专利名称：金属吊顶环境下室内覆盖平面天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于移动通信系统的室内覆盖天线，特别涉及一种为金属吊顶环 境下室内覆盖平面天线。
背景技术：
随着装潢材料的变革，金属吊顶正以其美观、安全性能好等优点而成为室内装潢 的一个新热点。金属吊顶可近似为无限大金属地面，它对天线的性能影响很大。无论是传 统天线，还是不断涌现的新型共形(平面)天线，往往由于在该环境下驻波性能恶化而无法 在该环境下使用。微带天线具有平面结构、剖面低、重量轻、容易制造、能与微波电路集成等诸多优 点，已在常规环境下获得广泛应用(参见钟顺时编著，微带天线理论与应用，西安电子科技 大学出版社，西安，1991)。近年来并已发展了很多宽频带技术(参见S. S. arong，X. Y. an and X. L Liang, UWB planar antenna technology, Frontiers of Electrical and Electronic Engineering in China, vol. 2. no. 2，pp. 126-144，June2008)，文献(J. -Y. Sze and K.-L Wong, Bandwidth enhancement of a microstrip line-fed printed wide-slot antenna, IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 49，No. 7，pp. 1020 - 1024， Jul. 2001)对一微带线馈电的宽缝天线用叉形微带枝节来展宽频带，文献(姚凤薇、钟顺 时，新型带扇形馈源的宽带缝隙天线，电波科学学报，第20卷，第5期，pp. 675 - 277，Oct. 2005)用扇形微带馈源和一微带枝节来展宽宽缝微带天线的频带。但是，在金属吊顶环境 下实现上述功能还未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种金属吊顶环境下室内覆盖 平面天线。可在金属吊顶环境下实现在800 960MHz与1710MHz 2700MHz双频段内驻 波比均不大于2，从而可覆盖移动通信各个通用频段，如GSM (890 960MHz)、DCS (1710 1880MHz),PCS (1850 1990MHz),UMTS (1920 2170MHz,WLAN (2400 2484MHz)禾口 LTE (2600MHz——2700MHz)等。它具有平面印刷结构，剖面低(厚度只有0. 7mm——3mm量级)， 结构简单，成本低。本发明的设计思想是采用专门设计的宽缝隙，以使天线阻抗频带宽。该缝隙为多 边形，下边向上凸出，微带馈线终端为蝶形微带馈源。蝶形微带馈源的两臂与多边形缝隙下 边二者在介质板正面法线方向的投影之间形成一线性渐变的缝隙(见图1，由gap_N到gap_ B)，可方便地调节渐变缝隙的耦合，实现宽带阻抗匹配。同时，外加二寄生贴片耦合，使匹配 带宽更宽。根据上述的发明构思，本发明采用了下述技术方案
一种金属吊顶环境下室内覆盖平面天线，由介质基板、印制在其正面的一段50欧姆微 带线导带与蝶形微带终端即蝶形馈源及两段寄生贴片与开有多边形缝隙的底面金属层构成。其特征在于
a.与微带线导带相连馈源的蝶形馈源翅尾长度为13mm 25mm，靠近微带线导带的 宽度为Imm 15mm ；两翅相距为2mm 15mm ；翅长为30mm 50mm ；微带线导带的长度为 15mm 40mm ；
b.所述多边形缝隙是以长方形为基形，该长方形的地步向内凸起，该凸起的尖顶正处 于微带线导带与蝶形馈源相连处，从而与蝶形馈源形成渐变缝隙耦合，该多边形缝隙的尺 寸能包容整个蝶形馈源，该长方形的顶边与两侧边以45°倒角线相连；
c.所述蝶形微带馈源的两臂与多边形缝隙下边在介质板正面法线方向的投影之间形 成线性渐变缝隙，该渐变缝隙的小端缝隙为0. 2 2mm，而大端缝隙为3 13mm ；
d.两段寄生贴片为长短不一的长方形，与缝隙上方边的投影距离约为0.1 2mm，其中 较长一片长度为28 39mm (约为^OOGHz基板等效波长λ g的四分之一)，宽为3 7mm ； 较短一片长度为9 15mm，宽为3 7mm。e.在底面金属层上设置有SMA或N型接头，该接头内导体穿过介质基板与所述50 欧姆微带线导带相连；该接头外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。所述介质基板的相对介电常数为2 10。所述介质基板和底面金属层的四边角安装定位的固定螺丝孔。本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发 明采用了专门设计的多边形缝隙与蝶形微带馈源组合，使天线阻抗频带宽，在改变蝶形微 带馈源的两臂与多边形下边之间投影形成的线性渐变的缝隙，可实现在无限金属地环境下 的宽带阻抗匹配，外加二寄生贴片，使匹配带宽更宽。本发明可知金属吊顶环境下，实现 800 960MHz与1710 2700MHz的双频带内驻波比均不大于2，从而可覆盖移动通信的各 个通用频段。
图1是本发明天线正视图 图2是图1的侧视图
图3本发明一个实施的天线正面 图4是图3所示天线的底面金属层 图5是图3所示天线的参数示意图 图6是图3所示天线的具体实施天线尺寸图 图7是实现同样作用的另一实施例的天线示意图 图8是两种安装定位板示意图 图9是在放置铝板环境下的天线驻波比曲线图 图10是图6所示天线的880MHz频率方向图 图11是图6所示天线的2150MHz频率方向图。
具体实施方式
与实例
实施例1 参见图1、图2、图3、图4、图5所示，本金属吊顶环境下室内覆盖平面天线， 由介质基板3、印制在其正面的一段50欧姆微带线导带7与蝶形微带终端即蝶形馈源2及 两段寄生贴片6a、6b与开有多边形缝隙的底面金属层8构成。
a.与微带线导带7相连馈源的蝶形馈源2的翅尾长度为(bw2)为13mm 25mm，靠 近微带线导带的宽度(bwl)为Imm 15mm ；两翅相距(bLl)为2mm 15mm ；翅长(bL2)为 30mm 50mm ；微带线导带7的长度(ML)为15mm 40mm ；
b.所述多边形缝隙1是以长方形为基形，该长方形的下边向内凸起，该凸起的尖顶正 处于微带线导带7与蝶形馈源2相连处，从而与蝶形馈源2形成渐变缝隙耦合，该多边形缝 隙的尺寸能包容整个蝶形馈源2，该长方形的顶边与两侧边以45°倒角线相连；
c.所述蝶形微带馈源2的两臂与多边形缝隙1下边在介质板正面法线方向的投影之 间形成一线性渐变缝隙，该渐变缝隙的小端缝隙(Gap_N)为0. 2 2mm，而大端缝隙(Gap_B) 为3 13mm ；
d.两段寄生贴片6a、6b为长短不一的长方形，与多边形缝隙1上方边的投影距离约为 0. 1 2mm，其中较长一片(6b)长度(pL2)为观 39mm (约为^OOMHz基板等效波长λ g 的四分之一，宽(pw2)为3 7mm;较短一片(6a)长度(pLl)为9 15mm，宽(pwl)为8 16mm ；
e.在底面金属层8上设置有SMA或N型接头5，该接头5内导体穿过基片与天线正面 的50欧姆微带线导带相连；该接头外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。实施例2 本实施例与实施例1基本相同特征如下，如图7所示特别之处如下所 述介质基板的相对介电常数为2 10。所述介质基板和底面金属层的四边角安装定位的固定螺丝孔。如图6所示，所述实例天线的具体的尺寸，该实例天线的基板厚度为1. 6mm，板材 为FR-4，介电常数为4.4。如图7所示，所述实现同样功能的天线示意图，其具体结构与图1 图6所述天线 的结构相同。如图8所示，由于所述发明天线是通过缝隙辐射的，所以在安装时要对天线安装 处的吊顶金属面开槽，槽的尺寸应不小于天线缝隙大小；为了将天线准确固定在吊顶金属 面上，在所述天线四角开四个固定螺孔^ 4d。同时，已设计了两种安装定位板模具，以便 给吊顶金属面准确开槽和便于准确定位安装，并提高安装效率。如图9所示，是在图6具体天线实例下，模拟无限大金属地环境下实测驻波比图， 由图我们可以看出在800MHz 960MHz和1710MHz 2700MHz频段内驻波比均小于2。如图10、图11所示，是在图6具体天线实例下，模拟无限大金属地环境下测试的 仿真辐射方向图，由图我们可以看出，方向图的波瓣比较宽，这样有利于扩大天线的覆盖范 围。如图所示，
本发明天线参数选择如下 L天线体的长度 W天线体的宽度，
swl蝶形馈源2翅尾和与之相平行宽缝1边的投影距离， sw2多边形缝隙1凸起部分紧紧相连边到基板边的距离， sw3寄生贴片与之相平行宽缝边的投影距离， pwl寄生贴片6a的宽度，PLl寄生贴片6a的长度 pw2寄生贴片6b的宽度， PL2寄生贴片6b的长度 cwl多边形缝隙1倒角宽度， cw2多边形缝隙1倒角宽度， Gap_N线性渐变缝隙的最小宽度， Gap_B线性渐变缝隙的最大宽度
本发明天线在实例天线(如图所示)的驻波比曲线如图9所示，可见在806MHz 2700MHz频段上其驻波比均小于2。这是样品天线在背面有大铝板(模拟金属吊顶)的环境 条件下测得的；传统天线在这种条件下驻波性能都大大恶化。本发明天线两个频点的辐射 方向图示于图10和图11。
权利要求
1.一种金属吊顶环境下室内覆盖平面天线，由介质基板(3)、印制在其正面的一段50 欧姆微带线导带(7)与蝶形微带终端即蝶形馈源(2)及两段寄生贴片(6a、6b)与开有多边 形缝隙的底面金属层(8)构成；其特征在于a.与微带线导带(7)相连馈源的蝶形馈源(2)的翅尾长度为(bw2)为13mm 25mm，靠 近微带线导带的宽度(bwl)为Imm 15mm ；两翅相距(bLl)为2mm 15mm;翅长(bL2)为 30mm 50mm ；微带线导带(7)的长度(ML)为15mm 40mm ；b.所述多边形缝隙(1)是以长方形为基形，该长方形的下边向内凸起，该凸起的尖顶 正处于微带线导带(7)与蝶形馈源(2)相连处，从而与蝶形馈源(2)形成渐变缝隙耦合， 该多边形缝隙的尺寸能包容整个蝶形馈源(2)，该长方形的顶边与两侧边以45°倒角线相 连；c所述蝶形微带馈源(2)的两臂与多边形缝隙(1)下边在介质板正面法线方向的投影 之间形成一线性渐变缝隙，该渐变缝隙的小端缝隙(Gap_N)为0. 2 2mm，而大端缝隙(Gap_ B)为 3 13mm ；d.两段寄生贴片(6a、6b)为长短不一的长方形，与多边形缝隙(1)上方边的投影距离 约为0. 1 2mm，其中较长一片(6b)长度(pL2)为28 39mm (约为^OOMHz基板等效波长 λ g的四分之一，宽(pw2)为3 7謹；较短一片(6a)长度(pLl)为9 15謹，宽(pwl)为 8 16mm ；在底面金属层(8)上设置有SMA或N型接头(5)，该接头(5)内导体穿过基片与 天线正面的50欧姆微带线导带相连；该接头外接50欧姆同轴馈线来对天线馈电。
2.根据权利要求书1所述的金属吊顶环境下室内覆盖平面天线，其特征在于所述介质 基板(3)的相对介电常数(ε r)为2 10。
3.根据权利要求书1所述的金属吊顶环境下的室内覆盖平面天线，其特征在于所述介 质基板(3)和其底面金属层(8)的四边角上开有安装定位的固定螺孔如、仙、如、4(1。
全文摘要
本发明涉及用于移动通信系统的一种金属吊顶环境下室内覆盖平面天线。它由介质基板、印制在其正面的一段50欧姆微带线导带、蝶形微带馈源及两段寄生贴片与开有多边形缝隙的底面金属层构成。它可在金属吊顶环境下实现在800～960MHz与1710MHz～2700MHz双频段内驻波比均不大于2，从而可覆盖移动通信各个通用频段。它具有平面印刷结构，剖面低、制作简单、成本低；并已设计了两种安装定位板模具，安装简便。
文档编号H01Q13/08GK102088133SQ20101058431
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者孔令兵, 钟顺时 申请人:上海大学