CN106058442B - 一种天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线，包括馈电网络层、辐射层，以及位于馈电网络层与辐射层之间的寄生层；馈电网络层包括走线结构和多个金属点；辐射层上设置有第一辐射片；第一辐射片与走线结构通过馈电柱电连接，第一辐射片与多个金属点中的第一金属点通过第一导电柱电连接；寄生层与多个金属点中的第二金属点通过第二导电柱连接；走线结构为波浪形，第一辐射片上设置有开口。本发明的天线具有高宽带低剖面的特点。

Description

一种天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线。
背景技术
天线是实现通信的主要元件，对于不同频段需要使用不同特征的天线。例如，对于频率较低(698-960MHz)的移动通信频段GSM900来说，若采用半波振子式天线，其尺寸相对较大，限制了其使用范围；若采用微带半波贴片式天线，同样存在尺寸较大的问题；若采用尺寸较小的PIFA天线，则会出现其带宽较窄，无法覆盖GSM 900的所有频段的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线，以解决现有技术的天线带宽较窄，尺寸较大的问题。
为解决上述问题，本发明提出一种天线，包括：馈电网络层、辐射层，以及位于所述馈电网络层与所述辐射层之间的寄生层；所述馈电网络层包括走线结构和多个金属点；所述辐射层上设置有第一辐射片；所述第一辐射片与所述走线结构通过馈电柱电连接，所述第一辐射片与所述多个金属点中的第一金属点通过第一导电柱电连接；所述寄生层与所述多个金属点中的第二金属点通过第二导电柱连接；所述走线结构为波浪形，所述第一辐射片上设置有开口。
其中，所述开口包括U形槽和/或L形槽。
其中，所述辐射层上进一步设置有第二辐射片，所述辐射层上进一步设置有第二辐射片，所述第二辐射片与所述多个金属点中的第三金属点通过第三导电柱连接。
其中，所述第一辐射片上设置有切角结构。
其中，所述寄生层与所述馈电网络层之间设置有绝缘支撑件。
其中，所述馈电网络层设置在接地的金属层上，所述多个金属点连接所述金属层。
其中，所述馈电网络层与所述寄生层的间距为0.063λg～0.077λg，所述寄生层与所述辐射层的间距为0.019λg～0.023λg，所述λg为天线波长。
其中，所述寄生层的长度为0.275λg～0.335λg，宽度为0.088λg～0.106λg，所述λg为天线波长。
其中，所述馈电柱与所述第一短路柱的间距为0.026λg～0.030λg，所述λg为天线波长。
其中，所述馈电柱为圆柱形，所述馈电柱直径为0.014λg～0.016λg，所述λg为天线波长。
本发明天线包括馈电网络层、辐射层，以及位于馈电网络层与辐射层之间的寄生层；馈电网络层包括设置有走线结构的走线区和非走线区，辐射层上设置有第一辐射片；第一辐射片与走线结构通过馈电柱连接，第一辐射片与非走线区通过第一短路柱连接；寄生层与非走线区通过导电柱连接；走线结构为波浪形，第一辐射片上设置有开口。通过寄生层的设置、波浪形走线的设计以及辐射片上开口的设计，使得本发明天线具有高宽带低剖面的特点。
附图说明
图1是本发明天线一实施方式的三维结构示意图；
图2是图1所示本发明天线一实施方式的主视图；
图3是图1所示天线一实施方式中馈电网络层的结构示意图；
图4是图1所示天线一实施方式中寄生层的结构示意图；
图5是图1所示天线一实施方式中辐射层的结构示意图；
图6是图1所示天线一实施方式的回波损耗的幅度随频率变化的曲线图；
图7是图1所示天线一实施方式的电压驻波比随频率变化的曲线图；
图8是图1所示天线一实施方式的增益随频率变化的曲线图；
图9是图1所示天线一实施方式在不同频率下的增益方向图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对发明所提供的一种天线做进一步详细描述。
首先请参阅图1和图2，图1是本发明天线一实施方式的三维结构示意图，图2是图1所示本发明天线一实施方式的主视图。
本实施方式天线100包括馈电网络层11、辐射层12，以及位于馈电网络层11与辐射层12之间的寄生层13。
请参阅图3，图3是图1所示天线一实施方式中馈电网络层的结构示意图，图3中馈电网络层11包括走线结构111和多个金属点，本实施方式的馈电网络层上至少有三个金属点，包括第一金属点B1，第二金属点C1和第三金属点D1。具体来说，该馈电网络层11为一印制电路板，走线结构111及金属点为同一金属，在PCB板上印制而成，因此走线结构111与金属点位于馈电网络层11的同一面。
该馈电网络层11采用50Ω的走线设计，能够于输入阻抗为50Ω的常规SMA、BNC、TNC、N型等接头直接连接，方便调试。且走线结构111为波浪形设计，能够有效减少在某一方向上的长度尺寸，而走线结构111的长度为0.3λg，允许一定误差。
天线100的接地保护则通过一接地的金属层17实现，馈电网络层11设置在该金属层17上，其未设置走线结构111的另一面与该金属层17接触，且多个金属点也与金属层17接触连接。该金属层17长宽均为1.1λg～0.9λg。即以1λg为设计尺寸，生产时允许一定误差。
在馈电网络层11的上方设置有辐射层12，两者之间的距离为0.019λg～0.023λg，优选为0.021λg。具体请参阅图5，图5是图1所示天线一实施方式中辐射层的结构示意图。
辐射层12上包括第一辐射片122，第一辐射片122上具有馈电点A2，对应的走线结构111上也设置有馈电点A1，在馈电点A1、A2之间设置馈电柱14，第一辐射片122与走线结构111通过该馈电柱14连接。
第一辐射片122上还具有第一接地点B2，对应于馈电网络层11上的第一金属点B1，同样在第一金属点B1和第一接地点B2之间还设置有第一导电柱151，第一辐射片122与馈电网络层11还通过该第一导电柱151连接。
第一辐射片122上设置有开口123，通过增加缝隙来改变电流路径，引入新谐振来拓宽工作带宽。具体来说，该开口123包括U型槽和L型槽。本实施方式中的开口123，宽度设计为0.011λg，且允许误差。另外，在第一辐射片122上还进一步设置有切角结构124，能够改善天线驻波。该切角的角度θ为arccos0.778，且允许生产误差。
在辐射层12上还进一步设置有第二辐射片121，该第二辐射片121与第一辐射片122之间具有一定间隔。第二辐射片121上具有第二接地点C2，对应于馈电网络层11上的第二金属点C1，同样在第二金属点C1和第二接地点C2之间还设置有第二导电柱152，第二辐射片121与馈电网络层11通过该第二导电柱152连接。
寄生层13设置在馈电网络层11与辐射层12之间，以改善天线的端射性。具体请参阅图4，图4是图1所示天线一实施方式中寄生层的结构示意图。
寄生层13与馈电网络层11的间距为0.063λg～0.077λg，优选为0.07λg。而寄生层13本身的长度为0.275λg～0.335λg，优选0.305λg，宽度为0.088λg～0.106λg，优选0.097λg。
寄生层13上设置有第三接地点D3，对应于馈电网络层11上的第三金属点D1，同样在第三金属点D1和第三接地点D3之间还设置有第三导电柱153，寄生层13与馈电网络层11通过该第三导电柱153连接。
此外，为实现寄生层13稳定的支撑于馈电网络层11上，两者之间均设置安装孔M和M3，且通过安装孔设置绝缘支撑件16。当然绝缘支撑件16也可不通过安装孔设置，而是直接形成在馈电网络层11上，以支撑寄生层13。
以上所述馈电柱14和第一导电柱151、第二导电柱152、第三导电柱153实现连接的同时也起到了一定的支撑作用，且均可由同一导电材料制得，一般选用导电性良好的铜，而绝缘支撑件16则由塑料制得。
且馈电柱14与第一导电柱151的间距为0.026λg～0.030λg，优选0.028λg。馈电柱14为圆柱形，馈电柱14直径为0.014λg～0.016λg，优选0.015λg。上文所述的λg均为天线波长。
本实施方式天线包括馈电网络层、辐射层，以及位于馈电网络层与辐射层之间的寄生层；馈电网络层包括设置有走线结构的走线区和非走线区，辐射层上设置有第一辐射片；第一辐射片与走线结构通过馈电柱连接，第一辐射片与非走线区通过第一短路柱连接；寄生层与非走线区通过导电柱连接；走线结构为波浪形，第一辐射片上设置有开口。通过寄生层的设置、波浪形走线的设计以及辐射片上开口的设计，使得本发明天线具有高宽带低剖面的特点。
此外，本实施方式天线100是基于传统PIFA天线的变化结构，具有高带宽小尺寸的特点。其能够应用到移动通信领域，覆盖频段GSM900(698～960MHz)。
基于天线100在该频段698～960MHz的应用，对本实施方式天线100进行性能测试，分别得到天线100的回波损耗、电压驻波比和增益随频率的变化，以及在不同频率下的增益方向图，具体来说，
对于天线100的回波损耗S11的幅度|S11|，请参阅图6，图6是图1所示天线一实施方式的回波损耗的幅度随频率变化的曲线图。其中，在698-960MHz频段内满足|S11|＜-9dB，在中心频率830MHz处，|S11|≈-20dB，谐振较深。因此在698～960MHz频段内满足|S11|＜-9dB，天线100满足使用需求。
对于天线的驻波比VSER，请参阅图7，图7是图1所示天线一实施方式的电压驻波比随频率变化的曲线图。在698～960MHz频段内，驻波比满足VSER＜2.5，天线100满足使用需求。
对于天线的增益Gain，请参阅图8，图8是图1所示天线一实施方式的增益随频率变化的曲线图。其中，在698～960MHz频段内，增益Gain满足Gain≥2.8dB，在频率780MHz处，Gain≈5.2dB，天线100满足使用需求。
以上图6～图8中，Freq表示频率。
对于天线的增益方向，请参阅图9，图9是图1所示天线一实施方式在不同频率下的增益方向图。
其中，图9(a)表示天线100在频率698MHz的增益方向图，图中包括表示天线H面和E面的线，可知，H面具有全向性。
图9(b)表示天线100在频率824MHz的增益方向图，由图可知，H面具有全向性。
图9(c)表示天线100在频率840MHz的增益方向图，由图可知，H面具有全向性，E面具有“∞”，具有较好的辐射特性。
图9(d)表示天线100在频率940MHz的增益方向图，由图可知，H面具有全向性，E面为“∞”型，具有较好的辐射特性。
图9(e)表示天线100在频率960MHz的增益方向图，由图可知，H面具有全向性。
由以上分析可知，本实施方式天线100在698～960MHz频段内具有较好的性能，满足使用要求。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种天线，其特征在于，所述天线包括：馈电网络层、辐射层，以及位于所述馈电网络层与所述辐射层之间的寄生层；
所述馈电网络层包括设有走线结构的走线区和设有至少三个金属点的非走线区；所述至少三个金属点包括第一金属点、第二金属点和第三金属点；所述馈电网络层设置在接地的金属层上，且所述至少三个金属点连接所述金属层；
所述辐射层上设置有第一辐射片，所述第一辐射片与所述走线结构通过馈电柱电连接，所述第一辐射片上还具有第一接地点，对应于馈电网络层上的第一金属点，所述第一辐射片与第一金属点通过第一导电柱电连接；
所述辐射层上进一步设置有第二辐射片，第二辐射片上具有第二接地点，对应于馈电网络层上的第二金属点，所述第二辐射片与第二金属点通过第二导电柱连接；
所述寄生层上设置有第三接地点，对应于馈电网络层上的第三金属点，所述寄生层与第三金属点通过第三导电柱连接；
所述走线结构为波浪形，所述第一辐射片上设置有开口，所述开口包括U形槽和 L形槽。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射片上设置有切角结构。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述寄生层与所述馈电网络层之间设置有绝緣支撑件。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电网络层与所述寄生层的间距为0.063λg〜0.077λg，所述寄生层与所述辐射层的间距为0.019λg〜0.023λg，所述λg为天线波长。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述寄生层的长度为 0.275λg〜0.335λg，宽度为0.088λg〜0.106λg，所述λg为天线波长。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电柱与所述第一导电柱的间距为0.026λg〜0.030λg，所述λg为天线波长。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电柱为圆柱形，所述馈电柱直径为0.014λg〜0.016λg，所述λg为天线波长。
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