專利名稱：一種寬頻平面印刷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面印刷天線，具體涉及一種寬頻平面印刷天線。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們?cè)谙硎芨鞣N頻段的通信服務(wù)便利的同時(shí)，也對(duì)天線設(shè)計(jì)者提出更高的要求。天線作為收發(fā)無線信號(hào)的關(guān)鍵部位，越來越受到重視，其性能指標(biāo)的好壞，直接影響無線通信的質(zhì)量。特別是對(duì)于手持終端天線，設(shè)計(jì)一副具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、多頻、寬頻特性的內(nèi)置天線已成為天線設(shè)計(jì)的趨勢(shì)之一。平面印刷天線具有設(shè)計(jì)靈活、剖面低、輕便、易共形和低成本等優(yōu)勢(shì)，備受天線研究者們的關(guān)注。國內(nèi)外研究者對(duì)各種具有多頻、寬頻的平面天線展開了研究。如2008年4月《IEEE天線與傳播匯刊》，第56卷第4期，第1155至1162頁提出的“一種用于無線手持設(shè)備的新、穎的低剖面寬頻帶雙頻平面天線”(“A novel low-profile broadband dual-frequencyplanar antenna for wireless handsets, ” IEEE Trans. Antennas Propagat. , vol. 56, no.4，pp. 1155-1162，April 2008),該天線利用雙帶線結(jié)構(gòu)，以及雙帶線與平面單極子之間的互耦，有效的增大帶寬，其中低頻段實(shí)現(xiàn)了 35%的帶寬，高頻段則達(dá)到15%，但是天線介質(zhì)板材成本較高，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。又如2011年5月《微波光技術(shù)快報(bào)》，第53卷，第5期第1045至1050頁提出的“用于移動(dòng)手持設(shè)備的緊湊型平面折疊倒F天線”(“Compact size planarfolded PIFA design for mobile handset,，’Microwave and Optical Technology Lett,,vol. 53, no. 5, pp. 1045-1050, May 2011 )，該天線覆蓋了包括 GSM、DCS、PCS、Wlan 在內(nèi)的四個(gè)頻段，該結(jié)構(gòu)不僅簡(jiǎn)單且尺寸緊湊，特別適用于對(duì)空間要求較高的移動(dòng)終端，但是天線的帶寬較窄，且每個(gè)頻段的增益較低，特別是高頻段的增益低于_3db。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種寬頻平面印刷天線，該天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易加工，具有一定增益和較好的全向輻射特性，特別適用于手持終端的無線通信裝置。為解決上述問題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種寬頻平面印刷天線，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的正面印制有類C形輻射單元和地板，介質(zhì)基板的背面印制有倒L形輻射單元和微帶饋線。上述類C形輻射單元主要由末端開路單元和末端短路單元構(gòu)成；其中末端開路單元包括第一枝節(jié)、第二枝節(jié)和漸變枝節(jié)，漸變枝節(jié)的兩端分別與第一枝節(jié)和第二枝節(jié)的其中一端連接，形成類C形結(jié)構(gòu)；末端短路單元一端連接地板，另一端則與末端開路單元第二枝節(jié)的另一端相連。上述倒L形福射單元主要由水平枝節(jié)和垂直枝節(jié)構(gòu)成；垂直枝節(jié)的一端與水平枝節(jié)的一端相連，形成倒L形結(jié)構(gòu)；垂直枝節(jié)的另一端連接微帶饋線的一端。倒L形福射單元中的垂直枝節(jié)與類C形輻射單元中末端開路單元的第二枝節(jié)在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上部分重合，倒L形輻射單元與類C形輻射單元之間形成互耦。上述方案中，所述漸變枝節(jié)呈梯形，其中漸變枝節(jié)的寬底邊與第一枝節(jié)相連，漸變枝節(jié)的窄底邊與第二枝節(jié)相連。
上述方案中，所述漸變枝節(jié)呈直角梯形。上述方案中，所述第一枝節(jié)、第二枝節(jié)、末端短路單元、水平枝節(jié)和垂直枝節(jié)均呈長直帶狀。上述方案中，所述第一枝節(jié)和第二枝節(jié)平行，末端短路單元?jiǎng)t垂直于第一枝節(jié)和
第二枝節(jié)。上述方案中，所述水平枝節(jié)和垂直枝節(jié)垂直。上述方案中，所述垂直枝節(jié)與末端短路單元在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上平行，水平枝節(jié)與第一枝節(jié)和第二枝節(jié)在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上平行。上述方案中，所述水平枝節(jié)在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上介于第一枝節(jié)和 第二枝節(jié)之間。上述方案中，所述水平枝節(jié)的另一端還連接有一附加枝節(jié),該附加枝節(jié)的延伸方向與垂直枝節(jié)的延伸方向相同，水平枝節(jié)、垂直枝節(jié)和附加枝節(jié)形成倒U形。上述方案中，所述附加枝節(jié)呈長直帶狀。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)寬頻帶的思想是，分別拓展高低諧振點(diǎn)的阻抗帶寬，以形成由低到高的通頻帶內(nèi)的寬頻特性。類C形輻射單元的表面電流路徑較長，主要決定了低頻段的諧振特性，倒L形輻射單元的長度較短，主要決定了高頻段的諧振特性。調(diào)整類C形輻射單元與倒L形輻射單元的耦合位置時(shí)，能夠改變類C形輻射單元的阻抗形式，減小電抗分量，易于實(shí)現(xiàn)與微帶饋線的匹配。在C形結(jié)構(gòu)彎折處引入漸變枝節(jié)，能有效的展寬阻抗帶寬。倒L形輻射單元，是將原來的豎直狀末端向下彎折90度，這樣處理的好處，一方面，降低了倒L形輻射單元的垂直枝節(jié)的高度，而延長水平枝節(jié)又能保證作為高頻點(diǎn)的諧振長度，另一方面水平枝節(jié)又與末端開路單元之間引入了一定的電容效應(yīng)，影響了整個(gè)天線的阻抗形式，作為改善阻抗匹配可調(diào)參數(shù)之一。本發(fā)明提出的在介質(zhì)基板正反兩面印制輻射單元，通過輻射單元之間的相互耦合，并采用微帶線饋電方式能在高低頻點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)較平坦的阻抗特性曲線，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)天線寬頻帶的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)
I.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用雙面覆銅工藝，易于加工，成本低廉，適合批量生產(chǎn)；2.采用微帶線饋電方式，饋電形式容易，微帶線的引入對(duì)天線輻射整體性能較小;3.引入漸變結(jié)構(gòu)，有助于拓展天線的帶寬；4.可實(shí)現(xiàn)頻寬為I. 91G-4. 15G，絕對(duì)帶寬為2. 24G (駐波比〈2)，能夠覆蓋S波段，滿足2. IG頻段、Wlan (無線局域網(wǎng))、Bluetooth (藍(lán)牙)等2. 4G頻段、WiMax (全球微波互聯(lián)接入)3.5G頻段的通信需求，具有較好的增益與水平全向性。該結(jié)構(gòu)緊湊，易于裝置共形，特別適合于手持無線終端裝置。


圖I為一種寬頻平面印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的側(cè)視圖。圖3為圖I的正面示意圖。圖4為圖I的反面示意圖。
圖5為一種寬頻平面印刷天線的駐波比實(shí)測(cè)值與理論值圖。圖6為一種寬頻平面印刷天線的2. IG ZOX平面方向圖。圖7為一種寬頻平面印刷天線的2. IG ZOY平面方向圖。圖8為一種寬頻平面印刷天線的2. IG XOY平面方向圖。圖9為一種寬頻平面印刷天線的2. 45G ZOX平面方向圖。圖10為一種寬頻平面印刷天線的2. 45G ZOY平面方向圖。圖11為一種寬頻平面印刷天線的2. 45G XOY平面方向圖。圖12為一種寬頻平面印刷天線的3. 5G ZOX平面方向圖。、
圖13為一種寬頻平面印刷天線的3. 5G ZOY平面方向圖。圖14為一種寬頻平面印刷天線的3. 5G XOY平面方向圖。圖15為一種寬頻平面印刷天線的最大增益與頻率曲線圖。
具體實(shí)施例方式參見圖I和圖2，一種寬頻平面印刷天線，包括介質(zhì)基板11，其中介質(zhì)基板11的正面12印制有類C形輻射單元25和地板16，介質(zhì)基板11的背面13印制有倒L形輻射單元30和微帶饋線15。其中C形輻射單元25和倒L形輻射單元30構(gòu)成天線單元14。本發(fā)明采用的介質(zhì)基板的材料為環(huán)氧玻纖(FR4)，介電常數(shù)為4. 4，損耗角正切為0. 02，介質(zhì)基板的厚度為H=L 6mm,寬度為S2=40mm、長度Sl=50mm。參見圖3，上述類C形輻射單元25主要由末端開路單元20和末端短路單元24構(gòu)成；其中末端開路單元20包括第一枝節(jié)21、第二枝節(jié)23和漸變枝節(jié)22，漸變枝節(jié)22的兩端分別與第一枝節(jié)21和第二枝節(jié)23的其中一端連接，形成類C形結(jié)構(gòu)；末端短路單元24一端連接地板16，另一端則與末端開路單元第二枝節(jié)23的另一端相連。在本實(shí)施例中，類C形輻射單元25中末端開路單元20的第一枝節(jié)21緊貼且平行于介質(zhì)基板11的上邊緣，這樣設(shè)計(jì)的好處本身減小了天線占用介質(zhì)基板11的空間，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。第一枝節(jié)21、第二枝節(jié)23和末端短路單元24均呈長直帶狀。第一枝節(jié)21和第二枝節(jié)23平行，末端短路單元24則垂直于第一枝節(jié)21和第二枝節(jié)23。漸變枝節(jié)22呈梯形，其中漸變枝節(jié)22的寬底邊與第一枝節(jié)21相連，漸變枝節(jié)22的窄底邊與第二枝節(jié)23相連。在本實(shí)施例中，所述漸變枝節(jié)22呈直角梯形。參見圖4，上述倒L形輻射單元30主要由水平枝節(jié)31和垂直枝節(jié)32構(gòu)成；垂直枝節(jié)32的一端與水平枝節(jié)31的一端相連,并形成倒L形結(jié)構(gòu)；垂直枝節(jié)32的另一端連接微帶饋線15的一端。在本實(shí)施例中，水平枝節(jié)31和垂直枝節(jié)32垂直；垂直枝節(jié)32與微帶饋線15平行。為了調(diào)節(jié)天線的寬頻特性，本發(fā)明還可以將本實(shí)施例中的水平枝節(jié)31繼續(xù)向下彎折90度，即水平枝節(jié)31的另一端還連接有一附加枝節(jié),該附加枝節(jié)的延伸方向與垂直枝節(jié)32的延伸方向相同，水平枝節(jié)31、垂直枝節(jié)32和附加枝節(jié)形成倒U形。重新調(diào)整倒L輻射單元30各個(gè)部分的參數(shù)，能達(dá)到調(diào)整阻抗匹配與實(shí)現(xiàn)寬頻帶的目的。水平枝節(jié)31、垂直枝節(jié)32和附加枝節(jié)均呈長直帶狀。采用微帶線饋電的方式對(duì)天線饋送能量。倒L形輻射單元30中的垂直枝節(jié)32與類C形輻射單元25中末端開路單元20的第二枝節(jié)23在垂直于介質(zhì)基板11的鏡像投影平面上部分重合，倒L形輻射單元30將電磁能量耦合到類C形輻射單元25，通過倒L形輻射單元30與類C形輻射單元25之間的互耦，形成天線最終的輻射特性和阻抗特性。在本實(shí)施例中，垂直枝節(jié)32與末端短路單元24在垂直于介質(zhì)基板11的鏡像投影平面上平行；水平枝節(jié)31與第一枝節(jié)21和第二枝節(jié)23在垂直于介質(zhì)基板11的鏡像投影平面上平行；水平枝節(jié)31在垂直于介質(zhì)基板11的鏡像投影平面上介于第一枝節(jié)21和第二枝節(jié)23之間水平枝節(jié)31在垂直于介質(zhì)基板11的鏡像投影平面上介于第一枝節(jié)21和第二枝節(jié)23之間。類C形輻射單元25與倒L形輻射單元30共用地板16，地板16起了鏡像作用，有效的縮減了輻射單元的諧振長度。采用類C形結(jié)構(gòu)，一定程度上降低天線的剖面，同時(shí)保證天線的諧振長度。記末端開路單元第一枝節(jié)21的長度為LI，寬度為Wl，末端開路單元第二枝節(jié)23的長度為L2、寬度為Wl，漸變枝節(jié)22梯形的上底邊為L3，下底邊為L4，高為Hl，末端短路單元24的寬度為W2，末端開路單元第一枝節(jié)21距離地板16的高度為H2，倒L形輻射單元30的寬度為W3，水平枝節(jié)31長度為L5，垂直枝節(jié)32距離地板16高度為H3，倒L形輻射單元30與介質(zhì)基板11左邊緣的距離為L6。通過仿真分析，末端開路單元第二枝節(jié)23長度L2，倒L形輻射單元30與介質(zhì)基、板11左邊緣的距離L6以及末端開路單元第一枝節(jié)21與末端開路單元第二枝節(jié)22的的高度Hl對(duì)低頻段的阻抗匹配有較大的影響，倒L形輻射單元30的寬度W3和總體長度L5+H3影響著高頻段的頻點(diǎn)和阻抗特性。引入了漸變枝節(jié)22使得天線的阻抗特性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。對(duì)上述參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化得到最終的尺寸如下Ll=15mm, L2=10mm, L3=5. 55mm, L4=3. 2mm,L5=7. 75mm，L6=27. 2mm，Wl=2mm，W2=2mm，W3=l. 5mm，W4=2. 8mm，Hl=4mm，H2=12mm，H3=7. 25mm。圖5為采用上述尺寸的寬頻平面印刷天線的駐波比實(shí)測(cè)值與理論值圖。圖6 圖8分別為采用上述尺寸的寬頻平面印刷天線2. IG頻段下實(shí)測(cè)ZOX、ZOY和XOY平面方向圖。圖9 圖11分別為采用上述尺寸的寬頻平面印刷天線2. 45G頻段下實(shí)測(cè)ZOX、ZOY和XOY平面方向圖。圖12 圖14分別為采用上述尺寸的寬頻平面印刷天線3. 5G頻段下實(shí)測(cè)ZOX、ZOY和XOY平面方向圖。圖15為采用上述尺寸的寬頻平面印刷天線的實(shí)測(cè)最大增益與頻率曲線圖。
權(quán)利要求
1.一種寬頻平面印刷天線，包括介質(zhì)基板(11)，其特征在于介質(zhì)基板(11)的正面(12)印制有類C形輻射單元(25)和地板(16)，介質(zhì)基板(11)的背面(13)印制有倒L形輻射單元(30)和微帶饋線(15); 上述類C形輻射單元(25)主要由末端開路單元(20)和末端短路單元(24)構(gòu)成；其中末端開路單元(20 )包括第一枝節(jié)(21)、第二枝節(jié)(23 )和漸變枝節(jié)(22 )，漸變枝節(jié)(22 )的兩端分別與第一枝節(jié)(21)和第二枝節(jié)(23)的其中一端連接，形成類C形結(jié)構(gòu)；末端短路單元(24)一端連接地板(16)，另一端則與末端開路單元(20)的第二枝節(jié)(23)的另一端相連； 上述倒L形輻射單元(30 )主要由水平枝節(jié)(31)和垂直枝節(jié)(32 )構(gòu)成；垂直枝節(jié)(32 )的一端與水平枝節(jié)(31)的一端相連,形成倒L形結(jié)構(gòu)；垂直枝節(jié)(32)的另一端連接微帶饋線(15)的一端； 倒L形輻射單元(30 )中的垂直枝節(jié)(32 )與類C形輻射單元(25 )中末端開路單元(20 )的第二枝節(jié)(23 )在垂直于介質(zhì)基板(11)的鏡像投影平面上部分重合，倒L形輻射單元(30 )與類C形輻射單元(25)之間形成互耦。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于漸變枝節(jié)(22)呈梯形，其中漸變枝節(jié)(22)的寬底邊與第一枝節(jié)(21)相連，漸變枝節(jié)(22)的窄底邊與第二枝節(jié)(23)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于漸變枝節(jié)(22)呈直角梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項(xiàng)所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于第一枝節(jié)(21)、第二枝節(jié)(23)、末端短路單元(24)、水平枝節(jié)(31)和垂直枝節(jié)(32)均呈長直帶狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于第一枝節(jié)(21)和第二枝節(jié)(23 )平行，末端短路單元(24)則垂直于第一枝節(jié)(21)和第二枝節(jié)(23 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于水平枝節(jié)(31)和垂直枝節(jié)(32)垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于垂直枝節(jié)(32)與末端短路單元(24 )在垂直于介質(zhì)基板(11)的鏡像投影平面上平行，水平枝節(jié)(31)與第一枝節(jié)(21)和第二枝節(jié)(23 )在垂直于介質(zhì)基板(11)的鏡像投影平面上平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于水平枝節(jié)(31)在垂直于介質(zhì)基板(11)的鏡像投影平面上介于第一枝節(jié)(21)和第二枝節(jié)(23)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于水平枝節(jié)(31)的另一端還連接有一附加枝節(jié)，該附加枝節(jié)的延伸方向與垂直枝節(jié)(32)的延伸方向相同，水平枝節(jié)(31)、垂直枝節(jié)(32)和附加枝節(jié)形成倒U形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種寬頻平面印刷天線，其特征在于附加枝節(jié)呈長直帶狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬頻平面印刷天線，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的正面印制有類C形輻射單元和地板，介質(zhì)基板的背面印制有倒L形輻射單元和微帶饋線。倒L形輻射單元中的垂直枝節(jié)與類C形輻射單元中末端開路單元的第二枝節(jié)在垂直于介質(zhì)基板的鏡像投影平面上部分重合，倒L形輻射單元與類C形輻射單元之間形成互耦。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易加工，具有一定增益和較好的全向輻射特性，特別適用于手持終端的無線通信裝置。
文檔編號(hào)H01Q1/50GK102738576SQ201210223020
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月1日
發(fā)明者肖海林, 胡振 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)