一種寬帶縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶縫隙天線，該天線包括：板狀電介質基板、基板上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元、基板下表面金屬箔形成的地以及在地中開縫而形成的天線輻射元件，其中，天線輻射元件包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內部的第一豎直子縫隙。本發(fā)明通過使用階躍阻抗子縫隙和二分之一波長縫隙設計出一款10dB回波損耗范圍為1.5GHz到4.8GHz性能優(yōu)越的寬帶天線，可以產生五個諧振模式從而拓展天線的工作帶寬，適用于寬帶通信以及多制式通信領域。
【專利說明】一種寬帶縫隙天線

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線移動通訊的天線【技術領域】，特別涉及一種寬帶縫隙天線。

【背景技術】
[0002]近年來，無線通信技術迅速發(fā)展，人們對無線通信服務的需求日益增加，許多無線終端，如移動電話、平板電腦等，設計時都希望能兼容多種不同的通信標準，例如2G、3G、4G、Wifi等，因此負責輻射與接收信號的天線就要求具備多頻段或寬頻段的工作能力，多頻段目前研究已比較成熟，但寬頻段仍有很大的發(fā)展空間。
[0003]縫隙天線，較為常見的是波導縫隙天線以及微帶縫隙天線，因具有共面結構體積小重量輕以及易于與其他元器件集成的良好性質，微帶縫隙天線常常被用于智能移動終端上。而目前的縫隙天線仍面臨工作頻段窄的問題，因此設計一款寬頻段的縫隙天線變得尤為重要。
[0004]資料顯示的寬帶縫隙天線，該寬帶縫隙天線的結構圖如圖1所示，具體請參考“專利申請?zhí)?200880000579.4，專利名稱:寬帶縫隙天線，專利權人:菅野浩”。圖1顯示的是該專利提出的一種寬帶縫隙天線的結構，專利所提出的寬帶縫隙天線主要由二分之一波長縫隙以及饋電結構構成，該專利天線具有較寬的工作帶寬，能覆蓋整個超寬帶頻段(3.1GHz?10.6GHz)，但是低于3GHz的頻段不在該天線工作范圍，因此若利用該專利設計一款低頻段的天線存在較多不確定性。
[0005]資料顯示的縫隙天線，該縫隙天線的結構圖如圖2所示，具體請參考“專利申請?zhí)?200810086973.6，專利名稱:縫隙天線，專利權人:金一圭、金英日、鄭昌原”。圖2顯示的是該專利提出的一種縫隙天線的結構，該專利所提出的縫隙天線主要由條帶狀饋電單元、地以及天線元件(通過連接形成在基底的地面上的兩個子縫隙而形成)構成，其主要優(yōu)點是天線占用的面積小，但是工作頻段較窄，無法滿足多通信標準工作。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提出了一種寬帶縫隙天線。該寬帶縫隙天線通過對傳統(tǒng)微帶縫隙天線的改進，將均勻阻抗縫隙變?yōu)殡A躍阻抗縫隙，實現(xiàn)了對天線諧振模式的控制，在此基礎上，通過引入多條獨立縫隙，成功引入了額外的一個諧振模式，拓展了天線的工作帶寬。
[0007]本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn):
[0008]一種寬帶縫隙天線，所述寬帶縫隙天線包括:
[0009]板狀電介質基板100、基板100上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元110、基板100下表面金屬箔形成的地120以及在地120中開縫而形成的天線輻射元件130，
[0010]其中，天線輻射元件130包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內部的第一豎直子縫隙136。
[0011]優(yōu)選的，所述反C型縫隙的組成包括第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133、第四子縫隙134、第五子縫隙135，
[0012]其中，第一子縫隙131，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內部與第二子縫隙132的第一端成90度角相接；
[0013]第五子縫隙135，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內部與第四子縫隙134的第一端成90度角相接；
[0014]第三子縫隙133，其第一端形成在地的內部與第二子縫隙132的第二端成直線連接，其第二端形成在地的內部與第四子縫隙134的第二端成直線連接。
[0015]優(yōu)選的，所述第一子縫隙131與第五子縫隙135相同、第二子縫隙132與第四子縫隙134相同，使得反C型縫隙構成上下對稱的結構。
[0016]優(yōu)選的，所述第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133互不相同，形成階躍阻抗子縫隙，實現(xiàn)對所述寬帶縫隙天線的諧振模式的控制。
[0017]優(yōu)選的，所述寬帶縫隙天線的反C型縫隙內部還包括第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138，并且所述第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138相互平行設置。
[0018]優(yōu)選的，所述第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137和第三豎直子縫隙138是工作在二分之一波長的縫隙。
[0019]優(yōu)選的，所述條帶狀饋電單元110的組成包括第一條帶狀饋電子單元111和第二條帶狀饋電子單元112,
[0020]其中，所述第二條帶狀饋電子單元112與所述基板100的下邊緣垂直，并且第二條帶狀饋電子單元112的第一端設置在基板100的下邊緣處，第二條帶狀饋電子單元112的第二端與第一條帶狀饋電子單元111的第一端連接；
[0021]所述第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成J度鈍角。
[0022]優(yōu)選的，所述第一條帶狀饋電子單元111的第一端向其第二端的條帶寬度是逐漸變寬的。
[0023]優(yōu)選的，所述第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成135
度鈍角。
[0024]優(yōu)選的，所述條帶狀饋電單元110的端口處為50歐姆的阻抗匹配。
[0025]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果:
[0026]1、與傳統(tǒng)均勻阻抗縫隙相比，本發(fā)明采用階躍阻抗縫隙，可以實現(xiàn)對天線多個諧振模式的控制。
[0027]2、在反C型縫隙內部增加一組二分之一波長縫隙，額外增加了一個諧振模式，拓展了天線的工作帶寬。
[0028]3、本發(fā)明公開的天線結構設計簡單，體積小，成本低，可以適用于多種通信系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是現(xiàn)有技術中寬帶縫隙天線的結構示意圖；
[0030]圖2是現(xiàn)有技術中縫隙天線的結構示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明中提出的一種寬帶縫隙天線的豎截面剖視圖；
[0032]圖4是本發(fā)明中提出的一種寬帶縫隙天線的結構示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明中提出的一種寬帶縫隙天線的仿真結果示意圖；
[0034]圖中，附圖標記為:100-基板，110-條帶狀饋電單元，111-第一條帶狀饋電子單元，112-第二條帶狀饋電子單元，120-地，130-天線輻射元件，131-第一子縫隙，132-第二子縫隙，133-第三子縫隙，134-第四子縫隙，135-第五子縫隙，136-第一豎直子縫隙，137-第二豎直子縫隙，138-第三豎直子縫隙。

【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0036]實施例
[0037]本實施例提出的一種寬度縫隙天線的豎截面剖視圖和結構示意圖分別如圖3和圖4所示，該寬帶縫隙天線整體制作在雙面覆銅的介質基板上，使用機械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術均可容易地制作。本實施例公開的一種寬度縫隙天線的核心內容在于使用階躍阻抗縫隙和二分之一波長縫隙設計出一款性能優(yōu)越的寬帶天線。
[0038]本實施例公開的一種寬度縫隙天線以印刷電路板的方式制作在介電常數為4.2，厚度為1.5mm的聚四氟乙烯雙面覆銅微帶板上，結構如圖3和圖4所示，該實施例公開的縫隙天線在1dB反射損耗范圍為1.5GHz到4.8GHz的頻率帶寬，整體尺寸為66mmX32mm。
[0039]本實施例所提出的寬帶縫隙天線包括:
[0040]板狀電介質基板100、基板100上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元110、基板100下表面金屬箔形成的地120以及在地120中開縫而形成的天線輻射元件130，其中，天線輻射元件130包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內部的第一豎直子縫隙136。
[0041]在本實施例中，寬帶縫隙天線的反C型縫隙內部還包括第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138，并且第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138相互平行設置，具體擺放如圖4所示。
[0042]反C型縫隙的組成包括第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133、第四子縫隙134、第五子縫隙135，其中，第一子縫隙131，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內部與第二子縫隙132的第一端成90度角相接；第五子縫隙135，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內部與第四子縫隙134的第一端成90度角相接；第三子縫隙133，其第一端形成在地的內部與第二子縫隙132的第二端成直線連接，其第二端形成在地的內部與第四子縫隙134的第二端成直線連接。
[0043]第一子縫隙131與第五子縫隙135相同、第二子縫隙132與第四子縫隙134相同，使得反C型縫隙構成上下對稱的結構。第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133互不相同，形成階躍阻抗子縫隙，實現(xiàn)對所述寬帶縫隙天線的諧振模式的控制。
[0044]有三點需要強調說明:第一，第一子縫隙131以及第五子縫隙135的一端形成在地的端部邊緣處，其另一端形成在地的內部與第二子縫隙132和第四子縫隙134的其中一端成90度角相接；第二，第一子縫隙131以及第五子縫隙135尺寸相同，第二子縫隙132和第四子縫隙134尺寸相同，構成的反C型縫隙上下對稱；第三，第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138豎直平行擺放在反C型縫隙內部，具體位置例如與縫隙133距離等由仿真優(yōu)化決定。為了達到更好的阻抗匹配，第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138的長度和寬度可以有微小差異。
[0045]條帶狀饋電單元110的組成包括第一條帶狀饋電子單元111和第二條帶狀饋電子單元112，它用于從外部接收電流，并執(zhí)行耦合以使得設置在地的內部的天線元件單元產生輻射。
[0046]其中，第二條帶狀饋電子單元112與基板100的下邊緣垂直，并且第二條帶狀饋電子單元112的第一端設置在基板100的下邊緣處，第二條帶狀饋電子單元112的第二端與第一條帶狀饋電子單元111的第一端連接。
[0047]其中，第一條帶狀饋電子單元111的第一端向其第二端的條帶寬度是逐漸變寬的，該部分進行彎折以及漸進增大，這是為了對第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138更好的耦合饋電以及在整個頻段內達到更好的匹配。
[0048]在本實施例中，第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成135度鈍角，條帶狀饋電單元110的端口處為50歐姆的阻抗匹配。
[0049]整個寬帶縫隙天線的工作方式是電磁信號從條帶狀饋電單元110端口處輸入，耦合到各個縫隙形成的天線輻射元件輻射出去，接收信號的方式則相反。
[0050]圖5顯示了本實施例中寬帶縫隙天線的散射參數仿真結果，橫軸表示本實施例中寬帶縫隙天線的信號頻率，縱軸表示回波損耗(S11)的幅度。在本實施例的寬帶縫隙天線的信號發(fā)射過程中，信號的部分功率被反射回信號源，被反射的功率成為反射功率。S11表示通過本實施例中寬帶縫隙天線的信號的輸入功率與信號的反射功率之間的關系，其相應的數學函數如下:反射功率/入射功率==20*log| S11。
[0051]該寬帶縫隙天線1dB回波損耗范圍為1.5GHz到4.8GHz，相對帶寬達到了 105%，覆蓋了 GPS (1.575-GHz)，LTE (1.710-2.690GHz)，UMTS (1.920-2.170GHz)，WLAN (2.4-GHz)，WiMAX(2.5/3.5-GHz),UWB(3.1-4.8GHz，低頻段).等頻段，極其適用于寬帶通信或多制式通信領域。從該圖也可以得知，該縫隙天線產生寬帶的原理是帶內在大概1.5GHz、2GHz、3GHz、
3.8GHz、4.6GHz頻率處產生了五個諧振模式，其中前四個由反C型縫隙產生，最后一個由反C型縫隙內部的一組二分之一波長縫隙產生，五個諧振模式得到了良好的匹配，因此形成了天線的寬帶特性，適用于寬帶通信或多制式通信領域。
[0052]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述寬帶縫隙天線包括: 板狀電介質基板100、基板100上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元110、基板100下表面金屬箔形成的地120以及在地120中開縫而形成的天線輻射元件130， 其中，天線輻射元件130包括一個反型縫隙和至少一條位于反型縫隙內部的第一豎直子縫隙136。
2.根據權利要求1所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述反型縫隙的組成包括第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133、第四子縫隙134、第五子縫隙135， 其中，第一子縫隙131，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內部與第二子縫隙132的第一端成90度角相接； 第五子縫隙135，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內部與第四子縫隙134的第一端成90度角相接； 第三子縫隙133，其第一端形成在地的內部與第二子縫隙132的第二端成直線連接，其第二端形成在地的內部與第四子縫隙134的第二端成直線連接。
3.根據權利要求2所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述第一子縫隙131與第五子縫隙135相同、第二子縫隙132與第四子縫隙134相同，使得反型縫隙構成上下對稱的結構。
4.根據權利要求3所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133互不相同，形成階躍阻抗子縫隙，實現(xiàn)對所述寬帶縫隙天線的諧振模式的控制。
5.根據權利要求1所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述寬帶縫隙天線的反型縫隙內部還包括第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138，并且所述第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138相互平行設置。
6.根據權利要求5所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137和第三豎直子縫隙138是工作在二分之一波長的縫隙。
7.根據權利要求1至6任一所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述條帶狀饋電單元110的組成包括第一條帶狀饋電子單元111和第二條帶狀饋電子單元112， 其中，所述第二條帶狀饋電子單元112與所述基板100的下邊緣垂直，并且第二條帶狀饋電子單元112的第一端設置在基板100的下邊緣處，第二條帶狀饋電子單元112的第二端與第一條帶狀饋電子單元111的第一端連接； 所述第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成了度鈍角。
8.根據權利要求1至6任一所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第一條帶狀饋電子單元111的第一端向其第二端的條帶寬度是逐漸變寬的。
9.根據權利要求7所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成135度鈍角。
10.根據權利要求7所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述條帶狀饋電單元110的端口處為50歐姆的阻抗匹配。
【文檔編號】H01Q1/38GK104409841SQ201410698895
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】陳付昌, 胡豪濤, 邱捷銘, 涂治紅, 褚慶昕 申請人:華南理工大學