一种基于多谐振模式的PIFA的制作方法

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种基于多谐振模式的pifa(planarinvertedf-shapedantenna，平面倒f形天线)。

背景技术：

现代无线通信技术的飞速发展,对终端设备提出了越来越高的要求。许多系统需要工作带宽大且结构简单、易与无线通信设备集成的天线。微带贴片天线具有外形小、成本低、易于制造等优点，在近年来得到了广泛的研究和发展。

微带天线具有如下优点：第一，剖面低，即天线尺寸小，便于集成在印刷线路板(printedcircuitboard,pcb)上；第二，微带天线的性能非常多样化，不同形状的辐射贴片，不同的馈电方式以及不同的组阵方式，可以实现多种极化方式；第三，微带天线的常用材料一般价格低廉。

pifa主要包括四部分：接地平面、短路金属片、辐射金属片和同轴馈线。pifa具有小型化、结构紧凑的特点，使其具有便于内置、加工简单、成本低、后向辐射小等优点，而被广泛应用于移动通信终端，尤其是移动终端设备中。

但目前现有的微带天线存在阻抗带宽窄的问题，而现有的微带天线带宽扩展技术主要有：采用多层贴片；采用王型贴片；采用倒u型天线；采用e型天线等。但上述天线都需要高轮廓，这与微带天线的低轮廓特性不符。另外，将两种奇异模态耦合在一起的方法能够在保证微带天线低轮廓特性的条件下有效扩展微带天线的带宽。然而，由于只有两种奇模组合，这些天线的阻抗带宽仅为传统微带天线的两倍，这可能会阻碍这些微带天线在宽带通信系统中的应用，因此现有技术不能有效解决微带天线阻抗带宽窄的问题，且现有技术中尚未见将三个谐振模式结合实现pifa带宽扩展的报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于多谐振模式的pifa，解决现有的pifa阻抗带宽过窄，且现有天线带宽扩展技术不能有效解决微带天线阻抗带宽窄的问题，通过对辐射贴片开槽、改变辐射贴片长宽比的方式，实现天线的多谐振模式，从而增大天线的阻抗带宽。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多谐振模式的pifa，所述pifa包括：介质基板、接地平面、辐射贴片、短路金属片，以及馈电单元；其中，

所述接地平面为所述pifa的反射面，其位于所述介质基板的正下方且与所述介质基板平行，所述辐射贴片位于所述介质基板的上表面且与所述接地平面平行，所述短路金属片位于所述介质基板的侧平面，用于连接所述辐射贴片和所述接地平面；所述馈电单元位于所述接地平面上，其通过馈电探针连接到所述介质基板的下表面；

所述辐射贴片的a模式零电流位置处开设有一矩形槽，从而激发出b模式，并通过增大所述矩形槽的长度，在保持a模式谐振频率不变的前提下，减小b模式的谐振频率，达到扩展所述pifa带宽的目的；同时，通过减小所述辐射贴片的长度，在不影响a模式和b模式谐振频率的前提下，增大c模式的谐振频率，进一步扩展所述pifa的带宽；所述pifa通过结合a、b、c三种谐振模式，有效扩展了天线带宽。

进一步地，所述辐射贴片为矩形金属贴片，且所述辐射贴片的尺寸小于所述介质基板上表面尺寸。

进一步地，所述矩形槽与所述辐射贴片的长边平行。

进一步地，矩形槽的中点与辐射贴片上下边缘的中点在同一水平线上。

进一步地，所述介质基板与所述接地平面之间存在预设高度的空气缝隙。

进一步地，所述馈电单元为圆形结构。

进一步地，所述馈电探针为圆柱体结构。

进一步地，所述馈电探针的顶部设置有一矩形金属片，所述矩形金属片用于进行电容耦合馈电并实现预设要求的阻抗匹配。

进一步地，所述pifa的馈电方式为同轴馈电，其端口平面设置为集总端口激励。

进一步地，所述pifa的端口阻抗为50ω。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的基于多谐振模式的pifa，通过对辐射贴片采用矩形开槽、减小辐射贴片长度的方式，将a、b、c三种谐振模式结合，有效扩展了天线带宽。同时通过馈电探针连接介质基板的下表面和接地平面，并在馈电探针顶部添加一个矩形金属片，进行电容耦合馈电，并通过调整矩形金属片的长宽，实现良好的阻抗匹配。本发明的基于多谐振模式的pifa具有结构紧凑、宽频带、制作成本低等优点，可用于无线通信系统收发设备。

附图说明

图1a为本发明实施例提供的基于多谐振模式的pifa的立体图；

图1b为本发明实施例提供的基于多谐振模式的pifa的侧视图；

图1c为本发明实施例提供的基于多谐振模式的pifa的俯视图；

图2a、2b、2c分别为a、b、c三种模式的谐振频点处的电流强度分布图；

图3为基于多谐振模式的pifas11扫频分析图；

图4a、4b、4c分别为a、b、c三种模式的谐振频点处归一化辐射方向图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。当然，可以理解的是，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；而是可以通过不同形式来对其加以实现。下列实施例仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

本实施例针对现有的pifa阻抗带宽过窄，且现有天线带宽扩展技术不能有效解决微带天线阻抗带宽窄的问题，提供一种基于多谐振模式的pifa；本实施例中的天线类型为pifa，其具有等向辐射特性。当天线谐振时，电流主要分布在天线的水平部分和对地短路部分，馈电部分则基本无电流分布，可以通过调整馈电点的位置来实现阻抗匹配。该类型天线具有几何结构简单、制作成本低等优点。

本实施例采用了辐射贴片开槽技术，对辐射贴片采用矩形开槽、减小辐射贴片长度的方式增加天线谐振模式。通过结合a、b、c三种谐振模式，达到带宽扩展的目的。同时，在馈电探针顶部添加一个矩形金属片，进行电容耦合馈电，并调整矩形金属片的长宽，达到阻抗匹配。馈电方式采用同轴馈电天线馈电端口使用集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为t。

微带天线中tmmn模式谐振频率fmn表达式为：

式中c为自由空间中光速，εr为基底的相对介电常数，ls为辐射贴片的长，w为辐射贴片的宽，m＝1,2,3…以及n＝1，2，3…。

对pifa，谐振频率的近似计算公式为：

式中：f0为谐振频率；c是自由空间中的光速；l1和w1分别为辐射贴片的长度和宽度；h2和ws分别为短路金属片的高度和宽度。

具体地，请参阅图1a、图1b及图1c，本实施例的基于多谐振模式的pifa包括：介质基板、接地平面、辐射贴片、短路金属片，以及馈电单元；其中，

接地平面为pifa的反射面，尺寸为ls×ws，其位于介质基板的正下方且与介质基板平行，在介质基板与接地平面之间存在高度为h2的空气缝隙；辐射贴片是尺寸为ls×w的矩形金属贴片，其位于介质基板的上表面且与接地平面平行，该辐射贴片的尺寸小于介质基板上表面尺寸。短路金属片位于介质基板的侧平面，用于连接辐射贴片和接地平面，该短路金属片的长和高分别为ls和(h1+h2)；

辐射贴片的a模式零电流位置处开设有一l1×w1的矩形槽，该矩形槽与辐射贴片的长边平行，且该矩形槽的中点与辐射贴片上下边缘的中点在同一水平线上。通过开设矩形槽激发出b模式，并通过增大矩形槽的长度，在保持a模式谐振频率不变的前提下，减小b模式的谐振频率，达到扩展天线带宽的目的；同时，为了进一步扩展天线带宽，通过减小辐射贴片的长度，在基本不影响a模式和b模式谐振频率的前提下，激发出c模式，并将c模式的谐振频率增加到a模式和b模式谐振频率附近。通过将a、b和c三种谐振模式的结合，有效的扩展了天线的带宽。

馈电单元为半径为r2的圆形结构，其位于接地平面上，并通过一个半径为r1，高度为h2的圆柱体型的馈电探针连接到介质基板的下表面；该馈电探针的顶部设置有一尺寸为l2×w2的矩形金属片，进行电容耦合馈电，并调整矩形金属片的长和宽，进而实现阻抗匹配。

进一步地，本实施例的pifa的馈电方式为同轴馈电，其端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗为50ω。

a、b、c三种模式的谐振频点处的电流强度分布图分别如图2a、2b、2c所示；基于多谐振模式的pifas11扫频分析图如图3所示，可以看出-10db阻抗带宽为24.5％，覆盖范围为5.34～6.83ghz。而a、b、c三种模式的谐振频点处归一化辐射方向图则分别如图4a、4b、4c所示。

由以上技术方案可以看出，本发明通过对辐射贴片采用矩形开槽的方式，在矩形辐射贴片a模式的零电流位置处开槽，激发出b模式；并增大矩形槽的长度，在保持a模式谐振频率基本不变的前提下，减小b模式的谐振频率，达到扩展带宽的目的。同时，减小辐射贴片的长度，在基本不影响a模式和b模式的谐振频率的前提下，增大c模式的谐振频率，进一步扩展天线带宽。在馈电探针顶部添加一个矩形金属片，进行电容耦合馈电，并调整矩形金属片的长宽，实现良好的阻抗匹配。通过将a、b和c三种谐振模式的结合，达到扩展天线带宽的目的。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。