專利名稱：一種基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于通信系統(tǒng)的多頻天線結(jié)構(gòu)，更特別的說，是指一種可以工作于藍牙、WiMax、WLAN和X波段衛(wèi)星通信等頻段的頻段可調(diào)的多頻寬帶天線。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，工作于單一頻率的天線已無法滿足現(xiàn)代通信設(shè)備的要求，多頻天線的研究從而成為研究熱點。同時，個人移動通信的發(fā)展，對通信設(shè)備提出了小型化的要求。在《現(xiàn)代電子技術(shù)》2008年第I期總第264期中公開了 “微帶天線的設(shè)計和阻抗匹配”。在本文中公開了微帶天線中的輻射元的形狀可以是方形、矩形、圓形和橢圓形等。·
小型化多頻天線的研究適應(yīng)了現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展對于天線設(shè)計的要求。然而，傳統(tǒng)的多頻天線設(shè)計通常通過集成多個單極子天線或者多個諧振縫隙實現(xiàn)天線的多頻工作。這類天線通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，諧振點不易調(diào)節(jié)且頻帶較窄。因此，研究基于寬帶天線和陷波技術(shù)的多頻天線設(shè)計，以克服傳統(tǒng)多頻天線設(shè)計的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，該多頻寬帶天線采用寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的組合設(shè)計方式，既能有效的展寬天線帶寬，也能實現(xiàn)天線諧振頻點的可調(diào)；該多頻寬帶天線中的輻射體通過階梯形的微帶天線實現(xiàn)，加工成型簡單；陷波結(jié)構(gòu)采用U形半波縫隙諧振結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)天線多頻工作的同時可以實現(xiàn)多頻天線諧振頻帶的可調(diào)。該多頻寬帶天線結(jié)構(gòu)簡單緊湊，外形小巧，適應(yīng)通信設(shè)備的小型化趨勢，在個人移動通信設(shè)計中具有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的一種基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于該天線由輻射體(I)、第一 U形縫隙(2)、第二 U形縫隙(3)、第三U形縫隙(4)、地板(5)、饋線(6)和介質(zhì)板(10)組成；輻射體(I)和饋線(6)采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板(10)的一板面上，地板(5 )采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板(10 )另一板面上，輻射體(I)和饋線(6 )覆銅在一起；第
一U形縫隙(2)、第二 U形縫隙(3)和第三U形縫隙(4)采用光刻工藝刻蝕在輻射體(I)上。所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線上設(shè)計的第一 U形縫隙(2)、第
二U形縫隙(3)和第三U形縫隙(4)為等間距的階梯式排列布局在輻射體(I)上。所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線上設(shè)計的輻射體(I)的構(gòu)形為階梯式矩形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻天線的優(yōu)點在于 ①寬帶天線的實現(xiàn)上采用了具有階梯形結(jié)構(gòu)的單極子天線，通過調(diào)節(jié)單極子天線的尺寸、單極子天線與地面之間的饋電間距可以方便的實現(xiàn)天線的寬帶諧振，得到滿足設(shè)計頻帶要求的寬頻天線，從而實現(xiàn)多頻天線頻帶的展寬。
②陷波結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)上采用了半波縫隙諧振單元。相比于寄生陷波單元，縫隙諧振單元結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)節(jié)并且可以降低生產(chǎn)成本。通過調(diào)節(jié)半波縫隙單元的位置和水平縫隙的長度可以方便的改變其帶寬和諧振頻點，實現(xiàn)多頻天線帶寬的可調(diào)。③本發(fā)明的多頻寬帶天線能夠應(yīng)用在藍牙，WiMax, WLAN和X波段衛(wèi)星通信等頻段，提高了系統(tǒng)集成度，同時結(jié)構(gòu)簡單緊湊，外形小巧，適用于個人移動通信設(shè)備。


圖I是本發(fā)明基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線的結(jié)構(gòu)圖。圖IA是圖I的后視圖。圖IB是圖I的正視圖。圖2是本發(fā)明第一 U形縫隙的放大結(jié)構(gòu)圖?！D3是本發(fā)明基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線的回波損耗曲線。
I.輻射體1A.饋電輔助線1B.第一輔助線
1C.第二輔助線101.第一矩形貼片 102.第二矩形貼片~
103.第三矩形貼片 2.第一 U形縫隙21.第一縫隙中心線
3.第二 U形縫隙4.第三U形縫隙5.接地板
6.微帶饋線10.介質(zhì)板
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。參見圖I、圖IA所示，本發(fā)明的一種基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，該天線由輻射體I、第一 U形縫隙2、第二 U形縫隙3、第三U形縫隙4、地板5、饋線6和介質(zhì)板10組成；輻射體I和饋線6采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板10的一板面上，地板5采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板10另一板面上，輻射體I和饋線6覆銅在一起；輻射體I的覆銅厚度(H1)為O. 01mm，饋線6的覆銅厚度(H6)為O. 01mm，地板5的覆銅厚度(H5)為O. Olmm ;第一 U形縫隙2、第二 U形縫隙3和第三U形縫隙4采用光刻工藝刻蝕在輻射體I上。本發(fā)明設(shè)計的天線在輻射體I上采用三個U形縫隙有利于降低天線設(shè)計的復(fù)雜度，同時可以節(jié)省生產(chǎn)成本。所述的覆銅工藝和光刻工藝為微帶天線加工過程中的必要過程，已非常成熟了。覆銅工藝是指在基板上敷上一層銅材料，利用敷出的銅構(gòu)型來實現(xiàn)導(dǎo)電、信號聯(lián)通等。覆銅的意義在于減小地線阻抗，提高抗干擾能力，降低壓降，提高電源效率，與地線相連還可以減小環(huán)路面積。光刻工藝是指利用光學(xué)一化學(xué)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到介質(zhì)層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術(shù)。光刻的意義在于由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，光刻技術(shù)成為了一種精密的微細加工技術(shù)，通過光刻工藝可以極大的提高天線生產(chǎn)的精度，從而保證天線的性能。(一)輻射體I參見圖I、圖1A、圖IB所示，輻射體I為階梯矩形結(jié)構(gòu)，每一階梯分隔以輔助線進行區(qū)分，則有第一輔助線IB和第二輔助線1C。輻射體I在覆銅時與饋線6覆在一起，為了區(qū)分，在接合處畫出了饋電輔助線1A。饋電輔助線IA與第一輔助線IB之間是輻射體I的第一矩形貼片101，第一輔助線IB與第二輔助線IC之間是輻射體I的第二矩形貼片102，剩余部分為第三矩形貼片103。在本發(fā)明中，輻射體I的第一矩形貼片101與饋線6的一端是覆銅在一起的。第一矩形貼片101的長度記為Lltll (且L6 = 2. 5L1(I1)、第一矩形貼片101的寬度記為 Wltll (且 Wltll =W6); 第二矩形貼片102的長度記為Lltl2、第二矩形貼片102的寬度記為Wltl2 ；第三矩形貼片103的長度記為L1(l3、第三矩形貼片103的寬度記為Wltl3 ；在本發(fā)明中，=-Lim fLwl = —Z103 罵01 = -^03 罵02 =O
19194343輻射體I的長度記為L1,且有L1=L101+/側(cè)+/側(cè)=— !) 2，fr為輻射體I
2./,. \ 2, J
的基礎(chǔ)諧振頻率，c為自由空間光速，ε r為所選介質(zhì)板10的相對介電常數(shù)。輻射體I的覆銅厚度也就是輻射體的厚度記為H1，一般H1為O. 01mm。輻射體I與介質(zhì)板10在長度方向的間距記為DL1,，輻射體I與介質(zhì)板10在寬度方向的間距記為DW1,,由于輻射體I的設(shè)計是以中心線對稱設(shè)置的，故在寬度上的間距是
相等的。規(guī)==在本發(fā)明中，輻射體I的尺寸與天線的基礎(chǔ)諧振頻率及阻抗帶寬是相關(guān)的。輻射體I的總長度通常為天線基礎(chǔ)諧振頻率在介質(zhì)板10中波長的四分之一。輻射體I的寬度影響天線的阻抗匹配，通過調(diào)整輻射體I各部分的寬度可以有效的展寬天線的阻抗帶寬，實現(xiàn)天線的寬帶諧振。(二)U 形縫隙參見圖I、圖1A、圖IB所示，第一 U形縫隙2、第二 U形縫隙3和第三U形縫隙4沿軸向中心線以等間距的階梯式排列布局在輻射體I上。參見圖1B、圖2，第一 U形縫隙2通過光刻工藝刻蝕在輻射體I上。第一 U形縫隙
」
2的長度L2滿足為自由空間光速，' 為第一 U形縫隙2的中心諧
2/,, ￡, V 2/
振頻率，ε r為介質(zhì)板10的相對介電常數(shù)。所述第一 U形縫隙2的長度L2是指沿第一 U形縫隙中心線21 (簡稱為第一縫隙中心線)的路徑長度。在本發(fā)明中，第一 U形縫隙2的寬
度記為W2，且,
3同理可得，第二 U形縫隙3通過光刻工藝刻蝕在輻射體I上。第二 U形縫隙3的長度L3滿足
權(quán)利要求
1.一種基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于該天線由輻射體(I)、第一 U形縫隙(2)、第二 U形縫隙(3)、第三U形縫隙(4)、地板(5)、饋線(6)和介質(zhì)板(10)組成；輻射體(I)和饋線(6)采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板(10)的一板面上，地板(5)采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板(10)另一板面上，輻射體(I)和饋線(6)覆銅在一起；第一 U形縫隙(2)、第二 U形縫隙(3)和第三U形縫隙(4)采用光刻工藝刻蝕在輻射體(I)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于第一 U形縫隙(2)、第二 U形縫隙(3)和第三U形縫隙(4)為等間距的階梯式排列布局在輻射體(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于輻射體(I)的構(gòu)形為階梯式矩形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于輻射體(I)上矩形貼片的尺寸關(guān)系為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于第 一U形縫隙(2)的長度L2滿足
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于第二U形縫隙(3)的長度L3滿足
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于第三U形縫隙(4 )的長度L4滿足
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于饋線(6)的寬度W6與微帶特性阻抗Ztl存在的關(guān)系為
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，其特征在于該多頻寬帶天線在 2. 15GHz 2. 8GHz、3. 15GHz 3. 85GHz、4. 65GHz 6. IGHz 和 6. 6GHz 8.OGHZ頻率范圍內(nèi)，回波損耗均小于一 10dB，滿足了藍牙、WiMax, WLAN和X波段衛(wèi)星通信的頻段要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于寬帶天線和陷波結(jié)構(gòu)的多頻寬帶天線，該天線由輻射體(1)、第一U形縫隙(2)、第二U形縫隙(3)、第三U形縫隙(4)、地板(5)、饋線(6)和介質(zhì)板(10)組成；輻射體(1)和饋線(6)采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板(10)的一板面上，地板(5)采用覆銅工藝敷著在介質(zhì)板(10)另一板面上，輻射體(1)和饋線(6)覆銅在一起；第一U形縫隙(2)、第二U形縫隙(3)和第三U形縫隙(4)采用光刻工藝刻蝕在輻射體(1)上。通過三個U形縫隙實現(xiàn)了天線的多頻諧振，該多頻天線能夠在2.15GHz～2.8GHz、3.15GHz～3.85GHz、4.65GHz～6.1GHz和6.6GHz～8.0GHZ頻率范圍內(nèi)工作。三個U形縫隙的設(shè)計使得天線的中心諧振頻率易調(diào)，可以方便的調(diào)節(jié)多頻天線的工作頻率，克服了目前多頻天線設(shè)計中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、諧振點不易調(diào)節(jié)等的不足。
文檔編號H01Q1/50GK102904008SQ20121033485
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者王珺珺, 賀旭東 申請人:北京航空航天大學(xué)