一种紧凑型三频微带天线

1.本实用新型涉及移动天线技术领域，尤其涉及一种紧凑型三频微带天线。


背景技术：

2.随着全球5g(5
th generation mobile netwoks，第五代移动通信技术)通信领域的发展与推动，目前的单频带系统已经无法满足实际的要求，无线通信系统需要在多个频段工作。人们对于天线的性能提出了更高的标准和要求，多频段工作成为天线设计的重要发展方向之一。
3.无线局域网技术：wlan(wireless lan)是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立起来的网络，是计算机网络和无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正随时，随地，随意的网络接入。1997年6月，第一个wlan标准ieee802.11正式颁布实施，为wlan的物理层和mac层提供了一个统一的标准。如今wlan的广泛应用，几乎每天我们都能体验到wlan给我们的生活带来的高效和便捷。在家里，通过无线路由器，我们不必再端端正正的坐在电脑旁，可以坐在沙发上，躺在床上，甚至可以坐在马桶上收发邮件，尽情享受摆脱有线束缚带来的自由。在候车室，手捧笔记本和pad的人们正逐渐代替手捧报纸和杂志的人们。走进咖啡厅，越来越多的人第一件事不是点餐，而是询问咖啡厅无线网络的密码。
4.引导飞机、舰船、车辆能够按既定航线航行的过程称为导航。利用无线电技术对运载体航行的全部过程实现导航的方法称为无线电导航。能够完成一定的无线电导航人物的技术装置组合，称为无线电导航系统。在各种复杂气象条件下，采用最有效的方法，以规定的精准度，在指定的时间内把飞行器引导到预定目标是航空导航的基本任务。航空无线电导航在生活与军事中都有着很多的应用。蓝牙技术是一种无线通讯标准,可实现固定设备,移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换(使用2.4；2.485ghz的ism波段的uhf无线电波)。经过蓝牙1.0到5.0的技术变迁，从音频传输、图文传输、视频传输，再到以低功耗为主打的物联网传输.第一代蓝牙是关于短距离通讯的早期探索；第二代蓝牙是发力传输速率的edr时代；第三代蓝牙传输速率很提高，传输速率高达24mbps；第四代蓝牙主推low energy低功耗；第五代蓝牙开启了物联网时代大门。
5.现有的三频微带天线，在某些频点回波损耗较低，但是三个带宽较窄，并且天线的尺寸较大，在有些装置中难以使用，对于现代各种集成工艺来说并不适用。或者，介质基板的横截面积较小，但厚度较厚，且在三个频点的回波损耗都较高，对电磁波接收的影响较大。又或者，虽然三个频率的工作带宽都非常理想，但是其回波损耗高，且天线的增益较低。


技术实现要素：

6.为克服现有技术的缺点的不足，本实用新型提供一种紧凑型三频微带天线。该天线结构简单，采用了共面波导结构的馈电方法，性能稳定，在无线局域网络(wlan)、航空无线电导航频段和蓝牙频段这三个频段都具有很好的性能增益，可应用于航空领域，同时具
有良好的带宽特性和较低的回波损耗。
7.本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：设计一种紧凑型三频微带天线，其特征在于，该天线包括一个fr4介质基板、第一金属贴片和第二金属贴片，第一金属贴片与第二金属贴片均设置于fr4介质基板的上表面；其中第一金属贴片为接地面，包括边框贴片和分支贴片，边框贴片覆盖fr4介质基板的上表面且在其正中间的位置上设置有一个圆形腐蚀孔，在圆形腐蚀孔的下部衔接有一个以fr4介质基板的竖直方向对称轴为对称轴的缺口，该缺口的下边缘处与fr4介质基板的下边缘处重合，圆形腐蚀孔的圆心位于fr4介质基板的竖直方向对称轴上；分支贴片为由矩形贴片构成的近似螺旋形的结构，其设置在圆形腐蚀孔内部的左侧且其上部的末端与边框贴片上部的内侧衔接在一起；
8.第二金属贴片包括辐射贴片和微带馈线，辐射贴片为由矩形贴片构成的近似螺旋形的结构，其设置于圆形腐蚀孔内部的右侧，且其下部的左侧末端与微带馈线的右侧的顶部衔接在一起；微带馈线设置于圆形腐蚀孔内部的下侧，且其下部位于圆形腐蚀孔下方的缺口内，其下部的边缘处与fr4介质基板的下边缘处重合；微带馈线的竖直方向对称轴与fr4介质基板的竖直方向对称轴重合；
9.分支贴片的顶部为一竖直设置的一号贴片，一号贴片的顶端为弧形曲线边，该弧形曲线边与边框贴片上部左侧的内侧衔接在一起；一号贴片的底部衔接在水平设置的二号贴片的上部的左侧末端；二号贴片的下部的右侧末端与竖直设置的三号贴片的顶部衔接在一起，三号贴片的底部与水平设置的四号贴片的上部的右侧末端衔接在一起；四号贴片的上部的左侧末端与竖直设置的五号贴片的底部衔接在一起，五号贴片右侧的顶部与水平设置的六号贴片的左侧末端衔接在一起；六号贴片的下部的右侧末端与竖直设置的七号贴片的顶部衔接在一起；
10.辐射贴片的水平设置的下部贴片的左侧末端与微带馈线的右侧的顶部衔接在一起，下部贴片的上部的右侧末端与右侧竖直贴片的底部衔接在一起；右侧竖直贴片的顶部与水平设置的上部贴片的下部的右侧末端衔接在一起，上部贴片的左侧末端与左侧竖直贴片的右侧顶部衔接在一起，左侧竖直贴片的右侧的下部与水平设置的中部贴片的左侧末端衔接在一起。
11.与现有技术相比，本实用新型具有以下显著优点：本实用新型设计的天线，通过在金属贴片上增加两个由长方形贴片构成的近似螺旋形的结构，以及开圆形槽的方法，延长天线有效电流路径，拓宽了天线的工作带宽，降低了天线在工作频点的反射系数。此外，采用了传统的环氧树脂材料作为天线介质基板，相对于其他材料，环氧树脂材料具有成本低、电绝缘性能稳定、平整度好、表面光滑、无凹坑的特点，天线的馈电结构采用了共面波导馈电结构，提高了天线的覆盖频率的带宽。仿真结果表明：天线的工作带宽分别达到了2.32-2.68ghz，2.71-2.95ghz，5.62-6.75ghz。其中心频率2.4ghz的反射系数为-44.2db；其中心频率2.85ghz的反射系数为-24.3db；其中心频率5.8ghz的反射系数为-25.5db。同时在三个频段下天线都能够稳定的工作，且天线的尺寸较小，可以在许多的电子器件中使用。
附图说明
12.图1是本实用新型一种紧凑型三频微带天线一种实施例的结构示意图。
13.图2是本实用新型一种紧凑型三频微带天线一种实施例的第二金属贴片结构示意
图。
14.图3是本实用新型一种紧凑型三频微带天线的实施例1所得天线的反射系数图。
15.图4是本实用新型一种紧凑型三频微带天线的实施例1所得天线的电压驻波比图。
16.图5是本实用新型一种紧凑型三频微带天线的实施例1所得天线的输入阻抗图。
17.图6是本实用新型一种紧凑型三频微带天线的实施例1所得天线在中心频率为2.4ghz的辐射方向图。
18.图7是本实用新型一种紧凑型三频微带天线的实施例1所得天线在中心频率为2.85ghz的辐射方向图。
19.图8是本实用新型一种紧凑型三频微带天线的实施例1所得天线在中心频率为5.8ghz的辐射方向图。
具体实施方式
20.下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型方案作进一步的阐述。
21.本实施例提供一种紧凑型三频微带天线(简称天线，参见图1-2)，其特征在于，该天线包括一个fr4介质基板、第一金属贴片和第二金属贴片，第一金属贴片与第二金属贴片均设置于fr4介质基板的上表面；其中第一金属贴片为接地面，包括边框贴片4和分支贴片2，边框贴片4覆盖fr4介质基板的上表面且在其正中间的位置上设置有一个圆形腐蚀孔，在圆形腐蚀孔的下部衔接有一个以fr4介质基板的竖直方向对称轴为对称轴的缺口，该缺口的下边缘处与fr4介质基板的下边缘处重合，圆形腐蚀孔的圆心位于fr4介质基板的竖直方向对称轴上；分支贴片2为由矩形贴片构成的近似螺旋形的结构，其设置在圆形腐蚀孔内部的左侧且其上部的末端与边框贴片4上部的内侧衔接在一起。
22.第二金属贴片包括辐射贴片1和微带馈线3，辐射贴片1为由矩形贴片构成的近似螺旋形的结构，其设置于圆形腐蚀孔内部的右侧，且其下部的左侧末端与微带馈线3的右侧的顶部衔接在一起；微带馈线3设置于圆形腐蚀孔内部的下侧，且其下部位于圆形腐蚀孔下方的缺口内，其下部的边缘处与fr4介质基板的下边缘处重合。微带馈线3的竖直方向对称轴与fr4介质基板的竖直方向对称轴重合。
23.分支贴片2的顶部为一竖直设置的一号贴片，一号贴片的顶端为弧形曲线边，该弧形曲线边与边框贴片4上部左侧的内侧衔接在一起；一号贴片的底部衔接在水平设置的二号贴片的上部的左侧末端；二号贴片的下部的右侧末端与竖直设置的三号贴片的顶部衔接在一起，三号贴片的底部与水平设置的四号贴片的上部的右侧末端衔接在一起；四号贴片的上部的左侧末端与竖直设置的五号贴片的底部衔接在一起，五号贴片右侧的顶部与水平设置的六号贴片的左侧末端衔接在一起；六号贴片的下部的右侧末端与竖直设置的七号贴片的顶部衔接在一起。
24.辐射贴片1的水平设置的下部贴片的左侧末端与微带馈线3的右侧的顶部衔接在一起，下部贴片的上部的右侧末端与右侧竖直贴片的底部衔接在一起；右侧竖直贴片的顶部与水平设置的上部贴片的下部的右侧末端衔接在一起，上部贴片的左侧末端与左侧竖直贴片的右侧顶部衔接在一起，左侧竖直贴片的右侧的下部与水平设置的中部贴片的左侧末端衔接在一起。
25.本实用新型设计的天线，天线采用了共面波导馈电方式进行馈电，即接地面与辐
射贴片在同一平面；另外，在接地面的内部设置有一个近似螺旋形的分支贴片，辐射贴片与微带馈线均设置在接地面的内部，且辐射贴片为近似螺旋形结构，两个螺旋结构增加了电流的传播路径，延长天线有效电流路径，拓宽了天线的工作带宽，降低了天线在工作频点的反射系数。
26.作为实施例1，该紧凑型三频微带天线除了具有上述结构外，还具有下述参数：fr4介质基板为一个边长为40mm的正方形，其厚度为0.6mm；
27.边框贴片4的外部轮廓所在的正方形的边长为40mm，其上的圆形腐蚀孔的半径r0为16mm，圆形腐蚀孔下部的缺口的宽度w2＝3.5mm；
28.微带馈线3的长l2＝12mm，宽w1＝2.42mm。
29.辐射贴片1的下部贴片长度l3＝11.48mm，右侧竖直贴片长度l4＝6mm，上部贴片的长度l5＝8.6mm，左侧竖直贴片的长度l6＝6mm，中部贴片的长度l7＝6.98mm，该五个贴片的宽均为1.37mm。
30.分支贴片2的一号贴片的底部到边框贴片4的顶部的距离m1＝12mm，二号贴片的长度m2＝10mm，三号贴片的长度m3＝12mm，四号贴片的长度m4＝11mm，五号贴片的长度m5＝8mm，六号贴片的长度m6＝7mm，七号贴片的长度m7＝7mm，该七个贴片的宽度均为1.2mm。
31.分支贴片2的右侧与辐射贴片1左侧之间的距离为0.02mm。
32.采用仿真的方式将本实施例所得的天线进行性能测试，图3是本实施例所得天线的反射系数曲线图，从图2中可以看出天线的三个中心频率分别为2.4ghz、2.85ghz和5.8ghz，在谐振频率处反射系数分别为-44.2db、-24.3db和-25.5db，工作带宽分别为2.32-2.68ghz、2.71-2.95ghz和5.62-6.75ghz，可以看出第三个频段具有超宽带特性，可以实现超宽带的工作要求。
33.图4是本实施例所得天线的电压驻波比曲线图，从图3中可以看出天线在工作频段的电压驻波比都小于2，符合应用要求。
34.图5是本实施例所得天线的输入阻抗图，从图4中可以看出天线在三个频点的输入阻抗实部都接近于50欧姆，符合应用要求。
35.图6是本实施例所得天线在中心频率为2.4ghz的辐射方向图，在这个频点天线具有全向性。
36.图7是本实施例所得天线在中心频率为2.85ghz的辐射方向图，在这个频点天线具有全向性。
37.图8是本实施例所得天线在中心频率为5.8ghz的辐射方向图，在这个频点天线具有全向性。
38.本实施例所得的天线在中心频率为2.4ghz的无线局域网频段中，在谐振频率处反射系数为-44.2db，工作带宽为2.32-2.68ghz，回波损耗很小，天线辐射的性能强。在石油工业、医护管理、工厂车间、移动办公系统等领域都有广泛的应用。
39.本实施例所得的天线在中心频率为2.85ghz的航空无线电导航频段中，在谐振频率处反射系数为-24.3db，工作带宽为2.71-2.95ghz，在飞机等航空设备中有着广泛的应用。
40.本实施例所得的天线在中心频率为5.8ghz的蓝牙频段中,在谐振频率处反射系数为-25.5db，工作带宽为5.62-6.75ghz，在许多电子设备，如手机、平板电脑、数字照相机、数
字摄像机、电子钱包、电子锁等方面有着广泛的应用。也可以将蓝牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器。
41.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，另外在本实施例的基础上，改变辐射单元、微带馈线和接地面的大小和尺寸，都应包含在本实用新型的保护范围内。
42.本实用新型未述及之处适用于现有技术。