本發(fā)明涉及偶極子天線領(lǐng)域，具體涉及一種雙頻點(diǎn)寬頻帶偶極子天線。
背景技術(shù)：
：移動通信系統(tǒng)中，天線作為無線信號的出入口，對系統(tǒng)的信道容量、傳輸速度、通信質(zhì)量及覆蓋范圍存在關(guān)鍵影響。進(jìn)入3G（TheThirdGenerationMobileCommunication）時代以來，移動通信系統(tǒng)向移動用戶提供的業(yè)務(wù)類型越來越多，這些業(yè)務(wù)被分配在不同的無線頻段，需要使用不同的天線；但是多個天線在近距離安裝時，相互之間耦合干擾嚴(yán)重，所以現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)中的天線，尤其是移動終端的內(nèi)置天線，應(yīng)盡可能采用寬帶天線，實(shí)現(xiàn)多頻段覆蓋，以減少天線使用數(shù)量。為了實(shí)現(xiàn)多頻段覆蓋，研發(fā)人員通常采取多個輻射單元集成技術(shù)設(shè)計(jì)現(xiàn)代移動通信天線?！禖hun-ILin,Kin-LuWong,PrintedMonopoleSlotAntennaforInternalMultibandMobilePhoneAntenna,IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,VOL.55,NO.12,DECEMBER2007,pp:3690-3697.》公開了以接地導(dǎo)體板上直縫隙輻射單元和彎縫隙輻射單元實(shí)現(xiàn)一款寬頻帶手機(jī)內(nèi)置天線；《Kin-LuWong,Wei-JiChen,Ting-WeiKang,Small-SizeLoopAntennaWithaParasiticShortedStripMonopoleforInternalWWANNotebookComputer,IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,VOL.59,NO.5,MAY2011,pp:1733-1738.》公開了以環(huán)形輻射單元與寄生單極子輻射單元集成實(shí)現(xiàn)寬頻帶移動終端內(nèi)置天線；《HanJiangLiu,RongLinLi,YanPan,etal.AMulti-BroadbandPlanarAntennaforGSM/UMTS/LTEandWLAN/WiMAXHandsets，IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,VOL.62,NO.5,MAY2014，pp：2856-2860.》公開了以多根長度不同微帶貼片彎折成不同形狀的單極子輻射單元實(shí)現(xiàn)移動終端內(nèi)置集成天線；《Chuan-LingHu,Wen-FengLee,Ye-EeWu,etal.ACompactMultibandInverted-FAntennaforLTE/WWAN/GPS/WiMAX/WLANOperationsintheLaptopComputer,IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.9,2010,pp:1169-1173.》公開了以輻射單元多分枝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)筆記本內(nèi)置IFA天線。上述文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)結(jié)果都反映出一些共性問題：這類多輻射單元的集成天線在不同頻段的增益相差較大，給系統(tǒng)的信號處理帶來難度；在不同方向輻射強(qiáng)度相差較大，對于位置時變、方向時變的移動終端，這種情況將影響通信質(zhì)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明公開了一種雙頻點(diǎn)寬頻帶偶極子天線，可以解決現(xiàn)有技術(shù)采用多輻射單元的集成天線來實(shí)現(xiàn)多頻段覆蓋，導(dǎo)致不同頻段的增益相差較大，給系統(tǒng)的信號處理帶來難度，以及在不同方向輻射強(qiáng)度相差較大的問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種雙頻點(diǎn)寬頻帶偶極子天線，包括設(shè)置于基片上的巴倫和兩條天線輻射臂，所述兩條天線輻射臂分別通過垂直連接于其一端的傳輸線連接巴倫的輸出端，所述天線輻射臂的另一端作為開路端分別為向傳輸線所在側(cè)收攏的階梯形；所述天線輻射臂的寬度大于傳輸線的寬度，傳輸線所連接的天線輻射臂端部相對側(cè)設(shè)置有倒角。本發(fā)明的進(jìn)一步方案是，所述兩條天線輻射臂分別設(shè)置于基片的正面和反面，所述巴倫包括分別設(shè)置于基片正面的第一部和基片反面的第二部，所述第一部和第二部通過貫穿基片的金屬過孔導(dǎo)通。本發(fā)明的進(jìn)一步方案是，所述巴倫的第二部包括第一水平部和四條并排的一端連接于第一水平部的豎直部，所述四條豎直部與傳輸線平行，每條所述豎直部的長度等于天線諧振波長的四分之一；位于外側(cè)的兩條豎直部為C微帶線，位于中間的兩條豎直部為B微帶線，所述兩條B微帶線的另一端之間連接有第二水平部，所述兩條B微帶線、第一水平部和第二水平部所包圍形成的窗口區(qū)中設(shè)置有A微帶線，所述第一水平部和第二水平部在相對外側(cè)分別設(shè)置有第一輸入端和第一輸出端；所述巴倫的第一部包括兩條端口線，所述兩條端口線的外端分別作為第二輸入端和第二輸出端，內(nèi)端分別延伸至窗口區(qū)在基片正面的投影區(qū)，并分別通過金屬過孔與A微帶線導(dǎo)通。本發(fā)明的進(jìn)一步方案是，所述窗口區(qū)在基片正面的投影區(qū)還設(shè)置有寄生貼片。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：一、對偶極子天線增設(shè)傳輸線，使天線產(chǎn)生第二個諧振頻點(diǎn)，增加天線輻射臂寬度，并將天線輻射臂開路端設(shè)置為階梯形，結(jié)合倒角的設(shè)置，形成多條不同長度的電流路徑，實(shí)現(xiàn)多頻段覆蓋；由于采用的是單體天線，工作頻段內(nèi)增益穩(wěn)定，系統(tǒng)的信號處理難度大幅降低、而且輻射全向性好，避免移動終端方位變化引起信號盲區(qū)；二、巴倫及天線輻射臂采用異面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)天線的小型化；三、A微帶線和B微帶線作為傳輸電路，通過與傳輸電路平行的C微帶線抵消不平衡饋電引起的交叉輻射，實(shí)現(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換；四、寄生貼片引入集總電容使第二個諧振頻點(diǎn)向低頻漂移，覆蓋目標(biāo)頻段。附圖說明圖1為本發(fā)明的天線正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的天線反面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為不同寬度天線輻射臂的天線回波損耗曲線圖。圖4為兩種天線輻射臂開路端不同的天線回波損耗曲線圖。圖5為引入寄生貼片前后的天線回波損耗曲線圖。圖6為實(shí)施例中的天線回波損耗曲線圖。圖7為實(shí)施例中的天線最大增益仿真曲線圖。圖8為實(shí)施例中的天線在2.3GHz的信號激勵時的H面方向圖。圖9為實(shí)施例中的天線在2.3GHz的信號激勵時的E面方向圖。具體實(shí)施方式如圖1和圖2所示的一種雙頻點(diǎn)寬頻帶偶極子天線，包括設(shè)置于基片1上的巴倫和兩條天線輻射臂2，所述兩條天線輻射臂2分別設(shè)置于基片1的正面和反面，每條天線輻射臂2的一面是自由空間，另一面是基片1，兩條天線輻射臂2之間基片1中的耦合波長大幅度減短；所述巴倫包括分別設(shè)置于基片1正面的第一部和基片1反面的第二部，所述巴倫的第二部包括第一水平部5和四條并排的一端連接于第一水平部5的豎直部，每條所述豎直部的長度等于天線諧振波長的四分之一；相鄰的豎直部之間留有間隙，位于外側(cè)的兩條豎直部為C微帶線6，位于中間的兩條豎直部為B微帶線7，所述兩條B微帶線7的另一端之間連接有第二水平部8，所述兩條B微帶線7、第一水平部5和第二水平部8所包圍形成的窗口區(qū)9中設(shè)置有A微帶線10，所述A微帶線10與兩條B微帶線7、第一水平部5和第二水平部8之間分別留有間隙，所述第一水平部5和第二水平部8在相對外側(cè)分別設(shè)置有第一輸入端和第一輸出端；所述巴倫的第一部包括兩條端口線11，所述兩條端口線11的外端分別作為第二輸入端和第二輸出端，內(nèi)端分別延伸至窗口區(qū)9在基片1正面的投影區(qū)12，并分別通過金屬過孔4與A微帶線10導(dǎo)通，所述投影區(qū)12還設(shè)置有寄生貼片13。所述兩條天線輻射臂2分別通過垂直連接于其一端的傳輸線3連接巴倫的第一輸出端、第二輸出端，所述傳輸線3與四條豎直部平行，所述天線輻射臂2的另一端作為開路端分別為向傳輸線3所在側(cè)收攏的階梯形；所述天線輻射臂2的寬度大于傳輸線3的寬度，傳輸線3所連接的天線輻射臂2端部相對側(cè)設(shè)置有倒角。A微帶線10、B微帶線7和C微帶線6之間的間隙很小，較強(qiáng)的耦合令A(yù)微帶線10上電流對稱分布在靠近縫隙的兩側(cè)，B微帶線7內(nèi)側(cè)分布與A微帶線10等值反向電流；當(dāng)C微帶線6和B微帶線7長度等于天線諧振波長四分之一時，失配電流將在C微帶線6和B微帶線7之間的間隙兩側(cè)等值反向分布，實(shí)現(xiàn)平衡-不平衡匹配。中國TD-LTE制式業(yè)務(wù)頻段為：以目標(biāo)為主諧振頻點(diǎn)為2.3GHz、低于-10dB頻帶覆蓋全部TD-LTE制式7個業(yè)務(wù)頻段為例，采用厚度為1.6mm、相對介電常數(shù)εr=4.4的基片1，巴倫的第一輸入端和第二輸入端連接特性阻抗為50歐姆的同軸饋線進(jìn)行饋電；圖1和圖2中的各結(jié)構(gòu)參數(shù)（單位：mm）如下：L1W1L2W2L3W3abcdG23.55.124.52.262.22.78.52.10.90.3兩條天線輻射臂2的總長度最長部分僅為49.2mm，而《劉棋.超材料在超高頻RFID天線中的應(yīng)用研究[D].南京航空航天大學(xué),2015.》和《WangC,GeY.Broadbandprinteddipolean-tennawithT-shapeloadings[C].AntennaTec-hnology:"SmallAntennas,NovelEMStruct-uresandMaterials,andApplications"(iWAT),2014InternationalWorks-hopon.IEEE,2014:322-324.》中公開的諧振頻率為2.45GHz、采取雙臂共面的振子天線，兩臂總長均為72mm，自由空間中頻率為2.3GHz的電磁波波長稍長于2.45GHz，但以上天線輻射臂長對比表明天線輻射臂異面放置能大幅度縮減天線長度。偶極子天線屬于諧振天線，輻射臂長度是決定諧振頻點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)，而輻射臂的寬度主要影響天線的工作帶寬。當(dāng)其余參數(shù)不變，輻射臂寬度W1改變時，如圖3所示，隨著W1增加，對應(yīng)的頻率較高頻段的回波損耗（S11）低于-10dB帶寬隨之增加；W1取值5.1mm時，在2.06～2.60GHz之間S11低于-10dB，但是W1取值更大時，天線低頻特性被惡化，如圖3中對應(yīng)W1=5.78mm的回波損耗（S11）曲線；由于TD-LTE制式最高頻段是中國電信的2635～2655MHz，為避免繼續(xù)加寬輻射臂惡化低頻特性，在保持輻射臂寬5.1mm時將輻射臂的開路端設(shè)置為階梯形逐漸縮短，減少輻射電流徑程，使回波損耗（S11）低于-10dB的頻帶上限提升。輻射臂長度和寬度相同，開路端分別為平齊和階梯形的兩種天線結(jié)構(gòu)的回波損耗（S11）仿真曲線如圖4所示，輻射臂開路端平齊的天線的較高頻帶在2.06～2.60GHz內(nèi)回波損耗（S11）低于-10dB，而輻射臂開路端呈階梯形的天線的較高頻帶在2.10～3GHz內(nèi)回波損耗（S11）均低于-10dB。中國TD-LTE制式除了分配在2300～2655MHz內(nèi)的6個頻段外，還有中國移動一個處在1880～1890MHz的較低頻段。傳輸線3可等效為天線輻射臂的部分結(jié)構(gòu)延長折彎，從而增加諧振電流路徑，在較低頻率處產(chǎn)生新的第二個諧振頻點(diǎn)。以HFSS對天線各結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明本天線中傳輸線長度L3與寬度W3分別為6mm和2.2mm，綜合指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，但第二個諧振點(diǎn)處回波損耗（S11）低于-10dB頻段范圍為1890～1920MHz，為此，引入寄生貼片13，在天線饋電回路中增加容抗，根據(jù)圖5所示的仿真結(jié)果表明，引入寄生貼片后第二個諧振點(diǎn)處回波損耗（S11）低于-10dB頻段范圍為1870-1910MHz，使天線可以完全覆蓋中國TD-LTE制式所有的7個頻段。如圖6所示，在1.8GHz到3GHz范圍內(nèi)，仿真和實(shí)測回波損耗（S11）曲線吻合較好，兩個諧振頻點(diǎn)基本重合。仿真回波損耗（S11）曲線在1.88～1.92GHz及2.1～3GHz頻率范圍內(nèi)，實(shí)測回波損耗（S11）在1.87～1.91GHz及2.1GHz～2.72頻率范圍內(nèi)低于-10dB，滿足工程應(yīng)用，而且能覆蓋表一所示的中國TD-LTE制式的全部業(yè)務(wù)頻段。如果按照手機(jī)等移動終端天線S11低于-6dB滿足應(yīng)用的指標(biāo)要求，該天線具有更寬的工作帶寬。圖7為該天線在1.8～3GHz范圍內(nèi)各頻點(diǎn)處HFSS仿真得到最大增益曲線，該曲線可以看出在所分析的頻率范圍內(nèi)，除了低于2GHz很小范圍內(nèi)最大增益稍低于2dB之外，其它頻點(diǎn)的最大增益基本是平穩(wěn)分布在2～2.6dB范圍內(nèi)。圖8和圖9分別是以主諧振頻率2.3GHz的信號激勵時天線的E面和H面方向圖，兩幅圖中的仿真和實(shí)測曲線吻合較好，體現(xiàn)了偶極子天線的輻射特性。圖8中，仿真H面方向圖的不圓度在0.5dB左右，全向特性較好，實(shí)測H面方向圖后向不圓度稍大，這是因?yàn)閷?shí)測時固定天線的支架對輻射產(chǎn)生了影響。圖9中，仿真和實(shí)測方向圖都體現(xiàn)偶極子天線E面呈“8”形的輻射特性，仿真和實(shí)測方向圖在后向都稍有偏離主輻射方向15度左右，這是由于巴倫存在頻率特性，在非中心頻率處不能完美實(shí)現(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換；實(shí)測前向波瓣寬于仿真前向波瓣，原因是3m×4m×3m的微波暗室無法滿足遠(yuǎn)場的測試條件。綜上所述，本實(shí)施例的天線的-10dB頻帶能夠覆蓋中國4G標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE制式全部7個業(yè)務(wù)頻段、頻帶內(nèi)增益穩(wěn)定、輻射全向性好，區(qū)別于其它4G移動通信寬帶天線多輻射單元集成化的設(shè)計(jì)方法，本設(shè)計(jì)以單個偶極子實(shí)現(xiàn)寬頻化和雙頻化，擁有其它4G天線無法比擬的輻射特性和穩(wěn)定的增益，能有效提高通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。當(dāng)前第1頁1 2 3