CN110600862B - 一种应用于物联网的耦合馈电的双频pifa天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，包括馈电贴片、短路贴片、分别设置在不同平面的接地板和辐射贴片，且辐射贴片与接地板直接形成有空气腔；所述短路贴片连接在所述辐射贴片与接地板之间，且馈电贴片设置在辐射贴片上方并连接到同轴线导体。本发明的双频PIFA天线能够应用于物联网的耦合馈电技术中，同时满足1.8GHz及2.4GHz频段的通信需求。

Description

一种应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线
技术领域
本发明涉及PIFA天线技术领域，具体而言，涉及一种应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线。
背景技术
随着无线通信技术的发展，物联网成为了无线通信领域的一个研究热点。物联网***中的一个关键技术是射频技术，传感器天线的性能将会对整个物联网***的性能产生强烈的影响。因此，设计一款合适的性能优异的传感器天线对整个物联网***极其重要。由于物联网传感器应用场景的多样性，要求传感器天线具有低剖面、小尺寸等特点，因此，传感器天线类型可采用单极子天线、微带天线以及PIFA天线(Planar Inverted-F Antenna,平面倒F天线)等。
目前，物联网通信所采用的频段包括等多个频段。为了使物联网传感器能够在不同频段的场景下工作，需要传感器天线能够覆盖尽可能多的频段,而传统的PIFA天线存在体积大、阻抗和增益不足等缺点，无法满足1.8GHz及2.4GHz频段的通信需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合馈电的双频PIFA天线，能够应用于物联网的耦合馈电技术中，同时满足1.8GHz及2.4GHz频段的通信需求。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，包括馈电枝节、短路枝节、分别设置在不同平面的接地板和辐射贴片，且辐射贴片与接地板直接形成有空气腔；所述短路贴片连接在所述辐射贴片与接地板之间，且馈电枝节设置在辐射贴片上方并连接到同轴线导体。
本发明的有益效果在于：本发明区别于现有技术，本发明通过调节辐射贴片的枝节长度、辐射贴片与接地板之间的高度以及短路枝节的宽度，可以有效调节所提出的双频PIFA天线的工作频率及阻抗匹配。
并且由于短路枝节设置在介质基板侧面，通过调节短路枝节的宽度，可以有效改善由于辐射贴片与接地平面之间的高度过低所产生的工作频率偏移以及阻抗失配等恶劣影响，从而可以降低所提出的双频PIFA天线的剖面，使其更加适合于物联网通信的应用。
附图说明
图1是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的结构俯视示意图；
图2是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的侧视示意图；
图3是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的正视示意图；
图4是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的S参数随m的变化情况示意图；
图5是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的S参数随h的变化情况示意图；
图6是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的尺寸优化后的双频PIFA天线S参数；
图7是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的1.8GHz辐射方向图
图8是本发明提供的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线的2.4GHz辐射方向图；
附图标记：
1、接地板；2、辐射贴片；3、馈电枝节；4、短路枝节；21、长枝节；22、短枝节。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
下面通过结合附图对本发明的一种或者多种实施方式做进一步的详细描述。
如图1-图3所示，提供了一种实施方式，一种应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，包括馈电枝节3、短路枝节4、分别设置在不同平面的接地板1和辐射贴片2，且辐射贴片2与接地板1直接形成有空气腔；短路贴片连接在辐射贴片2与接地板1之间，且馈电枝节3设置在辐射贴片2上方并连接到同轴线导体。
其中，如图1所示，辐射贴片2包括至少两个辐射枝节，且两个辐射枝节对称设置。且两个辐射枝节相对于接地板1，其主要对称设置在中央位置，能够有效减小天线的整体体积。并且两个辐射枝节的对称设置在最大程度上节省空间面积，起到节约空间、减小体积的作用。
进一步地，上述的辐射枝节可以分解为长枝节21和短枝节22，其中长枝节21为C字型，并且具有两个端口，长枝节21的其中的其中一个端口与短枝节22连接，此为固定端口，长枝节21另一端靠近短枝节22，并与短枝节22之间留有间隙，此为自由端口。C字型的长枝节21能够在保证电流路径长度的同时，进一步减小天线的体积。
同样，更进一步地，为了在保证天线正常工作的情况下，更进一步地减小体积，需要将长枝节21的多个外边缘均分别贴近接地板1的不同边缘。如图1所示，长枝节21由三个枝节构成，其具有三个外边缘，这三个外边缘分别靠近接地板1的顶部边缘，左侧或右侧边缘，以及底部边缘。而辐射枝节的短枝节22为矩形条状，短枝节22竖直设置，并且两个辐射枝节的短枝节22背靠背对称。本实施方式在最大程度上对天线体积做到缩小，有效解决了传统PIFA天线体积过大的问题。
在本实施方式中，物联网通信需求主要存在1.8GHz及2.4GHz频段的通信需求。其中，采用长枝节21用于辐射产生低频的1.8GHz频率，短枝节22用于辐射产生高频的2.4GHz频率。馈电贴片包括两个馈电枝节3，每个馈电枝节3分别连接到辐射贴片2的其中一个短枝节22上，通过耦合馈电的方式向辐射枝节进行供电。
短路贴片如图2所示，其设置在侧面位置，并且连接在辐射贴片2与接地板1之间。接地板1与辐射贴片2之间的高度即为短路贴片的高度大小，记此高度大小为h。且短路包括两个中心对称设置的短路枝节4，两个短路枝节4分别连接到辐射贴片2的其中一个辐射枝节，且均连接到接地板1。短路枝节4宽度，记此宽度大小为m,用于调节天线低频频率和散射参数，所述短路枝节4的高度用于调节天线低频频率和高低频的散射参数。
在实际运用时，由于物联网天线的工作频段为1.8GHz和2.4GHz。在本实施方式中，天线的两个工作频率分别由辐射贴片2的两个枝节辐射产生。而每个辐射枝节又包括了长短枝节22，其中，低频1.8GHz由较长的“C”形长枝节21辐射产生，高频2.4GHz由较短的矩形短枝节22辐射产生。通过调节两个枝节的长度，可以分别调节天线的两个工作频率。
同时，辐射贴片2距离接地平面的高度h以及短路枝节4的宽度m也会影响天线的工作频率以及阻抗匹配。如图4显示了双频PIFA天线的S11随h变化时的情况，由图可知，随着h的增加，天线的低频工作频率及低频处的S11不断降低，而天线的高频工作频率变化不大，但是高频处的S11不断增加。图5显示了随着短路枝节4宽度变化时，双频PIFA天线的S11变化情况。由图可知，随着短路枝节4宽度m的增加，天线的低频工作频率不断升高，且低频处的S11不断降低，而对天线高频工作频率影响较小。
如图6所示，尺寸优选接地平面与辐射贴片2之间的高度为h＝5mm，短路枝节4宽度m＝8mm，尺寸优化后的天线S11参数如图6所示，由图可知，天线在1.8GHz和2.4GHz处的S11分别为-13.1dB和-15.8dB，表明所提出的双频PIFA天线在两个工作频率处具有良好的阻抗匹配。解决了传统PIFA天线阻抗不够良好的问题。
再如图7-图8所示，是天线在两个工作频率处的辐射方向图，由图可知，天线在两个工作频率处都具有稳定的辐射增益。能够克服传统PIFA天线辐射增益不足的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，其特征在于：包括馈电贴片、短路贴片、分别设置在不同平面的接地板和辐射贴片，且辐射贴片与接地板直接形成有空气腔；所述短路贴片连接在所述辐射贴片与接地板之间，且馈电贴片设置在辐射贴片上方并连接到同轴线导体；
所述辐射贴片包括至少两个辐射枝节，且两个辐射枝节对称设置，且与接地板平行；所述辐射枝节包括长枝节和短枝节，长枝节为C字型具有两端，且长枝节的其中一端与短枝节连接，长枝节另一端与短枝节之间留有间隙，所述长枝节的多个外边缘均分别贴近接地板的不同边缘；
所述馈电贴片包括两个馈电枝节，每个馈电枝节分别连接到辐射贴片的其中一个短枝节上，用于耦合馈电；
所述短路贴片包括两个中心对称设置的短路枝节，短路枝节宽度用于调节天线低频频率和散射参数；两个短路枝节分别连接到辐射贴片的其中一个辐射枝节，且均连接到接地板，且所述短路枝节的高度用于调节天线低频频率和高低频的散射参数。
2.根据权利要求1所述的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，其特征在于：所述长枝节用于产生低频频率。
3.根据权利要求1所述的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，其特征在于：所述辐射枝节的短枝节为矩形条状，两个辐射枝节的短枝节背靠背对称。
4.根据权利要求3所述的应用于物联网的耦合馈电的双频PIFA天线，其特征在于：所述短枝节用于产生高频频率。
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