三频段超材料加载的小型化单极天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波微带天线技术领域，是由微带线制作工作在多个频率下的微带小型化单极天线，具体涉及一种三频段超材料加载的小型化单极天线。
【背景技术】
[0002]无线通信技术是近年来信息通信领域中发展最迅速的技术之一，继全球移动通信系统(GSM:890MHz-960MHz)、数字通信系统(DCS: 1.71GHz-l.88GHz)、个人通信系统(PCS:1.85GHz-l.99GHz)、通用移动电信系统(UMTS: 1.92GHz_2.17GHz)之后，出现了无线局域网(WLAN: 2.4GHz-2.484GHz、5.15GHz_5.25GHz、5.725GHz_5.825GHz)、全球微波互联接入(WiMAX: 3.4GHz-3.6GHz)、蓝牙(Bluetooth: 2.4GHz_2.5GHz)、无线互联(Wi_F1: 2.4GHz_2.4846取)和超宽带(冊8:3.16取-10.66取)等无线通信系统。可以说无线通信方式在现代通信领域中占有越来越重要的地位。
[0003]随着移动终端设备向小型化、集成化的方向发展，不同通信系统需要相互融合、新旧系统间需要实现兼容。对于这些工作于不同频段的通信系统，采用不同的收发天线对于系统间的融合和集成以及天线布局极为不利。因此，单一天线也需要同时覆盖两个或多个频带，以便同时满足多个系统的工作需要。这就要求天线具有小型化、多频带/超宽带的特性，多频带天线的优点是能同时覆盖多个通信频段，从而能减少系统中天线的数量、有利于在有限平台上天线的合理布局，并能降低系统的制造成本。
[0004]虽然天线的发展历史悠久，但是对于多频天线的研究属于最近才兴起的新兴课题，尤其是从近几年开始，微波多频天线己逐步进入市场化阶段，到目前为止，己经提出了很多新型的多频天线结构。由于微带线天线具有小尺寸，易于加工，便于集成的特点，而且还能通过采用不同的衬底材料在很大的频率范围内应用，因此国外很多多频天线的研究报告都是以平面微带结构为基础的。2009年，台北的常南提出一种T型折线结构的微带天线，但这个天线只能工作在两个谐振频率下，应用范围小。2011年，徐平提出一种叉状的不同长度枝节加载的多频天线，但这种传统方法会大大增加天线尺寸。2012年，王平提出了一种共面波导馈电的具有三个谐振频率的天线，但天线结构过于复杂，在实际调谐当中非常不便。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种三频段超材料加载的小型化单极天线，解决了现有技术微带天线不能同时兼具小型化、多频带的特性，不能实现同时覆盖多个通信频段的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是，一种三频段超材料加载的小型化单极天线，包括在介质基板正面靠上设置有辐射贴片，在辐射贴片的正上方设置有一个方形环一，辐射贴片向下连接有微带馈线，在辐射贴片中刻蚀有两个倒L型缝隙，该两个倒L型缝隙的短边朝向同一侧，该两个倒L型缝隙的长边朝向微带馈线；
[0007]在介质基板背面与正面方形环一对应位置设置有另一个方形环二，方形环二向下连接有一条接地线。
[0008]本发明的三频段超材料加载的小型化单极天线，其特征还在于:
[0009]辐射贴片的长度为8.5 土 1mm，宽度为6.5 ± lmrn。
[0010]方形环一和方形环二的尺寸相同，长度为6.5± 1mm，宽度为4± 1mm，环宽为0.5土0.2mm。
[0011 ] 接地线的长度为8.9 土 1mm，宽度为0.3 ± 0.1mm。
[0012]本发明的有益效果是，基于传统的微带小型化单极天线，在辐射贴片上增加两个倒L型缝隙，并引入一种环形超材料加载结构，在不增加天线主体尺寸的情况下，具有两个窄带谐振频段和一个宽频谐振频段，可覆盖2.4-GHz无线局域网/蓝牙(2400MHz-2484MHz)，全球微波互联接入(2500-2690MHz/3400-3690MHz)，5-GHz无线局域网(5150-53505MHz/5725-5825MHZ)，并且可以降低天线的谐振频率，扩展天线的频带范围，使得天线结构更加紧凑，调节方便灵活，能够覆盖多个移动通信频段，在应用的通信系统中，发挥重要作用。
【附图说明】
[0013]图1是本发明小型化单极天线的正面结构示意图；
[0014]图2是本发明小型化单极天线的反面结构示意图；
[0015]图3是本发明的小型化单极天线实际应用安装结构示意图；
[0016]图4是本发明的小型化单极天线的频率响应特性曲线。
[0017]图中，1.三频小型化单极天线，2.放大器一，3.放大器二，4.滤波器一，5.下变频电路，6.滤波器二，7.放大器三，8.参考晶振，9.频率合成器，10.AGC模块，11.A/D转换，12.微处理器，13.相关通道，14.存储器，15.辐射贴片，16.倒L型缝隙，17.微带馈线，18.方形环一，19.方形环二，20.接地线。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步描述。
[0019]参照图1、图2，本发明三频段超材料加载的小型化单极天线(以下简称小型化单极天线)，其结构是，包括在介质基板正面靠上设置有长方形的辐射贴片15，在辐射贴片15的正上方设置有一个方形环一 18，辐射贴片15向下连接有微带馈线17，在辐射贴片15中刻蚀有两个倒L型缝隙16，该两个倒L型缝隙16的短边朝向同一侧(同时直接穿通辐射贴片15的该侧边沿)，该两个倒L型缝隙16的长边朝向微带馈线17，改变辐射贴片15和两个倒L型缝隙16的尺寸数值就能够实现调节小型化单极天线的三个谐振频率的数值范围；在介质基板背面与正面方形环一 18对应位置设置有另一个相同尺寸的方形环二 19，方形环二 19向下连接有一条接地线20。
[0020]本发明小型化单极天线的尺寸参数范围是:辐射贴片15的长度为8.5±1mm，宽度为6.5± 1mm;方形环一 18和方形环二 19的尺寸相同，长度为6.5± 1mm，宽度为4± 1mm，环宽为0.5 ± 0.2mm ；接地线20的长度为8.9 土 1_，宽度为0.3 ± 0.1_。
[0021]本发明小型化单极天线在实际应用时，根据不同的通信场合和应用需要，通过上述的各个部位尺寸参数的选择，实现调整小型化单极天线的三个频段的中心频率，来达到不同的应用需求。
[0022]实施例
[0023]参照图3，将本发明小型化单极天线应用于通信系统接收机中，该接收机的主体结构是，包括三频小型化单极天线1，三频小型化单极天线1与放大器一 2、放大器二 3、滤波器一 4、下变频电路5、滤波器二 6、放大器三7、A/D转换11依次连接，A/D转换11与相关通道13(相关部件之间的信号通道)连接，相关通道13与微处理器12和存储器14同时互相连接，微处理器12和存储器14之间互相连接;另外，参考晶振8通过频率合成器9与下变频电路5的另一输入端连接，并且放大器三7设置有自己的AGC模块10，用于反馈控制。
[0024]上述的三频小型化单极天线1和放大器一2—起称为天线单元；
[0025]上述的放大器二 3、滤波器一 4、下变频电路5、滤波器二 6、放大器三7、参考晶振8、频率合成器9和AGC模块10—起称为下变频电路单元；
[0026]上述的A/D转换11、微处理器12、相关通道13和存储器14一起称为基带信号处理单
J L.ο
[0027]放大器一2、放大器二3和放大器三7，优选Avago公司的MGA683P8型号产品，或者Skyworks 公司的 SKY65047-360LF 型号产品。
[0028]下变频电路5优选Ettus research公司的RFX1200子板。
[0029]基带信号处理单元优选Ettus research公司的通用软件无线电平台USRP1。
[0030]本实施例中的三频小型化单极天线1的具体尺寸是:辐射贴片15的长度为8.5mm，宽度为6.5mm;方形环一 18和方形环二 19的尺寸相同，长度为6.5mm，宽度为4mm，环宽为
0.5mm ；接地线20的长度为8.9mm，宽度为0.3mm。
[0031]在系统工作时，首先三频小型化单极天线1从空中接收微弱的电信号，经由放大器一 2放大信号功率到需求水平后送入滤波器一 4，滤除各种无用信号及噪声信号后进入下变频电路5，降低各通信频道间的信号干扰;同时，参考晶振8(TCX0)的信号也通过频率合成器9进入下变频电路5;根据不同的应用需要选择下变频电路5将接收信号下变频到中频频率，再次经过滤波器二6后经过放大器三7的自循环回路，送入后级的基带信号处理单元，基带信号处理单元最后完成基带信号的处理工作。
[0032]参照图4，是本发明三频小型化单极天线1实施例的频率响应特性曲线，三个频段的中心频率分别位于3.5GHz、5.2GHz和5.9GHz，工作带宽分别为1.8GHz(2.3?4.1GHz),500MHz(4.9?5.42GHz)和800MHz(5.7?6.5GHz)，各频段反射系数均小于_15dB，完全能够覆盖多个移动通信应用频段，性能符合相关的技术要求。
【主权项】
1.一种三频段超材料加载的小型化单极天线，其特征在于:包括在介质基板正面靠上设置有辐射贴片(15)，在辐射贴片(15)的正上方设置有一个方形环一(18)，辐射贴片(15)向下连接有微带馈线(17)，在辐射贴片(15)中刻蚀有两个倒L型缝隙(16)，该两个倒L型缝隙(16)的短边朝向同一侧，该两个倒L型缝隙(16)的长边朝向微带馈线(17); 在介质基板背面与正面方形环一(18)对应位置设置有另一个方形环二(19)，方形环二(19)向下连接有一条接地线(20)。2.根据权利要求1所述的三频段超材料加载的小型化单极天线，其特征在于:所述的辐射贴片(15)的长度为8.5±lmm，宽度为6.5±lmm。3.根据权利要求1所述的三频段超材料加载的小型化单极天线，其特征在于:所述的方形环一(18)和方形环二(19)的尺寸相同，长度为6.5 ± 1mm，宽度为4 ± 1mm，环宽为0.5 ±0.2mmo4.根据权利要求1所述的三频段超材料加载的小型化单极天线，其特征在于:所述的接地线(20)的长度为8.9±lmm，宽度为0.3±0.1mm。
【专利摘要】本发明公开了一种三频段超材料加载的小型化单极天线，包括在介质基板正面靠上设置有辐射贴片，在辐射贴片的正上方设置有一个方形环一，辐射贴片向下连接有微带馈线，在辐射贴片中刻蚀有两个倒L型缝隙，该两个倒L型缝隙的短边朝向同一侧，该两个倒L型缝隙的长边朝向微带馈线；在介质基板背面与正面方形环一对应位置设置有另一个方形环二，方形环二向下连接有一条接地线。本发明的结构，根据不同的通信场合和应用需要，通过上述各个部位尺寸参数的调节，实现调整小型化单极天线的三个频段的中心频率，达到不同的应用需求。
【IPC分类】H01Q13/08, H01Q1/36, H01Q1/38
【公开号】CN105428797
【申请号】CN201610049344
【发明人】席晓莉, 师晓敏, 张金生
【申请人】西安理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2016年1月25日