專利名稱:一種寬帶縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種寬帶縫隙天線，該天線包括：板狀電介質(zhì)基板、基板上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元、基板下表面金屬箔形成的地以及在地中開縫而形成的天線輻射元件，其中，天線輻射元件包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內(nèi)部的第一豎直子縫隙。本實(shí)用新型通過使用階躍阻抗子縫隙和二分之一波長縫隙設(shè)計(jì)出一款10dB回波損耗范圍為1.5GHz到4.8GHz性能優(yōu)越的寬帶天線，可以產(chǎn)生五個諧振模式從而拓展天線的工作帶寬，適用于寬帶通信以及多制式通信領(lǐng)域。
【專利說明】一種寬帶縫隙天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無線移動通訊的天線【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種寬帶縫隙天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無線通信技術(shù)迅速發(fā)展，人們對無線通信服務(wù)的需求日益增加，許多無線終端，如移動電話、平板電腦等，設(shè)計(jì)時都希望能兼容多種不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，例如2G、3G、4G、Wifi等，因此負(fù)責(zé)輻射與接收信號的天線就要求具備多頻段或?qū)掝l段的工作能力，多頻段目前研宄已比較成熟，但寬頻段仍有很大的發(fā)展空間。
[0003]縫隙天線，較為常見的是波導(dǎo)縫隙天線以及微帶縫隙天線，因具有共面結(jié)構(gòu)體積小重量輕以及易于與其他元器件集成的良好性質(zhì)，微帶縫隙天線常常被用于智能移動終端上。而目前的縫隙天線仍面臨工作頻段窄的問題，因此設(shè)計(jì)一款寬頻段的縫隙天線變得尤為重要。
[0004]資料顯示的寬帶縫隙天線，該寬帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，具體請參考“專利申請?zhí)?200880000579.4，專利名稱:寬帶縫隙天線，專利權(quán)人:菅野浩”。圖1顯示的是該專利提出的一種寬帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)，專利所提出的寬帶縫隙天線主要由二分之一波長縫隙以及饋電結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該專利天線具有較寬的工作帶寬，能覆蓋整個超寬帶頻段(3.1GHz?10.6GHz)，但是低于3GHz的頻段不在該天線工作范圍，因此若利用該專利設(shè)計(jì)一款低頻段的天線存在較多不確定性。
[0005]資料顯示的縫隙天線，該縫隙天線的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，具體請參考“專利申請?zhí)?200810086973.6，專利名稱:縫隙天線，專利權(quán)人:金一圭、金英日、鄭昌原”。圖2顯示的是該專利提出的一種縫隙天線的結(jié)構(gòu)，該專利所提出的縫隙天線主要由條帶狀饋電單元、地以及天線元件(通過連接形成在基底的地面上的兩個子縫隙而形成)構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是天線占用的面積小，但是工作頻段較窄，無法滿足多通信標(biāo)準(zhǔn)工作。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提出了一種寬帶縫隙天線。該寬帶縫隙天線通過對傳統(tǒng)微帶縫隙天線的改進(jìn)，將均勻阻抗縫隙變?yōu)殡A躍阻抗縫隙，實(shí)現(xiàn)了對天線諧振模式的控制，在此基礎(chǔ)上，通過引入多條獨(dú)立縫隙，成功引入了額外的一個諧振模式，拓展了天線的工作帶寬。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種寬帶縫隙天線，所述寬帶縫隙天線包括:
[0009]板狀電介質(zhì)基板100、基板100上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元110、基板100下表面金屬箔形成的地120以及在地120中開縫而形成的天線輻射元件130，
[0010]其中，天線輻射元件130包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內(nèi)部的第一豎直子縫隙136。
[0011]優(yōu)選的，所述反C型縫隙的組成包括第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133、第四子縫隙134、第五子縫隙135，
[0012]其中，第一子縫隙131，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙132的第一端成90度角相接；
[0013]第五子縫隙135，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內(nèi)部與第四子縫隙134的第一端成90度角相接；
[0014]第三子縫隙133，其第一端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙132的第二端成直線連接，其第二端形成在地的內(nèi)部與第四子縫隙134的第二端成直線連接。
[0015]優(yōu)選的，所述第一子縫隙131與第五子縫隙135相同、第二子縫隙132與第四子縫隙134相同，使得反C型縫隙構(gòu)成上下對稱的結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選的，所述第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133互不相同，形成階躍阻抗子縫隙，實(shí)現(xiàn)對所述寬帶縫隙天線的諧振模式的控制。
[0017]優(yōu)選的，所述寬帶縫隙天線的反C型縫隙內(nèi)部還包括第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138，并且所述第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138相互平行設(shè)置。
[0018]優(yōu)選的，所述第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137和第三豎直子縫隙138是工作在二分之一波長的縫隙。
[0019]優(yōu)選的，所述條帶狀饋電單元110的組成包括第一條帶狀饋電子單元111和第二條帶狀饋電子單元112，
[0020]其中，所述第二條帶狀饋電子單元112與所述基板100的下邊緣垂直，并且第二條帶狀饋電子單元112的第一端設(shè)置在基板100的下邊緣處，第二條帶狀饋電子單元112的第二端與第一條帶狀饋電子單元111的第一端連接；
[0021]所述第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成J度鈍角。
[0022]優(yōu)選的，所述第一條帶狀饋電子單元111的第一端向其第二端的條帶寬度是逐漸變寬的。
[0023]優(yōu)選的，所述第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成135度鈍角。
[0024]優(yōu)選的，所述條帶狀饋電單元110的端口處為50歐姆的阻抗匹配。
[0025]本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0026]1、與傳統(tǒng)均勻阻抗縫隙相比，本實(shí)用新型采用階躍阻抗縫隙，可以實(shí)現(xiàn)對天線多個諧振模式的控制。
[0027]2、在反C型縫隙內(nèi)部增加一組二分之一波長縫隙，額外增加了一個諧振模式，拓展了天線的工作帶寬。
[0028]3、本實(shí)用新型公開的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，體積小，成本低，可以適用于多種通信系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0029]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中寬帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本實(shí)用新型中提出的一種寬帶縫隙天線的豎截面剖視圖；
[0032]圖4是本實(shí)用新型中提出的一種寬帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5是本實(shí)用新型中提出的一種寬帶縫隙天線的仿真結(jié)果示意圖；
[0034]圖中，附圖標(biāo)記為:100-基板，110-條帶狀饋電單元，111-第一條帶狀饋電子單元，112-第二條帶狀饋電子單元，120-地，130-天線輻射元件，131-第一子縫隙，132-第二子縫隙，133-第三子縫隙，134-第四子縫隙，135-第五子縫隙，136-第一豎直子縫隙，137-第二豎直子縫隙，138-第三豎直子縫隙。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0036]實(shí)施例
[0037]本實(shí)施例提出的一種寬度縫隙天線的豎截面剖視圖和結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖3和圖4所示，該寬帶縫隙天線整體制作在雙面覆銅的介質(zhì)基板上，使用機(jī)械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術(shù)均可容易地制作。本實(shí)施例公開的一種寬度縫隙天線的核心內(nèi)容在于使用階躍阻抗縫隙和二分之一波長縫隙設(shè)計(jì)出一款性能優(yōu)越的寬帶天線。
[0038]本實(shí)施例公開的一種寬度縫隙天線以印刷電路板的方式制作在介電常數(shù)為4.2，厚度為1.5mm的聚四氟乙稀雙面覆銅微帶板上，結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，該實(shí)施例公開的縫隙天線在1dB反射損耗范圍為1.5GHz到4.8GHz的頻率帶寬，整體尺寸為66mmX32mm。
[0039]本實(shí)施例所提出的寬帶縫隙天線包括:
[0040]板狀電介質(zhì)基板100、基板100上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元110、基板100下表面金屬箔形成的地120以及在地120中開縫而形成的天線輻射元件130，其中，天線輻射元件130包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內(nèi)部的第一豎直子縫隙136。
[0041]在本實(shí)施例中，寬帶縫隙天線的反C型縫隙內(nèi)部還包括第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138，并且第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138相互平行設(shè)置，具體擺放如圖4所示。
[0042]反C型縫隙的組成包括第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133、第四子縫隙134、第五子縫隙135，其中，第一子縫隙131，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙132的第一端成90度角相接；第五子縫隙135，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內(nèi)部與第四子縫隙134的第一端成90度角相接；第三子縫隙133，其第一端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙132的第二端成直線連接，其第二端形成在地的內(nèi)部與第四子縫隙134的第二端成直線連接。
[0043]第一子縫隙131與第五子縫隙135相同、第二子縫隙132與第四子縫隙134相同，使得反C型縫隙構(gòu)成上下對稱的結(jié)構(gòu)。第一子縫隙131、第二子縫隙132、第三子縫隙133互不相同，形成階躍阻抗子縫隙，實(shí)現(xiàn)對所述寬帶縫隙天線的諧振模式的控制。
[0044]有三點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)說明:第一，第一子縫隙131以及第五子縫隙135的一端形成在地的端部邊緣處，其另一端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙132和第四子縫隙134的其中一端成90度角相接；第二，第一子縫隙131以及第五子縫隙135尺寸相同，第二子縫隙132和第四子縫隙134尺寸相同，構(gòu)成的反C型縫隙上下對稱；第三，第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138豎直平行擺放在反C型縫隙內(nèi)部，具體位置例如與縫隙133距離等由仿真優(yōu)化決定。為了達(dá)到更好的阻抗匹配，第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138的長度和寬度可以有微小差異。
[0045]條帶狀饋電單元110的組成包括第一條帶狀饋電子單元111和第二條帶狀饋電子單元112，它用于從外部接收電流，并執(zhí)行耦合以使得設(shè)置在地的內(nèi)部的天線元件單元產(chǎn)生輻射。
[0046]其中，第二條帶狀饋電子單元112與基板100的下邊緣垂直，并且第二條帶狀饋電子單元112的第一端設(shè)置在基板100的下邊緣處，第二條帶狀饋電子單元112的第二端與第一條帶狀饋電子單元111的第一端連接。
[0047]其中，第一條帶狀饋電子單元111的第一端向其第二端的條帶寬度是逐漸變寬的，該部分進(jìn)行彎折以及漸進(jìn)增大，這是為了對第一豎直子縫隙136、第二豎直子縫隙137、第三豎直子縫隙138更好的耦合饋電以及在整個頻段內(nèi)達(dá)到更好的匹配。
[0048]在本實(shí)施例中，第二條帶狀饋電子單元112與所述第一條帶狀饋電子單元111成135度鈍角，條帶狀饋電單元110的端口處為50歐姆的阻抗匹配。
[0049]整個寬帶縫隙天線的工作方式是電磁信號從條帶狀饋電單元110端口處輸入，耦合到各個縫隙形成的天線輻射元件輻射出去，接收信號的方式則相反。
[0050]圖5顯示了本實(shí)施例中寬帶縫隙天線的散射參數(shù)仿真結(jié)果，橫軸表示本實(shí)施例中寬帶縫隙天線的信號頻率，縱軸表示回波損耗(S11)的幅度。在本實(shí)施例的寬帶縫隙天線的信號發(fā)射過程中，信號的部分功率被反射回信號源，被反射的功率成為反射功率。S11表示通過本實(shí)施例中寬帶縫隙天線的信號的輸入功率與信號的反射功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)如下:反射功率/入射功率==20*log| S11。
[0051]該寬帶縫隙天線1dB回波損耗范圍為1.5GHz到4.8GHz，相對帶寬達(dá)到了 105%，覆蓋了 GPS (1.575-GHz)，LTE (1.710-2.690GHz)，UMTS (1.920-2.170GHz)，WLAN (2.4-GHz)，WiMAX(2.5/3.5-GHz),UWB(3.1-4.8GHz，低頻段).等頻段，極其適用于寬帶通信或多制式通信領(lǐng)域。從該圖也可以得知，該縫隙天線產(chǎn)生寬帶的原理是帶內(nèi)在大概1.5GHz、2GHz、3GHz、3.8GHz、4.6GHz頻率處產(chǎn)生了五個諧振模式，其中前四個由反C型縫隙產(chǎn)生，最后一個由反C型縫隙內(nèi)部的一組二分之一波長縫隙產(chǎn)生，五個諧振模式得到了良好的匹配，因此形成了天線的寬帶特性，適用于寬帶通信或多制式通信領(lǐng)域。
[0052]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述寬帶縫隙天線包括: 板狀電介質(zhì)基板(100)、基板(100)上表面金屬箔形成的條帶狀饋電單元(110)、基板(100)下表面金屬箔形成的地(120)以及在地(120)中開縫而形成的天線輻射元件(130)，其中，天線輻射元件(130)包括一個反C型縫隙和至少一條位于反C型縫隙內(nèi)部的第一豎直子縫隙(136)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述反C型縫隙的組成包括第一子縫隙(131)、第二子縫隙(132)、第三子縫隙(133)、第四子縫隙(134)、第五子縫隙(135)， 其中，第一子縫隙(131)，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙(132)的第一端成90度角相接； 第五子縫隙(135)，其第一端形成在地的邊緣處，其第二端形成在地的內(nèi)部與第四子縫隙(134)的第一端成90度角相接； 第三子縫隙(133)，其第一端形成在地的內(nèi)部與第二子縫隙(132)的第二端成直線連接，其第二端形成在地的內(nèi)部與第四子縫隙(134)的第二端成直線連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述第一子縫隙(131)與第五子縫隙(135)相同、第二子縫隙(132)與第四子縫隙(134)相同，使得反C型縫隙構(gòu)成上下對稱的結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于，所述第一子縫隙(131)、第二子縫隙(132)、第三子縫隙(133)互不相同，形成階躍阻抗子縫隙，實(shí)現(xiàn)對所述寬帶縫隙天線的諧振模式的控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述寬帶縫隙天線的反C型縫隙內(nèi)部還包括第二豎直子縫隙(137)、第三豎直子縫隙(138)，并且所述第一豎直子縫隙(136)、第二豎直子縫隙(137)、第三豎直子縫隙(138)相互平行設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第一豎直子縫隙(136)、第二豎直子縫隙(137)和第三豎直子縫隙(138)是工作在二分之一波長的縫隙。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述條帶狀饋電單元(110)的組成包括第一條帶狀饋電子單元(111)和第二條帶狀饋電子單元(112)， 其中，所述第二條帶狀饋電子單元(112)與所述基板(100)的下邊緣垂直，并且第二條帶狀饋電子單元(112)的第一端設(shè)置在基板(100)的下邊緣處，第二條帶狀饋電子單元(112)的第二端與第一條帶狀饋電子單元(111)的第一端連接； 所述第二條帶狀饋電子單元(112)與所述第一條帶狀饋電子單元(111)成J度鈍角。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第一條帶狀饋電子單元(111)的第一端向其第二端的條帶寬度是逐漸變寬的。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第二條帶狀饋電子單元(112)與所述第一條帶狀饋電子單元(111)成135度鈍角。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種寬帶縫隙天線，其特征在于:所述條帶狀饋電單元(110)的端口處為50歐姆的阻抗匹配。
【文檔編號】H01Q13-10GK204289699SQ201420744015
【發(fā)明者】陳付昌, 胡豪濤, 邱捷銘, 涂治紅, 褚慶昕 [申請人]華南理工大學(xué)