CN108365334B - 一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，属于信通技术领域。本发明采用微带线临近耦合馈电结构和辐射单元串联的方法，实现多频带天线的设计；该天线主要包括介质基板101，微带线临近耦合馈电结构，L形单极子辐射单元105，倒L形辐射单元1063、弯折形辐射单元1062和S形辐射单元。通过微带线临近耦合馈电结构的微带馈电线和辐射单元之间的距离以及四个辐射单元之间的尺寸，可以满足多频带室内基站的无线通信需求。本发明所涉及的一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，布局合理，设计简单，易于集成，调试方便，应用领域广泛。

Description

一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线。

背景技术

天线是通信***的关键部件，它是能把传输的导波转化自由空间波的装置，天线的性能的优越性直接决定通信***的质量。近年来无线通信技术的迅猛发展，现在的3G，4G和未来的5G通信，接入技术也出现了WLAN，WIMAX等，各式各样的无线通信设备已经深深融入人们的工作和生活之中，而各个无线网络所占据的频带也逐渐增加，而且随着无线通信设备的小型化和多样化的发展，各种各样的通信***不断涌现。由于受设备的体积限制，所以当前的天线设计更多的需要将以往所设计的多个天线的功能都集中到一个天线之中。各种通信终端从最初单一功能单一通信制式或频段发展到超薄超轻多功能多频段的方向发展。而面对当前天线环境的逐步恶化，如何进一步缩小天线的体积，增加带宽，为新型通信终端提供性能良好的天线已经成为当前工作科研人员的一个重要课题。虽然现在也有诸多天线可以实现多频带通信，但是由于其采用的布局结构较为僵化，且多为简单机械地将多个天线按照空间位置周期排列，或者采用多层结构，槽式结构，或者寄生单元等方式，导致这些天线要么结构复杂或者剖面较高造成空间体积的浪费，或者频带不容易调整，频带不能满足当前通信的带宽要求。此外，这些天线不能兼顾天线设计的主流要求，不能同时实现天线的集成化要求与小型化多频带指标。目前，实现天线的多频带的技术有寄生单元，多层贴片，多枝节，刻槽，多模技术，但是这些技术却有着诸多缺点，寄生单元虽然可以拓宽天线频带，实现多频通信，但是却使得天线的面积显著增加；多层贴片虽然没有将天线的尺寸扩大，但是却增大了天线的剖面高度；而多枝节天线和槽式天线的的各个频带更是相互影响，不利于对天线的频带进行独立调节，而多模技术更是局限于微带天线，不能实现大范围的应用。为了适应未来通信***的集成多个谐振频带的发展趋势，满足通信的不同通信协议需求，并可以有效的展宽天线的带宽，实现多功能天线设计，并能有效的集成到手持移动终端或者室内通信基站中。

现阶段已有的多频天线有非对称共面馈电的WLAN天线，但是通常天线所加载的电抗却降低了天线的效率。也有非对称共面馈电的单极子天线，但是各个单极子天线之间互相影响，增加了天线的调试难度。还有采用同轴馈电的多频带天线，又会额外增加电感，使得实际制作出来的天线不符合天线的仿真结果，且增加了天线的空间尺寸，这些并不符合现代天线以小型化，多功能，微型化的设计理念。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，天线采用微带线邻近耦合馈电结构，L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元，实现多频带和小型化天线设计，同时可以根据设计需求，开发宽带化天线。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，包括介质基板101、微带线临近耦合馈电结构和接地面107，其特征在于，所述的微带线临近耦合馈电结构布置在介质基板101的上表面，所述的接地面107布置在介质基板的下表面，所述的下表面为介质基板101靠近地面的表面，所述的上表面为介质基板101远离地面的表面。

所述的介质基板101轮廓为矩形，所述的微带线临近耦合馈电结构包括L形微带传输线、L形单极子辐射单元105、馈电传输线1061、弯折形辐射单元1062、倒L形辐射单元1063和S形辐射单元，所述的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062共用馈电传输线1061；所述的L形单极子辐射单元105的轮廓呈“L”形，包括水平边和垂直边；所述的馈电传输线1061与L形单极子辐射单元105的水平边连接；所述的S形辐射单元包括S形辐射单元水平边1031和S形结构1032，且S形结构1032和S形辐射单元水平边1031垂直；S形辐射单元水平边1031与L形单极子辐射单元105的水平边连接；所述的L形微带传输线由垂直微带传输线102和带状线104组成。

所述的L形微带传输线的垂直微带传输线102和带状线104相互垂直，且布置在介质基板101的边沿；所述的L形单极子辐射单元105的水平边和S形辐射单元水平边1031在一条直线上，L形单极子辐射单元105的水平边和S形辐射单元水平边1031位于介质基板的边沿且位置与带状线104所处位置相对；所述的馈电传输线1061、弯折形辐射单元1062、倒L形辐射单元1063位于L形单极子辐射单元105和S形辐射单元的中间，且馈电传输线1061与L形单极子辐射单元105的水平边垂直。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明所涉及的天线整体采用非对称结构，L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元和临近耦合馈电机制集成化一体设计。由于本发明所涉及的天线为单层印刷板结构，且采用微带线临近耦合馈电方式进行馈电，天线的剖面高度低，结构简单，易于设计和安装调试。本发明所涉及的天线通过调整L形微带传输线与L形单极子辐射单元之间的耦合缝隙，调整天线的带宽和谐振频率，调整简单，可以为未来多频带小型化多功能通信***的天线设计提供技术方案。本发明采用多个单极子串联馈电的机制，同时采用L形微带传输线环绕的形式作为耦合馈电的补充，不仅可以有效的调整天线的谐振频率，还可以调整天线的谐振带宽，采用多了辐射单元串联馈电和L形微带传输线环绕耦合还可以实现小型化设计。

本发明采用L形微带邻近耦合馈电，通过调整各个辐射单元的尺寸以及L形微带传输线与L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元之间耦合来调整天线的谐振频率和天线的频率带宽。L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元采用串联耦合馈电的方式。所设计的天线可以根据具体的通信***的要求实现对多个谐振频率的灵活控制以及对天线的频带的灵活调整。

附图说明

图1是本发明所设计天线的俯视图；

图2是本发明所设计天线的侧视图；

图3是本发明所设计天线的L形单极子辐射单元；

图4是本发明所设计天线的加载的倒L形和弯折形辐射单元；

图5是本发明所设计天线的S形辐射单元；

图6是本发明所设计天线的L形微带传输线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出以下详细说明：

本发明的目的是这样实现的：该天线主要包括介质基板101，微带线临近耦合馈电结构，L形单极子辐射单元105，加载的倒L形辐射单元1063、弯折形辐射单元1062和S形辐射单元。L形单极子辐射单元105，加载的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062、S形辐射单元形成串行临近耦合馈电机制，且所设计的临近耦合馈电机制由L形微带传输线和接地面107组成。加载的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062采用共用的馈电传输结构，可以通过调整馈电传输带线的长度调整两个谐振频率，便于实现宽频带设计。

所述的L形单极子辐射单元105直接与L形微带传输线直接耦合，实现耦合馈电，加载的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062直接和L形单极子辐射单元105的水平臂连接，使电流从L形单极子辐射单元105流向加载的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062，从而实现馈电。加载的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062共用相同的馈电结构，且两个辐射单元分别向上和向下构成倒L形辐射单元和向上弯折形辐射单元。S形辐射单元直接和加载的倒L形辐射单元1063和弯折形辐射单元1062的共用馈电传输线1061连接，与L形单极子辐射单元105一起形成串行临近耦合馈电机制。

结合图1至图6，本发明设计了一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，所设计的天线采用采用微带线邻近耦合馈电结构，L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元等方式进行一体化设计，进而实现多频带和小型化天线设计，同时可以根据设计需求，开发宽带化天线。

本发明所涉及的天线主要包括介质基板101，L形微带传输线，L形单极子辐射单元105，加载的倒L形辐射单元1063和加载弯折形辐射单元1062，S形辐射单元以及接地面107。加载的倒L形辐射单元1063和加载弯折形辐射单元1062共用馈电传输线1061，且传输线1061直接与L形单极子辐射单元105的水平边相连接构成节点馈电结构。S形辐射单元的水平边1031直接和L形单极子辐射单元105的水平边相连接，通过电流引导进行馈电，其S形结构1032和S形辐射单元的水平边1031垂直。L形微带传输线由垂直微带传输线102和带状线104组成，L形微带传输线和L形单极子辐射单元105以及接地面107构成微带线临近耦合馈电结构。本发明所设计天线的谐振频率和频率带宽由天线的L形单极子辐射单元105，加载的倒L形辐射单元1063和加载弯折形辐射单元1062，共用馈电传输线1061以及S形辐射单元的尺寸决定。L形微带传输线与L形单极子辐射单元105之间的耦合缝隙也会影响所设计天线的阻抗匹配和阻抗带宽，L形单极子辐射单元105与共用馈电传输线1061以及S形辐射单元的水平边1031的连接也会影响天线的谐振中心频率。所设计的天线的垂直微带传输线102与馈电信号连接器的内导体连接，连接器的外导体与接地A面107连接。图1所示的天线结构印刷在介质基板101上表面，公共接地面107印刷在介质基板101的下表面，通过调整每个辐射单元的尺寸以及形微带传输线与L形单极子辐射单元105之间的耦合缝隙，可以独立地对每个辐射单元的谐振频率进行调节，也可以调节天线的频带宽度，使其满足各种带宽和谐振频率的通信需求。所以，本发明所设计的天线可以作为多频带天线，同时也可以通过将不同的谐振频率进行重合，进而设计出宽带天线，甚至是单频天线。

本发明所设计的天线可以改变加载的倒L形辐射单元1063和加载弯折形辐射单元1062，L形单极子辐射单元105以及S形辐射单元的形状，采用T形或者是B形，G形等结构进行设计，也可以采用交指加载的电容和电感加载的方式进行设计，使天线尺寸进一步减小。

本发明所设计的天线的L形微带传输线直接与L形单极子辐射单元105，加载弯折形辐射单元1062和S形辐射单元进行耦合，可以在通过加载集总参数器件，改变天线的分布电容和分布电感，还可以记载二极管实现可重构天线的设计。

本发明设计了一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，可以利用临近耦合馈电技术，也可以通过改变各个辐射单元的尺寸，实现天线谐振频带的合并形成频带更宽的宽带天线。同时可以合理利用天线介质基板的空间资源，通过合理布局，辐射单元折叠，曲流等技术实现天线的小型化设计。

综上所述，本发明公开了一种基于微带线耦合的多频小型化天线，该天线采用微带线临近耦合馈电结构和辐射单元串联的方法，实现多频带天线的设计。该天线主要包括介质基板，微带线临近耦合馈电结构，L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元。L形单极子辐射单元，加载的倒L形和弯折形辐射单元和S形辐射单元形成串行临近耦合馈电机制，且所设计的临近耦合馈电机制由L形微带传输线和接地面组成。加载的倒L形和弯折形辐射单元采用共用的馈电传输结构，可以通过调整馈电传输带线的长度调整两个谐振频率，便于实现宽频带和多频带设计，以满足现代通信***的要求。本发明所涉及的一种基于微带线耦合的多频小型化天线具有结构简单，易于设计，便于和集总参数元件集成设计等优点，可以广泛的应用在室内基站和移动手持终端中。

Claims (2)

1.一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，包括介质基板(101)、微带线临近耦合馈电结构和接地面(107)，其特征在于，所述的微带线临近耦合馈电结构布置在介质基板(101)的上表面，所述的接地面(107)布置在介质基板的下表面，所述的下表面为介质基板(101)靠近地面的表面，所述的上表面为介质基板(101)远离地面的表面；

所述的介质基板(101)轮廓为矩形，所述的微带线临近耦合馈电结构包括L形微带传输线、L形单极子辐射单元(105)、馈电传输线(1061)、弯折形辐射单元(1062)、倒L形辐射单元(1063)和S形辐射单元，所述的倒L形辐射单元(1063)和弯折形辐射单元(1062)共用馈电传输线(1061)；所述的L形单极子辐射单元(105)的轮廓呈“L”形，包括水平边和垂直边；所述的馈电传输线(1061)与L形单极子辐射单元(105)的水平边连接；所述的S形辐射单元包括S形辐射单元水平边(1031)和S形结构(1032)，且S形结构(1032)和S形辐射单元水平边(1031)垂直；S形辐射单元水平边(1031)与L形单极子辐射单元(105)的水平边连接；所述的L形微带传输线由垂直微带传输线(102)和带状线(104)组成，所述L形单极子辐射单元直接与L形微带传输线耦合，实现耦合馈电。

2.根据权利要求1所述的一种基于微带线临近耦合馈电的多频带天线，其特征在于，所述的L形微带传输线的垂直微带传输线(102)和带状线(104)相互垂直，且布置在介质基板(101)的边沿；所述的L形单极子辐射单元(105)的水平边和S形辐射单元水平边(1031)在一条直线上，L形单极子辐射单元(105)的水平边和S形辐射单元水平边(1031)位于介质基板的边沿且位置与带状线(104)所处位置相对；所述的馈电传输线(1061)、弯折形辐射单元(1062)、倒L形辐射单元(1063)位于L形单极子辐射单元(105)和S形辐射单元的中间，且馈电传输线(1061)与L形单极子辐射单元(105)的水平边垂直。

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