cm×(0.8～1.0)cm，最好為1.6cm×0.9cm，第2行第2孔的尺寸為(1.5～1.7)cm×(1.3～1.5)cm，最好為1.6cm×1.4cm，第2行第3孔的尺寸為(1.5～1.7)cm×(1.4～1.6)cm，最好為1.6cm×1.5cm。
與現(xiàn)有的平面螺旋天線相比，由于本發(fā)明采用的光子帶隙(PBG，Photonic Band-Gap)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)光子帶隙的周期性結(jié)構(gòu)，利用其帶阻特性，可以實(shí)現(xiàn)寬帶濾波，提高放大器效率，改善天線的方向圖。在微帶天線中實(shí)現(xiàn)PBG結(jié)構(gòu)，可以在接地面上沿微帶線方向腐蝕掉成周期性排列的小孔(保持介質(zhì)基片不變)。把PBG結(jié)構(gòu)應(yīng)用在平面螺旋天線上，能減小天線的尺寸和表面波的產(chǎn)生，提高天線的效率，改善天線的性能，擴(kuò)展天線的使用帶寬等。研究可用于WCDMA系統(tǒng)射頻的工作頻段同時能擴(kuò)展帶寬的PBG對于平面螺旋天線工程的應(yīng)用有著重要的意義。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)透視示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的螺旋線介質(zhì)基板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的平面螺旋天線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的光子帶隙介質(zhì)基板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的光子帶隙結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的實(shí)際匹配電路圖。
圖7為本發(fā)明的2GHz H面實(shí)測方向圖。
圖8為本發(fā)明的2GHz E面實(shí)測方向圖。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案及其突出效果作進(jìn)一步說明。
參見圖1-5，本發(fā)明設(shè)有雙面介質(zhì)基板，一面(正面)為螺旋線介質(zhì)基板1，另一面(背面)為光子帶隙介質(zhì)基板2，介質(zhì)基板采用環(huán)氧樹脂玻璃布(FR4)介質(zhì)基板，其介電常數(shù)為4.4，介質(zhì)基板的長度與寬度均為5cm，厚度為0.8mm，在螺旋線介質(zhì)基板1上設(shè)有2條臂，每一條臂的2條邊緣由2條起始角相差π/2的等角螺旋線構(gòu)成，兩條螺旋線起點(diǎn)的間隙為0.3cm，螺旋線起點(diǎn)至螺旋線終點(diǎn)之間的距離(稱螺旋線最大外徑)R為1.3cm。在光子帶隙介質(zhì)基板2上設(shè)有2行3列共6個矩形孔，第1行的3個矩形孔的長L1均為2.2cm，第2行的3個矩形孔的長L2均為1.6cm。第1、2、3列矩形孔的寬W1，W2，W3分別為0.9cm、1.4cm、1.5cm。
天線Antenna的匹配電路圖如圖6所示，其中L＝10nH，C1＝3pF，C2＝1pF。L與C1的連接點(diǎn)接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Y。
圖7和8給出了本發(fā)明實(shí)施例實(shí)測的2GHz H面和E面方向圖，信號源的幅度為-15dBm。
其中，圖7為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)測的2GHz的H面方向圖，通過對比可知兩H面圖形狀大致相同，天線有兩個瓣，一個在180°～270°之間，另一個在0°～120°和320°～360°之間。兩個瓣基本上覆蓋大部分角度，輻射具有全向性。圖8為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)測的2GHz的E面方向圖，從圖7和8中可以看出，上半部分形狀基本一致，主瓣在30°～150°之間，跟仿真圖相比有一些小差別，仿真的效果沒有實(shí)測的主瓣角度大。而對于下半部分，從實(shí)測圖可以看出，在270°～320°之間有輻射泄漏，這主要是由于天線的背面具有PBG結(jié)構(gòu)，腐蝕了方孔，電磁波從方孔處有泄漏。這是PBG結(jié)構(gòu)帶來的負(fù)作用。
從實(shí)測的平面螺旋天線的反射系數(shù)S11圖可以看出，天線的工作頻帶已經(jīng)處于1.4～2.4GHz，帶內(nèi)的回波損耗都在-10dB以下，最小回波損耗為-21dB。天線S11性能在整個通頻帶內(nèi)滿足要求，且?guī)掃_(dá)到1GHz，提高了平面螺旋天線的性能。
對加上匹配電路的平面螺旋天線進(jìn)行反射系數(shù)的測量，從數(shù)據(jù)可以看出，對應(yīng)頻率為1835MHz的S11為-9.86dB，對應(yīng)頻率為2226MHz的S11為-10.04dB。S11小于-10dB的頻率范圍為391MHz，已經(jīng)把WCDMA的收發(fā)頻段(1920～2170MHz)完全覆蓋住了。天線反射系數(shù)的最小值所對應(yīng)的頻率為2109MHz，S11為-23.59dB。實(shí)際上天線已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計要求，匹配效果也很好。從2560MHz以后，S11值就一直處于-10dB，從這里就可以看出平面螺旋天線的寬頻帶的效果。
綜上所述，本發(fā)明采用平面螺旋天線與光子帶隙結(jié)構(gòu)相結(jié)合的技術(shù)，即平面螺旋天線的結(jié)構(gòu)和光子帶隙結(jié)構(gòu)，從仿真和實(shí)際測試的S11圖可以看出，天線已經(jīng)覆蓋了1920～2170MHz這個頻帶，達(dá)到了3G對WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的要求。
權(quán)利要求
1.用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，其特征在于設(shè)有雙面介質(zhì)基板，一面為螺旋線介質(zhì)基板，另一面為光子帶隙介質(zhì)基板，介質(zhì)基扳的尺寸為4.9～5.1cm×4.9～5.1cm；在螺旋線介質(zhì)基板上設(shè)有2條臂，每一條臂的2條邊緣由2條起始角相差π/2的等角螺旋線構(gòu)成，兩條螺旋線起點(diǎn)的間隙為0.2～0.4cm，螺旋線起點(diǎn)至螺旋線終點(diǎn)之間的距離R為1.2～1.4cm；在光子帶隙介質(zhì)基板上設(shè)有2行3列共6個矩形孔，第1行第1孔的尺寸為2.1～2.3cm×0.8～1.0cm，第1行第2孔的尺寸為2.1～2.3cm×1.3～1.5cm，第1行第3孔的尺寸為2.1～2.3cm×1.4～1.6cm；第2行第1孔的尺寸為1.5～1.7cm×0.8～1.0cm，第2行第2孔的尺寸為1.5～1.7cm×1.3～1.5cm，第2行第3孔的尺寸為1.5～1.7cm×1.4～1.6cm。
2.如權(quán)利要求1所述的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，其特征在于所述的介質(zhì)基板為環(huán)氧樹脂玻璃布介質(zhì)基板。
3.如權(quán)利要求1所述的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，其特征在于所述的介質(zhì)基板的尺寸為5cm×5cm。
4.如權(quán)利要求1所述的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，其特征在于所述的兩條螺旋線起點(diǎn)的間隙為0.3cm。
5.如權(quán)利要求1所述的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，其特征在于所述的螺旋線起點(diǎn)至螺旋線終點(diǎn)之間的距離R為1.3cm。
6.如權(quán)利要求1所述的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，其特征在于所述的第1行第1孔的尺寸為2.2cm×0.9cm，第1行第2孔的尺寸為2.2cm×1.4cm，第1行第3孔的尺寸為2.2cm×1.5cm；第2行第1孔的尺寸為1.6cm×0.9cm，第2行第2孔的尺寸為1.6cm×1.4cm，第2行第3孔的尺寸為1.6cm×1.5cm。
全文摘要
用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線，涉及一種微帶天線，提供一種天線特性好，天線尺寸小，帶寬達(dá)到250MHz以上，可覆蓋整個收發(fā)頻段的用于3G系統(tǒng)移動終端平面螺旋微帶天線。設(shè)有雙面介質(zhì)基板，一面為螺旋線介質(zhì)基板，另一面為光子帶隙介質(zhì)基板，基板為4.9～5.1cm×4.9～5.1cm；在螺旋線介質(zhì)基板上設(shè)2條臂，臂的2條邊緣由2條起始角相差π/2的等角螺旋線構(gòu)成，兩條螺旋線起點(diǎn)間隙0.2～0.4cm，螺旋線起點(diǎn)至螺旋線終點(diǎn)之間距離1.2～1.4cm；在光子帶隙介質(zhì)基板上設(shè)2行3列共6個矩形孔，第1行3個矩形孔的長均為2.1～2.3cm，第2行3個矩形孔的長均為1.5～1.7cm。第1、2、3列矩形孔的寬分別為0.8～1.0、1.3～1.5、1.4～1.6cm。
文檔編號H01Q1/38GK1838481SQ20061007137
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者游佰強(qiáng), 董小鵬, 陳浩 申請人:廈門大學(xué)