CN100463289C - 用于3g***移动终端的平面螺旋微带天线 - Google Patents

Abstract

用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线，涉及一种微带天线，提供一种天线特性好，天线尺寸小，带宽达到250MHz以上，可覆盖整个收发频段的用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线。设有双面介质基板，一面为螺旋线介质基板，另一面为光子带隙介质基板，基板为4.9～5.1cm×4.9～5.1cm；在螺旋线介质基板上设2条臂，臂的2条边缘由2条起始角相差π/2的等角螺旋线构成，两条螺旋线起点间隙0.2～0.4cm，螺旋线起点至螺旋线终点之间距离1.2～1.4cm；在光子带隙介质基板上设2行3列共6个矩形孔，第1行3个矩形孔的长均为2.1～2.3cm，第2行3个矩形孔的长均为1.5～1.7cm。第1、2、3列矩形孔的宽分别为0.8～1.0、1.3～1.5、1.4～1.6cm。

Description

用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线

技术领域

本发明涉及一种微带天线，尤其是涉及一种用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线。

背景技术

随着无线通信***和用户人数的发展，对***通信容量提出更高的要求。为此，人们提出了第三代移动通信***，其中采用直接扩频技术的WCDMA除了提供传统的语音服务以外，还提供图像、数据等宽带多媒体服务。WCDMA***射频的工作频率范围是1920～2170MHz，频宽达250MHz，相对带宽达到13％，因此对于WCDMA移动终端的天线设计要求有大带宽、小尺寸，且在整个方位平面上提供均匀覆盖，增益在0dBi以上(朱晓维，何晓晓，刘进，用于3g***移动终端的平面倒F天线[J]，移动通信，2002，12(5)：66—68)。

目前商用的手机终端天线主要采用鞭状天线，其缺点是尺寸不易缩小，且人体邻近效应的存在造成辐射方向覆盖不均匀。而平面螺旋天线就是这种随现代通信发展的要求而发展起来的典型的低剖面、平板结构的天线，它以宽频带、重量轻、剖面低、可共形、制造成本低、辐射效率高等独特优点，得到了广泛的研究和发展。因此，研究影响平面螺旋天线的使用和其展宽天线的带宽，对于扩大平面螺旋天线的使用范围，使平面螺旋天线更广泛地应用到工业、民用和国防具有重要意义。

光子带隙(PBG，Photonic Band-Gap)结构可以实现光子带隙的周期性结构。利用其带阻特性，可以实现宽带滤波，提高放大器效率，改善天线的方向图。

资料表明，未见有人把平面螺旋天线应用在1920～2170MHz第三代移动通信***终端的频段，国内外主要是把平面螺旋天线应用在高频段8GHz以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线特性好，天线尺寸小，带宽达到250MHz以上，可覆盖整个收发频段的用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线。

本发明采用了平面螺旋天线与PBG技术相结合的技术方案。

本发明设有双面介质基板，一面为螺旋线介质基板，另一面为光子带隙介质基板，介质基板采用环氧树脂玻璃布(FR4)介质基板，介质基板的尺寸为(4.9～5.1)cm×(4.9～5.1)cm，最好为5cm×5cm。在螺旋线介质基板上设有2条臂，每一条臂的2条边缘由2条起始角相差π/2的等角螺旋线构成，两条螺旋线起点的间隙为0.2～0.4cm，最好为0.3cm，螺旋线起点至螺旋线终点之间的距离(称螺旋线最大外径)R为1.2～1.4cm，最好为1.3cm。在光子带隙介质基板上设有2行3列共6个矩形孔，第1行第1孔的尺寸为(2.1～2.3)cm×(0.8～1.0)cm，最好为2.2cm×0.9cm，第1行第2孔的尺寸为(2.1～2.3)cm×(1.3～1.5)cm，最好为2.2cm×1.4cm，第1行第3孔的尺寸为(2.1～2.3)cm×(1.4～1.6)cm，最好为2.2cm×1.5cm；第2行第1孔的尺寸为(1.5～1.7)cm×(0.8～1.0)cm，最好为1.6cm×0.9cm，第2行第2孔的尺寸为(1.5～1.7)cm×(1.3～1.5)cm，最好为1.6cm×1.4cm，第2行第3孔的尺寸为(1.5～1.7)cm×(1.4～1.6)cm，最好为1.6cm×1.5cm。

与现有的平面螺旋天线相比，由于本发明采用的光子带隙(PBG，Photonic Band-Gap)结构可以实现光子带隙的周期性结构，利用其带阻特性，可以实现宽带滤波，提高放大器效率，改善天线的方向图。在微带天线中实现PBG结构，可以在接地面上沿微带线方向腐蚀掉成周期性排列的小孔(保持介质基片不变)。把PBG结构应用在平面螺旋天线上，能减小天线的尺寸和表面波的产生，提高天线的效率，改善天线的性能，扩展天线的使用带宽等。研究可用于WCDMA***射频的工作频段同时能扩展带宽的PBG对于平面螺旋天线工程的应用有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例的结构透视示意图。

图2为本发明实施例的螺旋线介质基板结构示意图。

图3为本发明实施例的平面螺旋天线结构示意图。

图4为本发明实施例的光子带隙介质基板结构示意图。

图5为本发明实施例的光子带隙结构示意图。

图6为本发明的实际匹配电路图。

图7为本发明的2GHzH面实测方向图。

图8为本发明的2GHzE面实测方向图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明的技术方案及其突出效果作进一步说明。

参见图1-5，本发明设有双面介质基板，一面(正面)为螺旋线介质基板1，另一面(背面)为光子带隙介质基板2，介质基板采用环氧树脂玻璃布(FR4)介质基板，其介电常数为4.4，介质基板的长度与宽度均为5cm，厚度为0.8mm，在螺旋线介质基板1上设有2条臂，每一条臂的2条边缘由2条起始角相差π/2的等角螺旋线构成，两条螺旋线起点的间隙为0.3cm，螺旋线起点至螺旋线终点之间的距离(称螺旋线最大外径)R为1.3cm。在光子带隙介质基板2上设有2行3列共6个矩形孔，第1行的3个矩形孔的长L1均为2.2cm，第2行的3个矩形孔的长L2均为1.6cm。第1、2、3列矩形孔的宽W1，W2，W3分别为0.9cm、1.4cm、1.5cm。

天线Antenna的匹配电路图如图6所示，其中L＝10nH，C1＝3pF，C2＝1pF。L与C1的连接点接矢量网络分析仪Y。

图7和8给出了本发明实施例实测的2GHz H面和E面方向图，信号源的幅度为—15dBm。

其中，图7为本发明实施例实测的2GHz的H面方向图，通过对比可知两H面图形状大致相同，天线有两个瓣，一个在180°～270°之间，另一个在0°～120°和320°～360。之间。两个瓣基本上覆盖大部分角度，辐射具有全向性。图8为本发明实施例实测的2GHz的E面方向图，从图7和8中可以看出，上半部分形状基本一致，主瓣在30°～150°之间，跟仿真图相比有一些小差别，仿真的效果没有实测的主瓣角度大。而对于下半部分，从实测图可以看出，在270°～320°之间有辐射泄漏，这主要是由于天线的背面具有PBG结构，腐蚀了方孔，电磁波从方孔处有泄漏。这是PBG结构带来的负作用。

从实测的平面螺旋天线的反射系数S11图可以看出，天线的工作频带已经处于1.4～2.4GHz，带内的回波损耗都在—10dB以下，最小回波损耗为—21dB。天线S11性能在整个通频带内满足要求，且带宽达到1GHz，提高了平面螺旋天线的性能。

对加上匹配电路的平面螺旋天线进行反射系数的测量，从数据可以看出，对应频率为1835MHz的S11为—9.86dB，对应频率为2226MHz的S11为—10.04dB。S11小于—10dB的频率范围为391MHz，已经把WCDMA的收发频段(1920～2170MHz)完全覆盖住了。天线反射系数的最小值所对应的频率为2109MHz，S11为—23.59dB。实际上天线已经达到了设计要求，匹配效果也很好。从2560MHz以后，S11值就一直处于—10dB，从这里就可以看出平面螺旋天线的宽频带的效果。

综上所述，本发明采用平面螺旋天线与光子带隙结构相结合的技术，即平面螺旋天线的结构和光子带隙结构，从仿真和实际测试的S11图可以看出，天线已经覆盖了1920～2170MHz这个频带，达到了3G对WCDMA标准的要求。

Claims (2)

1.用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线，其特征在于设有介质基板，介质基板为双面覆铜基板，介质基板一面覆铜刻蚀为螺旋线状，另一面覆铜刻蚀为光子带隙结构，介质基板的尺寸为5.0cm×5.0cm；在螺旋线介质基板上设有2条臂，每一条臂的2条边缘由2条起始角相差π/2的等角螺旋线构成，两条螺旋线起点的间隙为0.3cm，螺旋线起点至螺旋线终点之间的距离(R)为1.3cm；在光子带隙所在介质基板表面覆盖的覆铜上刻蚀成2行3列共6个矩形孔，第1行第1孔的尺寸为2.2cm×0.9cm，第1行第2孔的尺寸为2.2cm×1.4cm，第1行第3孔的尺寸为2.2cm×1.5cm；第2行第1孔的尺寸为1.6cm×0.9cm，第2行第2孔的尺寸为1.6cm×1.4cm，第2行第3孔的尺寸为1.6cm×1.5cm。

2.如权利要求1所述的用于3G***移动终端的平面螺旋微带天线，其特征在于所述的介质基板为环氧树脂玻璃布介质基板。

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