三頻段超材料加載的小型化單極天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波微帶天線技術(shù)領(lǐng)域，是由微帶線制作工作在多個(gè)頻率下的微帶小型化單極天線，具體涉及一種三頻段超材料加載的小型化單極天線。
【背景技術(shù)】
[0002]無線通信技術(shù)是近年來信息通信領(lǐng)域中發(fā)展最迅速的技術(shù)之一，繼全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM:890MHz-960MHz)、數(shù)字通信系統(tǒng)(DCS: 1.71GHz-l.88GHz)、個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS:1.85GHz-l.99GHz)、通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS: 1.92GHz_2.17GHz)之后，出現(xiàn)了無線局域網(wǎng)(WLAN: 2.4GHz-2.484GHz、5.15GHz_5.25GHz、5.725GHz_5.825GHz)、全球微波互聯(lián)接入(WiMAX: 3.4GHz-3.6GHz)、藍(lán)牙(Bluetooth: 2.4GHz_2.5GHz)、無線互聯(lián)(Wi_F1: 2.4GHz_2.4846取)和超寬帶(冊(cè)8:3.16取-10.66取)等無線通信系統(tǒng)?？梢哉f無線通信方式在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。
[0003]隨著移動(dòng)終端設(shè)備向小型化、集成化的方向發(fā)展，不同通信系統(tǒng)需要相互融合、新舊系統(tǒng)間需要實(shí)現(xiàn)兼容。對(duì)于這些工作于不同頻段的通信系統(tǒng)，采用不同的收發(fā)天線對(duì)于系統(tǒng)間的融合和集成以及天線布局極為不利。因此，單一天線也需要同時(shí)覆蓋兩個(gè)或多個(gè)頻帶，以便同時(shí)滿足多個(gè)系統(tǒng)的工作需要。這就要求天線具有小型化、多頻帶/超寬帶的特性，多頻帶天線的優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)覆蓋多個(gè)通信頻段，從而能減少系統(tǒng)中天線的數(shù)量、有利于在有限平臺(tái)上天線的合理布局，并能降低系統(tǒng)的制造成本。
[0004]雖然天線的發(fā)展歷史悠久，但是對(duì)于多頻天線的研究屬于最近才興起的新興課題，尤其是從近幾年開始，微波多頻天線己逐步進(jìn)入市場化階段，到目前為止，己經(jīng)提出了很多新型的多頻天線結(jié)構(gòu)。由于微帶線天線具有小尺寸，易于加工，便于集成的特點(diǎn)，而且還能通過采用不同的襯底材料在很大的頻率范圍內(nèi)應(yīng)用，因此國外很多多頻天線的研究報(bào)告都是以平面微帶結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。2009年，臺(tái)北的常南提出一種T型折線結(jié)構(gòu)的微帶天線，但這個(gè)天線只能工作在兩個(gè)諧振頻率下，應(yīng)用范圍小。2011年，徐平提出一種叉狀的不同長度枝節(jié)加載的多頻天線，但這種傳統(tǒng)方法會(huì)大大增加天線尺寸。2012年，王平提出了一種共面波導(dǎo)饋電的具有三個(gè)諧振頻率的天線，但天線結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在實(shí)際調(diào)諧當(dāng)中非常不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種三頻段超材料加載的小型化單極天線，解決了現(xiàn)有技術(shù)微帶天線不能同時(shí)兼具小型化、多頻帶的特性，不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)覆蓋多個(gè)通信頻段的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種三頻段超材料加載的小型化單極天線，包括在介質(zhì)基板正面靠上設(shè)置有輻射貼片，在輻射貼片的正上方設(shè)置有一個(gè)方形環(huán)一，輻射貼片向下連接有微帶饋線，在輻射貼片中刻蝕有兩個(gè)倒L型縫隙，該兩個(gè)倒L型縫隙的短邊朝向同一側(cè)，該兩個(gè)倒L型縫隙的長邊朝向微帶饋線；
[0007]在介質(zhì)基板背面與正面方形環(huán)一對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有另一個(gè)方形環(huán)二，方形環(huán)二向下連接有一條接地線。
[0008]本發(fā)明的三頻段超材料加載的小型化單極天線，其特征還在于:
[0009]輻射貼片的長度為8.5 土 1mm，寬度為6.5 ± lmrn。
[0010]方形環(huán)一和方形環(huán)二的尺寸相同，長度為6.5± 1mm，寬度為4± 1mm，環(huán)寬為0.5土0.2mm。
[0011 ] 接地線的長度為8.9 土 1mm，寬度為0.3 ± 0.1mm。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，基于傳統(tǒng)的微帶小型化單極天線，在輻射貼片上增加兩個(gè)倒L型縫隙，并引入一種環(huán)形超材料加載結(jié)構(gòu)，在不增加天線主體尺寸的情況下，具有兩個(gè)窄帶諧振頻段和一個(gè)寬頻諧振頻段，可覆蓋2.4-GHz無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙(2400MHz-2484MHz)，全球微波互聯(lián)接入(2500-2690MHz/3400-3690MHz)，5-GHz無線局域網(wǎng)(5150-53505MHz/5725-5825MHZ)，并且可以降低天線的諧振頻率，擴(kuò)展天線的頻帶范圍，使得天線結(jié)構(gòu)更加緊湊，調(diào)節(jié)方便靈活，能夠覆蓋多個(gè)移動(dòng)通信頻段，在應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，發(fā)揮重要作用。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明小型化單極天線的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明小型化單極天線的反面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的小型化單極天線實(shí)際應(yīng)用安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明的小型化單極天線的頻率響應(yīng)特性曲線。
[0017]圖中，1.三頻小型化單極天線，2.放大器一，3.放大器二，4.濾波器一，5.下變頻電路，6.濾波器二，7.放大器三，8.參考晶振，9.頻率合成器，10.AGC模塊，11.A/D轉(zhuǎn)換，12.微處理器，13.相關(guān)通道，14.存儲(chǔ)器，15.輻射貼片，16.倒L型縫隙，17.微帶饋線，18.方形環(huán)一，19.方形環(huán)二，20.接地線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0019]參照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明三頻段超材料加載的小型化單極天線(以下簡稱小型化單極天線)，其結(jié)構(gòu)是，包括在介質(zhì)基板正面靠上設(shè)置有長方形的輻射貼片15，在輻射貼片15的正上方設(shè)置有一個(gè)方形環(huán)一 18，輻射貼片15向下連接有微帶饋線17，在輻射貼片15中刻蝕有兩個(gè)倒L型縫隙16，該兩個(gè)倒L型縫隙16的短邊朝向同一側(cè)(同時(shí)直接穿通輻射貼片15的該側(cè)邊沿)，該兩個(gè)倒L型縫隙16的長邊朝向微帶饋線17，改變輻射貼片15和兩個(gè)倒L型縫隙16的尺寸數(shù)值就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)小型化單極天線的三個(gè)諧振頻率的數(shù)值范圍；在介質(zhì)基板背面與正面方形環(huán)一 18對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有另一個(gè)相同尺寸的方形環(huán)二 19，方形環(huán)二 19向下連接有一條接地線20。
[0020]本發(fā)明小型化單極天線的尺寸參數(shù)范圍是:輻射貼片15的長度為8.5±1mm，寬度為6.5± 1mm;方形環(huán)一 18和方形環(huán)二 19的尺寸相同，長度為6.5± 1mm，寬度為4± 1mm，環(huán)寬為0.5 ± 0.2mm ；接地線20的長度為8.9 土 1_，寬度為0.3 ± 0.1_。
[0021]本發(fā)明小型化單極天線在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)不同的通信場合和應(yīng)用需要，通過上述的各個(gè)部位尺寸參數(shù)的選擇，實(shí)現(xiàn)調(diào)整小型化單極天線的三個(gè)頻段的中心頻率，來達(dá)到不同的應(yīng)用需求。
[0022]實(shí)施例
[0023]參照?qǐng)D3，將本發(fā)明小型化單極天線應(yīng)用于通信系統(tǒng)接收機(jī)中，該接收機(jī)的主體結(jié)構(gòu)是，包括三頻小型化單極天線1，三頻小型化單極天線1與放大器一 2、放大器二 3、濾波器一 4、下變頻電路5、濾波器二 6、放大器三7、A/D轉(zhuǎn)換11依次連接，A/D轉(zhuǎn)換11與相關(guān)通道13(相關(guān)部件之間的信號(hào)通道)連接，相關(guān)通道13與微處理器12和存儲(chǔ)器14同時(shí)互相連接，微處理器12和存儲(chǔ)器14之間互相連接;另外，參考晶振8通過頻率合成器9與下變頻電路5的另一輸入端連接，并且放大器三7設(shè)置有自己的AGC模塊10，用于反饋控制。
[0024]上述的三頻小型化單極天線1和放大器一2—起稱為天線單元；
[0025]上述的放大器二 3、濾波器一 4、下變頻電路5、濾波器二 6、放大器三7、參考晶振8、頻率合成器9和AGC模塊10—起稱為下變頻電路單元；
[0026]上述的A/D轉(zhuǎn)換11、微處理器12、相關(guān)通道13和存儲(chǔ)器14一起稱為基帶信號(hào)處理單
J L.ο
[0027]放大器一2、放大器二3和放大器三7，優(yōu)選Avago公司的MGA683P8型號(hào)產(chǎn)品，或者Skyworks 公司的 SKY65047-360LF 型號(hào)產(chǎn)品。
[0028]下變頻電路5優(yōu)選Ettus research公司的RFX1200子板。
[0029]基帶信號(hào)處理單元優(yōu)選Ettus research公司的通用軟件無線電平臺(tái)USRP1。
[0030]本實(shí)施例中的三頻小型化單極天線1的具體尺寸是:輻射貼片15的長度為8.5mm，寬度為6.5mm;方形環(huán)一 18和方形環(huán)二 19的尺寸相同，長度為6.5mm，寬度為4mm，環(huán)寬為
0.5mm ；接地線20的長度為8.9mm，寬度為0.3mm。
[0031]在系統(tǒng)工作時(shí)，首先三頻小型化單極天線1從空中接收微弱的電信號(hào)，經(jīng)由放大器一 2放大信號(hào)功率到需求水平后送入濾波器一 4，濾除各種無用信號(hào)及噪聲信號(hào)后進(jìn)入下變頻電路5，降低各通信頻道間的信號(hào)干擾;同時(shí)，參考晶振8(TCX0)的信號(hào)也通過頻率合成器9進(jìn)入下變頻電路5;根據(jù)不同的應(yīng)用需要選擇下變頻電路5將接收信號(hào)下變頻到中頻頻率，再次經(jīng)過濾波器二6后經(jīng)過放大器三7的自循環(huán)回路，送入后級(jí)的基帶信號(hào)處理單元，基帶信號(hào)處理單元最后完成基帶信號(hào)的處理工作。
[0032]參照?qǐng)D4，是本發(fā)明三頻小型化單極天線1實(shí)施例的頻率響應(yīng)特性曲線，三個(gè)頻段的中心頻率分別位于3.5GHz、5.2GHz和5.9GHz，工作帶寬分別為1.8GHz(2.3?4.1GHz),500MHz(4.9?5.42GHz)和800MHz(5.7?6.5GHz)，各頻段反射系數(shù)均小于_15dB，完全能夠覆蓋多個(gè)移動(dòng)通信應(yīng)用頻段，性能符合相關(guān)的技術(shù)要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三頻段超材料加載的小型化單極天線，其特征在于:包括在介質(zhì)基板正面靠上設(shè)置有輻射貼片(15)，在輻射貼片(15)的正上方設(shè)置有一個(gè)方形環(huán)一(18)，輻射貼片(15)向下連接有微帶饋線(17)，在輻射貼片(15)中刻蝕有兩個(gè)倒L型縫隙(16)，該兩個(gè)倒L型縫隙(16)的短邊朝向同一側(cè)，該兩個(gè)倒L型縫隙(16)的長邊朝向微帶饋線(17); 在介質(zhì)基板背面與正面方形環(huán)一(18)對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有另一個(gè)方形環(huán)二(19)，方形環(huán)二(19)向下連接有一條接地線(20)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻段超材料加載的小型化單極天線，其特征在于:所述的輻射貼片(15)的長度為8.5±lmm，寬度為6.5±lmm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻段超材料加載的小型化單極天線，其特征在于:所述的方形環(huán)一(18)和方形環(huán)二(19)的尺寸相同，長度為6.5 ± 1mm，寬度為4 ± 1mm，環(huán)寬為0.5 ±0.2mmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻段超材料加載的小型化單極天線，其特征在于:所述的接地線(20)的長度為8.9±lmm，寬度為0.3±0.1mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三頻段超材料加載的小型化單極天線，包括在介質(zhì)基板正面靠上設(shè)置有輻射貼片，在輻射貼片的正上方設(shè)置有一個(gè)方形環(huán)一，輻射貼片向下連接有微帶饋線，在輻射貼片中刻蝕有兩個(gè)倒L型縫隙，該兩個(gè)倒L型縫隙的短邊朝向同一側(cè)，該兩個(gè)倒L型縫隙的長邊朝向微帶饋線；在介質(zhì)基板背面與正面方形環(huán)一對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有另一個(gè)方形環(huán)二，方形環(huán)二向下連接有一條接地線。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的通信場合和應(yīng)用需要，通過上述各個(gè)部位尺寸參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)調(diào)整小型化單極天線的三個(gè)頻段的中心頻率，達(dá)到不同的應(yīng)用需求。
【IPC分類】H01Q13/08, H01Q1/36, H01Q1/38
【公開號(hào)】CN105428797
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610049344
【發(fā)明人】席曉莉, 師曉敏, 張金生
【申請(qǐng)人】西安理工大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日