一种非对称共面馈电的f形单极子天线的制作方法
【专利摘要】本发明属于无线通信领域，尤其是指一种可应用于GPS、WLAN/WiMAX中的非对称共面馈电的F形单极子天线。一种非对称共面馈电的F形单极子天线，所述天线包括介质板，接地面，F型贴片；介质板板面上印刷有F形贴片、接地面，以及非对称共面馈线；F形贴片顶部设有Γ形缝隙，接地面上设有的两个矩形缝隙，所述F形贴片、接地面，以及非对称共面馈线位于介质板的同一面。本发明简单的结构和小型的尺寸能够降低成本和减小制造的复杂度。与此同时，它的辐射方向为全向辐射，具有良好的增益，能同时工作在GPS/WLAN/WiMAX频段，在工程上具有很广阔的应用价值。
【专利说明】
-种非对称共面馈电的F形单极子天线
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信领域，尤其是指一种可应用于GPS、WLAN/WiMAX中的非对称共 面馈电的F形单极子天线。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信的迅速发展和计算机技术、智能手机等便携设备，笔记本电脑，平板 电脑，几乎成为至关重要的部分在我们的日常生活中。对于运样的产品，除了基本特征如尺 寸紧凑，漂亮的外观，操作简便，用户将更多关注它是否能支持多种无线通信协议标准如全 球定位系统(GPS)、无线局域网(WLAN)、全球微波互联接入技术(WiMAX)等等。因此设计一种 支持各种通信标准的多波段天线给天线设计师带来了新的挑战和机遇。
【发明内容】
[0003] 为解决W上问题，本发明提供了一种结构简单、尺寸紧凑的非对称共面馈电单极 子天线可同时满足GPS、WLAN和WiMAX多个频段的通信需求。
[0004] -种非对称共面馈电的F形单极子天线，所述天线包括介质板，接地面，F型贴片； 介质板板面上印刷有F形贴片、接地面，W及非对称共面馈线;F形贴片顶部设有r形缝隙(F 形单极子天线上挖出的r形槽孔），接地面上设有的两个矩形缝隙，所述F形贴片、接地面， W及非对称共面馈线位于介质板的同一面。
[0005] 所述r形缝隙作为所述天线的主要福射单元，包括从左到右依次连通的3个缝隙： 缝隙S1、缝隙S2、缝隙S3;缝隙S1的尺寸为10 X 2mm2，缝隙S2的尺寸为11.5 X Imm2，缝隙S3的 尺寸为7 XO. SmnA
[0006] r形缝隙激励出1.58GHz，2.45GHz，3.08G监和5.38GHzS个通信频段。
[0007] 所述介质板为FR4基板，介电常数为4.3。所述介质板的长度为40mm，所述介质板的 宽度为20mm，所述介质板的厚度为1.6mm。
[000引优选的所述两个矩形缝隙位于接地面的两端。所述r形缝隙作为所述天线的主要 福射单元。
[0009] 优选的所述接地面的尺寸为6 X 17mm2。接地面上的两个矩形缝隙尺寸相同均为2 X4mm^〇
[0010] 优选的所述非对称共面馈线的特征阻抗为50欧姆，所述非对称共面馈线的宽度为 2.5mm，所述非对称共面馈线距离侧边地平面0.5mm。所述非对称共面馈线的主要作用是用 于激励所述天线的福射单元，即r形缝隙。
[0011] 本专利所提出的单极子缝隙天线制作在1.6mm厚的FR4介质板上，其相对介电常数 为4.3。介质板的一面设有F形上挖出的r形缝隙，运是本发明天线的主要福射单元。介质板 上设有50欧姆的非对称共面馈线，用于激励本天线的福射单元。
[0012] 本发明天线通过r形缝隙激励出1.58G化，2.45G化，3.08G监和5.38G化S个通信 频段，可W完全覆盖 1.575-G监 GPS、2.4/5.2/5.8-GHz WLAN和2.5/3.5/5.5-GHz WiMAX工 作频段的标准，并具有良好的福射特性。由于运两个缝隙工作在V4的谐振模式，使得本发 明天线可W满足结构简单、尺寸紧凑的设计需求。本发明天线制作在40 X 20mm2的介质板 上，可方便的集成于各种小型化终端机。
[0013] 与现有技术相比，本发明天线很好地将尺寸进一步减小，简单的结构和小型的尺 寸能够降低成本和减小制造的复杂度。与此同时，它的福射方向为全向福射，具有良好的增 益，能同时工作在GPS/WLAN/WiMAX频段，在工程上具有很广阔的应用价值。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明天线顶部结构示意图。
[0015] 图2甚太发巧天线顶部结构R寸图（a甚结构图，h甚r缝隙R寸图，单仿：mm)，
[0016]
[0017]图3是本发明天线实物图（下位测量尺）。
[001引图4是本发明天线的表面电流分布图；
[0019]四个工作频段：（a)为 1.575細Z，（b)为2.5GHz，（C)为3.5GHz，（d)为5.5GHz时的表 面电流分布图，在1.575GHz的天线表面电流分布明显可W看出，电流分布主要在r形缝隙 周围，而天线表面电流在2.5G化处主要分布在S2和S3周围，天线表面电流在3.5G化主要分 布于r形的S2的下半部分和S3而天线表面电流在5.5G化分布于S3。
[0020] 图5是本发明天线的回波损耗。
[0021] 图6是本发明天线的福射方向图，（a)~（d)分别展示了本发明天线在1.575GHZ, 2.5G化，3.5G化和5.5G化处的实测与仿真的福射方向图。
[0022] 图7是本发明天线增益图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0024] -种非对称共面馈电单极子天线，所述天线包括介质板1，接地面2,介质板1面上 印刷的F形贴片3，F形贴片3上设有r形缝隙4(F形贴片3上挖出的r形槽孔），和接地面2上 挖出的两个矩形缝隙5, W及非对称共面馈线6,所述F形贴片3、接地面2, W及非对称共面馈 线6位于介质板1的同一面。
[0025] 本发明设及一种非对称共面馈电单极子天线，此天线制作在介电常数为4.3的FR4 介质板上，它的厚度为1.6mm，它的尺寸为40X20mm2。
[00%] 请参阅图1所示，本发明天线正面由介质面上的r形缝隙，接地面W及在接地面上 挖出的两个矩形缝隙（槽孔)组成，运个r形缝隙槽孔是本天线的主要福射单元。r形缝隙 开口缝隙，位于整个天线的上半部分。
[0027] r形缝隙与介质板上边沿的距离为2mm，它由依次连接的3个缝隙组成，它们是缝 隙Sl、缝隙S2、缝隙S3，如图2所示。缝隙Sl的尺寸为10 X 2mm2，缝隙S2的尺寸为11.5 X Imm2， 缝隙S3的尺寸为7X0.5mm2。接地面上的两个矩形缝隙尺寸相同均为2X4mm2,如图2所示。
[0028] 请参阅图2a所示，本发明天线左下位置设有50欧姆的非对称共面馈线，用来激励 天线正面的曲线缝隙福射单元。它的长度为7mm，宽为2.5mm;与地平面板左边缘的距离为 0.5mm。
[0029] 根据W上描述的天线几何参数，对本发明设及的单极子缝隙天线进行了加工和测 试。天线的加工实物照片如图3所示，接下来将会给出天线的回波损耗、电流分布、福射方向 图和增益的仿真、实测结果。计算结果由CST瞬态求解器获得，实验数据是由安捷伦8720ET 矢量网络分析仪测得。
[0030] (1)回波损耗
[0031] 仿真和实测的回波损耗结果对比如图5所示，从仿真和实测的回波损耗结果图可 W看出本发明天线成功地被激励出=种谐振模式。本发明天线在1.58G化处获得了一个较 窄的阻抗带宽（1.54-1.61GHz)，在高频段处获得了S个较宽的阻抗带宽（2.31-2.7GHZ2， 3.10-3.75細Z，5.03-5.95G监）。它能够同时覆盖 1.575-細Z GPS、2.4/5.2/5.8-GHz WLAN和 2.5/3.5/5.5-G化WiMAX工作频段。仿真和实测之间的偏差可能是受介质板的介电常数偏 差W及加工误差的影响，但总体来说，实测结果跟仿真结果较为一致。
[0032] (2)电流分布
[0033] 本发明天线分别在四个工作频段1.575G监（图4a)，2.5細Z (图4b)，3.5細Z(图4c) 和5.5GHz(图4d)时的表面电流分布图由图4所示，可W观察到在运些频段的谐振模式是由 不同的电流路径独立激发的。在1.575GHz的天线表面电流分布明显可W看出，电流分布主 要在r形缝隙周围，而天线表面电流在2.5GHz处主要分布在S2和S3周围，天线表面电流在 3.5G化主要分布于r形的S2的下半部分和S3而天线表面电流在5.5G化分布于S3。
[0034] (3)福射方向图
[0035] 图6(a)~(d)展示了本发明天线在1.575G监，2.5GHz ,3.5G化和5.5G化处的实测与 仿真的福射方向图，可W看出福射方向图的仿真和实测结果在合理的误差范围内保持很好 的一致性。由此图可知，在所有频带Y-Z面的福射方向图都呈全向性。
[0036] (5)天线增益
[0037] 本发明天线从1G化到6G化的峰值增益如图7所示，天线在四个频段1.575GHZ， 2.5細Z，3.5GHz和5.5GHz的增益在0.26-3.50地i之间，可W很好的满足大多数GPS/WLAN/ WiMX的实际应用要求。
【主权项】
1. 一种非对称共面馈电的F形单极子天线，所述天线包括介质板，接地面，F型贴片； 其特征在于，介质板板面上印刷有F形贴片、接地面，以及非对称共面馈线;F形贴片顶 部设有F形缝隙，接地面上设有的两个矩形缝隙，所述F形贴片、接地面，以及非对称共面馈 线位于介质板的同一面。2. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于:所述Γ形缝隙作为所述天线的主要辐射单 元，包括从左到右依次连通的3个缝隙：缝隙S1、缝隙S2、缝隙S3; Γ形缝隙激励出1.58GHz， 2.45GHz，3.08GHZ和 5.38GHz 三个通信频段。3. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于:缝隙S1的尺寸为10X2mm2,缝隙S2的尺寸为 11 · 5 X 1mm2，缝隙 S3的尺寸为7 X 0 · 5mm2。4. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述介质板为FR4基板，介质板的长度为 40mm，介质板的宽度为20mm，介质板的厚度为1.6mm。5. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于:两个矩形缝隙位于接地面的两端。6. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于:所述接地面的尺寸为6X 17mm2接地面上开 出的两个矩形缝隙尺寸均为2 X 4_2。7. 根据权利要求1所述的天线，其特征在于:所述非对称共面馈线主要作用是用于激励 Γ形缝隙，其特征阻抗为50欧姆，所述非对称共面馈线的宽度为2.5mm，所述非对称共面馈 线距离侧边地平面0.5mm。
【文档编号】H01Q1/48GK105977627SQ201610407235
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】任王, 胡树伟, 江晨
【申请人】浙江工商大学