一种双频带圆极化平面印刷天线的制作方法

本发明属于移动通信系统和无线通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种双频带圆极化平面印刷天线。

背景技术：

近年来，随着数据传输量的剧增，无线通信业务的多元化，就需要工作于不同频段的无线通信系统。

随着全球移动通信系统(gsm)、全球定位系统(gps)、数字通信系统(dcs)、个人通信系统(pcs)、通用移动电信系统(umts)、长期演进(lte)、无线局域网(wlan)、蓝牙(bluetooth)、无线保真(wi-fi)和全球微波互联接入(wimax)等无线通信标准的提出，以及移动终端集成化和小型化的发展需求，采用多个收发天线会导致同一平台上搭载的天线数量增多，系统复杂度和成本提高。为尽量减少系统中天线的数量，同时为了避免在一个系统中存在的多个工作在不同频段的天线之间的相互耦合和干扰的影响，这就要求天线具有多频带的特性。另外，将不同的极化模式运用在多频带天线中，可以增加天线的功能性，以适应不同用途的无线通信系统，例如多频带线极化天线、多频带圆极化天线、以及多频带天线中不同极化模式的组合，这些天线在某种意义上都实现了小型化多功能的目的，而双频带圆极化天线则是多频带多极化天线的一种，它将圆极化与双频特性相结合，在两个频段内辐射或者接收旋向相同或相反的圆极化波。随着印刷和集成工艺的日趋成熟，具有剖面低、体积小、重量轻、易共形、易大批量生产和易与其它电路集成等多种优势的平面印刷天线迅速成为研究热点并得以广泛应用。

双频带圆极化天线能够在两个工作频带内接收和发射任意极化方向上的电磁波，有很强的抗干扰能力，有利于系统的小型集成化设计，可以增加通信容量，降低生产成本，更容易实现天线的智能化。现有的双频带圆极化平面印刷天线存在尺寸较大及阻抗带宽和轴比带宽较窄等问题，不能覆盖较多无线通信频段，难以满足现代通信设备轻薄化以及功能多样化的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双频带圆极化平面印刷天线，其阻抗带宽和圆极化带宽不仅可以同时覆盖wlan(2.4/5.2/5.8ghz)和wi-fi(2.4/5.5ghz)频段，还可同时覆盖bluetooth(2.5ghz)和wimax(2.5/5.5ghz)频段，并简化结构、达到天线的智能化和小型化

为实现上述发明目的，本发明一种双频带圆极化平面印刷天线，包括介质基板，其特征在于：

所述介质基板为fr-4(玻璃纤维环氧树脂)材料，其上表面印制有改进型l形微带结构、倒l形加载桩以及阻抗匹配输入馈线，其下表面印制有加载倒l形金属带和开l形槽及矩形槽的金属地面；

所述改进型l形微带结构是将l形微带结构剪切掉第一三角形微带结构、第二三角形微带结构及矩形微带结构得到；其中，l形微带结构由顺次连接的第一水平微带结构和第一竖直微带结构组成，第一水平微带结构的一端与阻抗匹配输入馈线连接，另一端与第一竖直微带结构相连；第一三角形微带结构位于第一竖直微带结构的左上角，第二三角形微带结构位于第一竖直微带结构的右下角，矩形微带结构位于第一水平微带结构的右下方，且与第二三角形微带结构右对齐；

所述倒l形加载桩由顺次连接的第二竖直微带结构和第二水平微带结构组成，其中，第二水平微带结构位于第二竖直微带结构的右侧，第二水平微带结构的右侧距离介质基板右侧边缘距离为w6，第二水平微带结构的下边缘距离改进型l形微带结构的上边缘距离为l8；

所述阻抗匹配输入馈线为矩形微带线馈线；其中，矩形微带线垂直设置，下端位于介质基板的底边中心位置处，并与输入的同轴馈电内导体连接，上端与第一水平微带结构左端连接；

所述金属地面上加载有倒l形金属带，且开有l形槽和矩形槽；从介质基板的底边往上看，倒l形金属带、l形槽和矩形槽位于金属地面顶端，从介质基板的左边往右看，倒l形金属带位于金属地面的左侧，l形槽位于金属地面的右侧；倒l形金属带由顺次连接的第三竖直微带结构和第三水平微带结构组成，且第三水平微带结构位于第三竖直微带结构的右侧，第三竖直微带结构的一端与金属地面相连接，另一端与第三水平微带结构相连；l形槽由顺次连接的水平槽和竖直槽组成，且水平槽位于竖直槽的左侧；矩形槽位于金属地面的正中间。

本发明的目的是这样实现的。

本发明一种双频带圆极化平面印刷天线，通过在介质基板上表面印制有改进型l形微带结构、倒l形加载桩以及阻抗匹配输入馈线，下表面印制有加载倒l形金属带和开l形槽及矩形槽的金属地面，通过一定的布局，实现双频带圆极化，其阻抗带宽和圆极化带宽可以同时覆盖wlan(2.4/5.2/5.8-ghz)频段、wi-fi(2.4/5.5-ghz)频段、bluetooth(2.5-ghz)频段以及wimax(2.5/5.5-ghz)频段。

同时本发明一种双频带圆极化平面印刷天线还具有以下有益效果：

(1)、与现有技术相比，该发明的阻抗和圆极化带宽更宽，除了能够覆盖常用通信频段wlan和wi-fi频段外，还可以覆盖bluetooth和wimax(2.5/5.5-ghz)频段，并且该天线具有双向辐射特性，结构简单以便于同微波电路进行集成；

(2)、本发明采用微带馈电，采用的介质基板为fr-4材料，通过所述改进型l形微带结构的不同模式来实现双频带，这样有利于天线的尺寸减小；

(3)、改进型l形微带结构还可以用来产生低频段的圆极化，通过在介质基底上表面加载倒l形微带结构和在金属地面上加载倒l形金属带及开槽的方法，可以在高频段产生圆极化，最终实现双频段圆极化；

(4)、在金属地面上开l形槽可以产生另外一个谐振点，通过在金属地面上开矩形槽可以使中间的谐振点和较高的谐振点融合，从而展宽高频段的带宽。

附图说明

图1是本发明双频带圆极化平面印刷天线的结构示意图，其中，(a)天线上表面图，(b)为天线下表面图；

图2是本发明双频带圆极化平面印刷天线的尺寸示意图，其中，(a)天线上表面图，(b)为天线下表面图；

图3是本发明实施例的仿真与测试的反射系数曲线图；

图4是本发明实施例在2.56ghz的仿真和测试辐射方向图对比图，其中，(a)为xoz面，(b)为yoz面；

图5是本发明实施例在5.76ghz的仿真和测试辐射方向图对比图，其中，(a)为xoz面，(b)为yoz面；

图6是本发明实施例的实测增益曲线图。

图中标记说明：介质基板1、阻抗匹配输入馈线2、改进型l形微带结构3、倒l形加载桩4、第二竖直微带结构41、第二水平微带结构42、l形微带结构5、第一三角形微带结构51、第二三角形微带结构52、矩形微带结构53、倒l形金属带6、第三竖直微带结构61、第三水平微带结构62、l形槽7、水平槽71、竖直槽72、矩形槽8、金属地面9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是本发明双频带圆极化平面印刷天线的结构示意图，其中，(a)天线上表面图，(b)为天线下表面图。

在本实施例中，如图1所示，本发明多频带平面印刷天线的结构示意图包括介质基板1以及上表面印制的阻抗匹配输入馈线2、改进型l形微带结构3和倒l形加载桩4，下表面印制的加载倒l形金属带6和开l形槽7及矩形槽8的金属地面9；介质基板1的材料为fr-4(玻璃纤维环氧树脂)。

如图1(a)所示，阻抗匹配输入馈线2为一矩形微带馈线，矩形微带线垂直设置，下端位于介质基板1的底边中心位置处，并与输入的同轴馈电内导体连接，上端与第一水平微带结构左端连接。

改进型l形微带结构3是将l形微带结构5剪切掉第一三角形微带结构51、第二三角形微带结构52及矩形微带结构53得到；其中，l形微带结构5由顺次连接的第一水平微带结构和第一竖直微带结构组成，第一水平微带结构的一端与阻抗匹配输入馈线2连接，另一端与第一竖直微带结构相连。

倒l形加载桩4是由顺次连接的第二竖直微带结构41和第二水平微带结构42组成，第二水平微带结构42位于第二竖直微带结构41的右侧；

如图1(b)所示，金属地面9上加载有倒l形金属带6，且开有l形槽7和矩形槽8；从介质基板1的底边往上看，倒l形金属带6、l形槽7和矩形槽8位于金属地面9的顶端，从介质基板1的左边往右看，倒l形金属带6位于金属地面9的左侧，l形槽7位于金属地面9的右侧；倒l形金属带6由顺次连接的第三竖直微带结构61和第三水平微带结构62组成，且第三水平微带结构62位于第三竖直微带结构61的右侧，第三竖直微带结构61的一端与金属地面9相连接，另一端与第三水平微带结构62相连；l形槽7由顺次连接的水平槽71和竖直槽72组成，且水平槽71位于竖直槽72的左侧；矩形槽8位于金属地面9的正中间。

其中，所述的第一水平微带结构、第一竖直微带结构、第二水平微带结构、第二竖直微带结构、第三水平微带结构、第三竖直微带结构均为矩形金属带。

图2是本发明双频带圆极化平面印刷天线的尺寸示意图，其中，(a)天线上表面图，(b)为天线下表面图。

在本实施例中，采用的介质基板1为fr-4材料，其相对介电常数为εr＝4.6,厚度h＝1.6mm,其具体的几何尺寸为：g1：42.5mm；g2：48mm；l1：14mm；l2：3mm；l3：3mm；l4：2.5mm；l5：18mm；l6：6mm；l7：12mm；l8：1mm；l9：5.85mm；l10：4.5mm；l11：40.5mm；l12：3mm；l13：4mm；l14：1mm；l15：1.5mm；l16：5.5mm；lg：14.5mm；w1：4mm；w2：6mm；w3：4.5mm；w4：4.5mm；w5：6.8mm；w6：4.45mm；w7：3.6mm；w8：3mm；w9：5mm；w10：4mm；w11：18.8mm；w12：17mm；w13：11mm；w14：4mm；w15：10mm；w16：8.5mm；w17：2mm；w18：3.75mm；

其中，以下参数在相应的范围内变化时同样可以得到较好的效果：如图2(a)所示，阻抗匹配输入馈线的上边缘比第二水平微带结构的上边缘高l3，l3＝2.8～3.2mm；第二竖直微带结构的高度l5为18～19mm；第二水平微带结构的高度l6为5～6.5mm；第二三角形微带结构的高l10为13.55～14.05mm，另一条直角边的长w4为4～5mm；第二水平微带结构的右侧距离介质基板右侧边缘距离w6为4.45mm，其下边缘距离改进型l形微带结构的上边缘距离l8为1mm；如图2(b)所示，金属地面的高lg为14～15mm。

实施例

本发明的效果可通过上述具体双频带圆极化平面印刷天线的测试来进一步说明：

对本实施例双频带圆极化平面印刷天线的反射系数s11进行仿真和测试，其结果如图3所示，由测试结果可以看出本发明的阻抗带宽为370mhz(2.38-2.75ghz)和2330mhz(4.05-6.38ghz)，圆极化带宽为610mhz(2.39-3ghz)和850mhz(5.15-6ghz),阻抗带宽和圆极化带宽的重合的带宽为360mhz(2.39-2.75ghz)和850mhz(5.15-6ghz)。上述结果表明该天线不仅能够同时覆盖wlan(2.4/5.2/5.8-ghz)频段和wi-fi(2.4/5.5-ghz)频段，还可以覆盖bluetooth(2.5-ghz)频段和wimax(2.5/5.5-ghz)频段。

对本实施例双频带圆极化平面印刷天线在2.56ghz和5.76ghz的xoz面和yoz面的辐射方向图进行仿真和测试，并进行对比，其中，图4(a)为2.56ghz在xoz面的辐射方向图，图4(b)为2.56ghz在yoz面的辐射方向图。图5(a)为5.76ghz在xoz面的辐射方向图，图5(b)为5.76ghz在yoz面的辐射方向图。由图4和图5可见，本发明双频带圆极化平面印刷天线具有双向辐射特性，在+z方向辐射左旋圆极化波，而在-z方向辐射右旋圆极化波。

对本发明实施例的增益进行测试，其结果如图6所示，本发明在2.39-2.75ghz工作频段内的测得的峰值增益的变化范围为：0.88dbi-1.4dbi；在5.15-6ghz工作频段内测得的峰值增益的变化范围为3.9dbi-4.5dbi。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。