一种差分馈电三频平面天线的制作方法

本实用新型涉及移动通信领域，尤其涉及一种差分馈电三频平面天线。

背景技术：

随着近几十年通信系统的飞速发展，人们对通信系统的要求不断提高。天线作为现代通信系统的核心组成部分，也提出了越来越高的要求。传统天线多数采用单端口馈电模式，为了解决单端口天线与射频前端的集成，通常采用巴伦(平衡不平衡转换器)把差分信号转换为单端口信号后馈入单端口天线。而单端口天线限制了采用差分端口的集成射频前端的使用和普及。差分天线采用了两个馈电端口，可以直接将天线的两个端口与差分端口的射频前端连接，从而提高了系统的集成度，减少了信号在输入端口的损耗，提高了天线效率，同时差分天线采用完全对称的结构，具有极低的交叉极化。因此，差分天线的研究具有十分重要的现实意义和良好的应用前景。

随着现代移动通信的发展，通信频段在不断增加，通常需要部署更多的天线来满足日益增加的通信需求，而三频天线使用一副天线即可满足多种制式的通信系统需求，具有可节约制作成本，减小天线占地面积，降低通信系统复杂性等优点。在无线网络接入领域，现阶段WiMAX和Wi-Fi 垂直切换技术已经被开发利用。Wi-Fi系统和WiMAX系统如果可以同时工作，即可以实现远距离传输、高速的宽带接入，又具有灵活性和移动性。因此，WLAN/WiMAX三频天线作为无线局域网系统关键部件之一，其研究是具有理论意义和实用价值的。

常见的差分馈电三频天线的实现方法主要有两种，分别是超宽带滤波天线和多振子天线。超宽带滤波天线具有带宽较宽、易于控制带宽等优点，但是超宽带滤波天线结构设计较为复杂，且具有增益较低、方向图不稳定等问题；多振子天线一般是多个独立振子的直接组合，需要给每个频段设置独立的馈电端口，增加了系统的复杂性，且振子天线多为立体结构，所占辐射面积较大，不易于在实际场合大规模布置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种差分馈电三频平面天线。所述天线采用平面结构，具有辐射增益高和方向图稳定的特点，能够覆盖2.45-GHz、3.5-GHz和5-GHz频段。

本实用新型的目的能够通过以下技术方案实现：

一种差分馈电三频平面天线，包括反射板、支撑结构、介质基板、第一馈线、第二馈线和天线辐射单元；

所述反射板为底座，采用金属板；

所述介质基板通过支撑结构固定在反射板上，支撑结构固定面为介质基板的背面；

所述支撑结构包括M根支撑柱，支撑柱为绝缘材料，M≥4；

所述天线辐射单元蚀刻在介质基板上，包括一个低频振子、第一中频振子、第二中频振子、第一高频振子、第二高频振子、共面微带线以及微带线馈电结构；低频振子关于天线辐射单元的中心对称，末端延展呈T型结构；第一中频振子和第二中频振子分别通过共面微带线与低频振子连接，第一中频振子与第二中频振子关于低频振子长边对称；第一高频振子通过共面微带线与第一中频振子连接，第二高频振子通过共面微带线与第二中频振子连接，第一高频振子与第二高频振子关于低频振子长边对称；微带线馈电结构连接低频振子的两长边，且不与低频振子、中频振子及高频振子共面。

所述第一馈线穿过反射板连接介质基板；所述第二馈线穿过反射板连接介质基板；第一馈线内芯通过非金属化过孔与微带线馈电结构的一端焊接，第二馈线的内芯通过非金属化过孔与微带线馈电结构的一端焊接，第一馈线的外芯和第二馈线的外芯分别与低频振子的两长边进行焊接。

具体地，所述低频振子、中频振子和高频振子均蚀刻在介质基板的背面；所述微带线馈电结构蚀刻在介质基板的正面；所述共面微带线蚀刻在介质基板的正面。

进一步地，所述天线辐射单元为轴对称结构，对称轴横向穿过天线辐射单元的中心位置。

进一步地，两个中频振子通过共面微带线与低频振子并联，中频振子一端向低频振子的反方向弯折，能够用于覆盖低频2.45-GHz频段，中频 3.5-GHz频段。

进一步地，两个高频振子通过共面微带线与中频振子并联，高频振子一端向低频振子的方向弯折，能够用于覆盖低频2.45-GHz频段，中频 3.5-GHz频段，高频5-GHz频段。

进一步地，所述微带线馈电结构为金属短截线，关于天线辐射单元对称，与低频振子长边平行。

优选地，微带线馈电结构的特征阻抗为50Ω。

本实用新型相较于现有技术，具有以下的有益效果：

1、本实用新型中采用了差分馈电技术，避免了由于采用巴伦导致的射频前端损耗，提高了天线效率。同时采用了平面结构和集合振子，能够减少馈电端口，减少辐射面积，提高射频前端集成度，具有结构简单，易于制作和在实际场合大规模布置的优点。

2、本实用新型能够覆盖无线局域网2.45-GHz、5-GHz频段和 WiMAX3.5-GHz三个频段，且能够在2.40-5.51GHz频段内增益达到8.0dBi 以上，在3.40-3.60GHz频段内增益达到8.5dBi以上，在5.14-6.05频段内增益达到8.0dBi以上，具有稳定的方向图和极低的交叉极化的优点。

附图说明

图1是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线的立体结构示意图。

图2是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线的剖面图。

图3是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线的正视图。

图4是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线的阻抗带宽示意图。

图5是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线的增益示意图。

图6(a)和图6(b)是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线在 2.45GHz的辐射正视面方向图和左视面方向图。

图7(a)和图7(b)是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线在 3.5GHz的辐射正视面方向图和左视面方向图。

图8(a)和图8(b)是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线在 5.2GHz的辐射正视面方向图和左视面方向图。

图9(a)和图9(b)是本实用新型所述一种差分馈电三频平面天线在 5.8GHz的辐射正视面方向图和左视面方向图。

图中，1-辐射单元，2-反射板，3A-第一馈线，3B-第二馈线，4-支持结构，5A-第一高频振子，5B-第二高频振子，6A-第一中频振子，6B-第二中频振子，7-低频振子，8-微带线馈电结构，9-共面微带线，10A-第一非金属化过孔，10B-第二非金属化过孔，11-介质基板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-3所示为一种差分馈电三频平面天线的结构示意图，所述天线包括反射板2、支撑结构4、第一馈线3A、第二馈线3B、介质基板11和天线辐射单元1。

所述反射板为底座，采用金属板；

所述介质基板通过支撑结构固定在反射板上，支撑结构固定面为介质基板的背面；

所述支撑结构包括M根支撑柱，支撑柱为绝缘材料，M≥4；

在本实施例中，反射板3采用铝板；介质基板11采用高频板材 Rogers4350B，厚度为0.76mm，相对介质常数为3.48；支撑结构4中的支撑柱采用塑料。

介质基板通过支撑结构固定在反射板上，天线辐射单元蚀刻在介质基板上；第一馈线和第二馈线分别馈入幅度相等，相位相差180度的差分信号；第一馈线和第二馈线均采用软同轴，第一馈线内芯通过非金属化过孔 10A与微带线馈电结构8的一端焊接，第二馈线内芯通过非金属化过孔10B 与微带线馈电结构的另一端焊接；第一馈线和第二馈线的外芯分别与低频振子的两长边进行焊接。

所述天线辐射单元蚀刻在介质基板上，包括一个低频振子7、第一中频振子6A、第二中频振子6B、第一高频振子5A、第二高频振子5B、共面微带线9以及微带线馈电结构8；低频振子关于天线辐射单元的中心对称，末端延展呈T型结构，延展端为低频振子的底端；第一中频振子和第二中频振子分别通过共面微带线与低频振子连接，第一中频振子与第二中频振子关于低频振子长边对称；第一高频振子通过共面微带线与第一中频振子连接，第二高频振子通过共面微带线与第二中频振子连接，第一高频振子与第二高频振子关于低频振子长边对称；微带线馈电结构连接低频振子的两长边，且不与低频振子、中频振子及高频振子共面。

天线辐射单元为轴对称结构，对称轴横向穿过天线辐射单元的中心位置。低频振子的底端相对，关于天线辐射单元中心对称，且低频振子蚀刻在介质基板的背面；

两个中频振子通过共面微带线与低频振子并联，两个中频振子一端均向低频振子的反方向弯折，非弯折端为第一中频振子和第二中频振子的底端。第一中频振子的底端通过共面微带线连接在低频振子的底端，第二中频振子的底端通过共面微带线连接在低频振子的底端，第一中频振子与第二中频振子关于天线辐射单元中心对称，且第一中频振子与第二中频振子蚀刻在介质基板的背面。

两个高频振子通过共面微带线与中频振子并联，两个高频振子一端均向低频振子的方向弯折，非弯折端为第一高频振子和第二高频振子的底端。第一高频振子的底端通过共面微带线连接在第二中频振子的底端，第二高频振子的底端连接通过共面微带线连接在第二中频振子的底端，第一高频振子与第二高频振子关于天线辐射单元中心对称，且第一高频振子与第二高频振子蚀刻在介质基板的背面。

微带线馈电结构为金属短截线，微带线馈电结构关于天线辐射单元的对称轴对称，与低频振子长边平行，且微带线馈电结构蚀刻在介质基板的正面。在本实施例中，微带线馈电结构的特征阻抗为50Ω。

如图4所示，是本实施例的阻抗带宽，由图可以得出结论，本实用新型的差分馈电三频平面天线具有2.40-2.51GHz，3.40-3.60GHz， 5.14-6.05GHz的阻抗带宽，回波损耗基本达-15dB，可覆盖WLAN的 2.40-2.48GHz频段、5.2-5.8GHz频段和WiMAX的3.4-3.6GHz频段，且由如图5所示，可知本实施例在2.40-2.48GHz的频段内增益达到8.0dBi以上，在3.4-3.6GHz频段内增益达到8.5dBi以上，在5.2-5.8GHz频段内增益达到8.0dBi以上。

如图6(a)和图6(b)所示，以图2为左视图，图6(a)是本实例在2.4GHz频段中心频点的增益正视面方向图，图6(b)为本实例在2.4GHz 频段中心频点的增益左视面方向图，由图可知，差分馈电三频平面天线具有稳定的辐射方向增益图，前后比大于10dB，天线适用于WLAN系统。

如图7(a)和图7(b)所示，以图2为左视图，图7(a)是本实例在3.5GHz频段中心频点的增益正视面方向图，图7(b)为本实例在3.5GHz 频段中心频点的增益左视面方向图，由图可知，差分馈电三频平面天线具有稳定的辐射方向增益图，前后比大于15dB，天线适用于WiMAX系统。

如图8(a)和图8(b)所示，以图2为左视图，图8(a)是本实例在5.2GHz频段中心频点的增益正视面方向图，图8(b)为本实例在5.2GHz 频段中心频点的增益左视面方向图，由图可知，差分馈电三频平面天线具有稳定的辐射方向增益图，前后比大于15dB，天线适用于WLAN系统。

如图9(a)和图9(b)所示，以图2为左视图，图9(a)是本实例在5.8GHz频段中心频点的增益正视面方向图，图9(b)为本实例在5.8GHz 频段中心频点的增益左视面方向图，由图可知，差分馈电三频平面天线具有稳定的辐射方向增益图，前后比大于15dB，天线适用于WLAN系统。

本实施例仅用一个辐射单元就可以覆盖三个频段获得15dB的阻抗带宽，具有简单的平面结构，制作简单；且本实施例是由差分馈电的，有利于与射频前端的集成；工作带宽大，阻抗带宽可覆盖WLAN的2.40-2.48GHz 频段、WiMAX的3.4-3.6GHz频段和5.2-5.8GHz频段，天线增益高，同时辐射方向图稳定。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。