一種q波段超高速無線局域網移動終端天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種Q波段超高速無線局域網移動終端天線，包括介質基片、矩形金屬天線輻射單元、與天線輻射單元相連的短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶、以及金屬接地平面；短路分支金屬條帶上設有第一金屬通孔，所述饋電分支金屬條帶上設有第二金屬通孔；金屬接地平面的面積覆蓋天線輻射單元、短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶的面積；矩形金屬天線輻射單元上設有U型縫隙。與現有技術相比，本實用新型針對毫米波頻段（45GHz）的特點，利用印刷電路工藝，設計實現了結構簡單、體積小巧的Q波段移動終端天線，該天線具有寬帶、駐波小和全向輻射、易集成、精度較高，重復性好的特性，同時還具有成本低、便于批量生產等優點。
【專利說明】一種Q波段超高速無線局域網移動終端天線
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于無線通信【技術領域】，特別涉及一種Q波段超高速無線局域網移動終端天線。
【背景技術】
[0002]基于毫米波頻段充足的頻譜資源，開發和研制相關的新一代超高速無線局域網通信標準與系統正成為未來無線通信網發展的一個重要方向。根據我國工信部的頻率規劃，Q波段中的42.4-48.4GHz頻譜資源已被劃定為超高速無線局域網業務，并于2013年末公示。與該頻譜相關的通信標準化工作正廣泛開展，其中，2012年經國際電子電氣工程師協會許可并被建立802.1laj (45GHz)標準工作組。這一標準致力于開發45GHz頻段頻譜資源，用于新一代超高速無線局域網通信，主要支撐室內各種無線終端與主干網的高速接入和互聯。
[0003]根據45GHz超高速無線局域網的頻譜劃分和室內應用場景需求，對相關的移動終端天線提出了較高的要求。與傳統射頻微波頻段無線通信系統中的終端天線相比，Q波段移動終端天線具有如下特點和設計難點:
[0004]1.根據45GHz頻譜標準，Q波段移動終端天線需要滿足對寬工作頻帶的連續覆蓋(相對帶寬大于15%)，遠高于目前射頻微波頻段移動終端天線的覆蓋要求。目前，在Q波段的移動終端天線設計及其鮮見，缺少參考。因此，相關天線的設計實現具有挑戰性和原創性。
[0005]2.在射頻微波頻段，通常移動終端天線的駐波控制在2.5或者3以內即可滿足移動通信需求。但是，在毫米波頻段，接入點或移動設備的發射功率水平遠低于射頻微波頻段的相關發射功率水平，為了提高系統效率和功率利用率，就對天線的駐波提出了較高的要求(例如，駐波〈2)，這也增加了 Q波段移動終端天線的設計難度。
[0006]3.為了滿足終端移動性需求和適應終端工作姿態任意性的特點，移動終端天線需要具有全向輻射特征。為了滿足全向性輻射需求，通常，移動終端天線的尺寸都小于一個工作波長。但是，Q波段對應的工作波長約為7mm，按照常規天線設計方法設計的天線通常在3-5mm范圍。當這樣微小尺寸的移動終端天線集成在終端設備內時，諸如手機、平板電腦等，終端設備內的金屬部件或者大面積的印刷電路板將作為終端天線附近的散射體存在，從而破壞其輻射特性。終端天線尺寸越小，其輻射特性受到外圍散射體影響越大。因此，在該頻段終端天線設計中，如何保證期輻射特性穩定或受外界環境影響較小，是一個設計難點。
[0007]4.Q波段移動終端天線的特征尺寸遠小于射頻微波頻段的終端天線，因此，對天線的加工過程中的誤差具有較高的敏感性。因此，Q波段移動終端天線的容差設計也是設計的難點。
實用新型內容
[0008]發明目的:本實用新型的目的在于針對Q波段新一代超高速無線局域網應用需求和相關產品空白，提供一種具有寬工作頻帶、低駐波、體積緊湊、具有全向輻射特性，加工簡單、適宜批量生產的Q波段移動天線形式。
[0009]技術方案:為實現上述發明目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0010]一種Q波段超高速無線局域網移動終端天線，包括介質基片、印刷在介質基片正面的矩形金屬天線福射單元、與天線福射單元相連的短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶、以及印刷在介質基片背面的金屬接地平面；所述短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶分別位于矩形金屬天線輻射單元長邊同一側的兩端；所述短路分支金屬條帶上設有連接短路分支金屬條帶與金屬接地平面的第一金屬通孔，所述饋電分支金屬條帶上設有連接饋電分支金屬條帶與金屬接地平面的第二金屬通孔；所述金屬接地平面的面積覆蓋天線輻射單元、短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶的面積；所述矩形金屬天線輻射單元上設有U型縫隙。
[0011]在一個具體的實施例中，所述矩形金屬天線輻射單元上設有上下平行的兩個相同的開口一致向左或一致向右的U型縫隙。
[0012]在一個具體的實施例中，所述短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶分別與矩形金屬天線福射單元垂直相連。
[0013]在一個具體的實施例中，所述矩形金屬天線輻射單元的長度為0.65至0.75個工作波長，寬度為0.25至0.35個工作波長，所述短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶的長度之和為0.45至0.55個工作波長。
[0014]在一個具體的實施例中，所述第一金屬通孔位于距離短路分支金屬條帶末端0.25個工作波長位置處。
[0015]在一個具體的實施例中，所述第二金屬通孔位于距離饋電分支金屬條帶末端Imm位置處。
[0016]在一個具體的實施例中，所述金屬接地平面完全覆蓋所述介質基片的背面。
[0017]工作原理:根據業內公知，常用的射頻微波頻段PIFA天線工作原理為四分之一波長諧振，而在45GHz毫米波頻段，工作波長約為7_，相應的四分之一波長諧振器的尺寸會很小，逼近現有加工工藝的精度極限。因此，本實用新型的Q波段移動終端天線在常用的PIFA天線基礎上，通過將輻射單元的特征尺寸進行等比例擴大或拓展，利用其高次諧振模式實現在Q波段工作頻帶的輻射，所實現的天線工作在四分之三或四分之五等諧振長度。同時，通過在輻射單元上刻蝕金屬縫隙來降低輻射單元的品質因數，并擴展其工作帶寬。在短路分支金屬片和饋電分支金屬片的設計上，優化了短路點和饋電點的位置，通過分支匹配概念可以有效增加天線的工作帶寬。所設計天線的背面具有完整的接地平面，因此，該天線對外部存在的金屬散射體不敏感，其輻射特性相對穩定。天線在磁場主切面內具有全向輻射特性，天線地板的大小對天線輻射特性影響較小，適合在多種類移動終端內部獨立使用或與工作電路進行共基片集成使用。
[0018]有益效果:與現有技術相比，本實用新型針對毫米波頻段(45GHz)的特點，利用常規的印刷電路工藝，設計實現了結構簡單、體積小巧的Q波段移動終端天線，該天線具有寬帶、駐波小和全向輻射、易集成、精度較高，重復性好的特性，同時還具有成本低、便于批量生廣等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0020]圖2為實施例1中天線的S參數測量結果；
[0021]圖3 (a)為實施例1的磁場平面(XOZ)的輻射方向圖仿真結果；
[0022]圖3 (b)為實施例1的電場平面I (YOZ)的輻射方向圖仿真結果；
[0023]圖3 (C)為實施例1的電場平面2 (XOY)的輻射方向圖仿真結果。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0025]實施例1:如圖1所示，一種Q波段超高速無線局域網移動終端天線，包括介質基片1、印刷在介質基片I正面的矩形金屬天線輻射單元2、與天線輻射單元2相連的短路分支金屬條帶6和饋電分支金屬條帶8，以及印刷在介質基片I背面的金屬接地平面3。其中，短路分支金屬條帶6和饋電分支金屬條帶8分別與矩形天線輻射單元2的左下頂角和右下頂角相連接，連接方式可以選擇垂直方式或其他布局形式，短路分支金屬條帶6和饋電分支金屬條帶8兩者位置可以根據使用需求進行互換。矩形金屬天線輻射單元2的長度為0.65至0.75個工作波長，寬度為0.25至0.35個工作波長，短路分支金屬條帶6和饋電分支金屬條帶8的長度之和為0.15至0.55個工作波長，本實施例設計的天線矩形金屬天線輻射單元2的長和寬約為0.7個工作波長和0.3個工作波長，短路分支金屬條帶6和饋電分支金屬條帶8總長度約為0.5個波長，距離短路分支金屬條帶6末端近似0.25個工作波長位置有短路金屬通孔7與接地平面3聯通，距離饋電分支金屬條帶8末端約Imm位置有金屬通孔9作為饋電點。在矩形天線輻射單元2的左半部分刻蝕有上下平行的兩個完全相同的開口向左的“U”型縫隙4和5，根據設計需求縫隙也可刻蝕在天線輻射單元2右半部分，也可以選擇開口向右。其中，介質基片I和接地平面3的面積可以靈活調整，只需大于天線福射單元2、短路分支金屬條帶6和饋電分支金屬條帶8的面積，留出適當的保護寬度O0.5mm),即可保證天線具有所需的福射特性。天線福射單元的尺寸為2_X 4.6mm,短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶尺寸為0.2mm*3.3mm。
[0026]如圖2所示，所設計天線在41.5-50GH內反射系數小于_10dB，滿足Q波段超高速無線局域網應用需求。
[0027]如圖3 (a)所示，所設計天線在磁場平面(XOZ)的輻射方向圖呈現近似全向，增益波動在-1dBi到5dBi之間，平均增益約為3dBi。
[0028]如圖3 (b)和圖3 (C)所示，所設計天線在電場平面輻射方向圖呈現電小天線輻射特性。圖3 (b)所示天線呈現后向輻射特性，滿足移動臺，特別是手持設備使用，對降低人體SAR是有益的。
【權利要求】
1.一種Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于:包括介質基片(I)、印刷在介質基片(I)正面的矩形金屬天線輻射單元(2 )、與天線輻射單元(2 )相連的短路分支金屬條帶(6)和饋電分支金屬條帶(8)、以及印刷在介質基片(I)背面的金屬接地平面(3);所述短路分支金屬條帶(6)和饋電分支金屬條帶(8)分別位于矩形金屬天線輻射單元(2)長邊同一側的兩端；所述短路分支金屬條帶(6)上設有連接短路分支金屬條帶(6)與金屬接地平面(3)的第一金屬通孔(7)，所述饋電分支金屬條帶(8)上設有連接饋電分支金屬條帶(8)與金屬接地平面(3)的第二金屬通孔(9);所述金屬接地平面(3)的面積覆蓋天線輻射單元(2)、短路分支金屬條帶(6)和饋電分支金屬條帶(8)的面積；所述矩形金屬天線輻射單元(2)上設有U型縫隙。
2.根據權利要求1所述的Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于，所述矩形金屬天線輻射單元的長度為0.65至0.75個工作波長，寬度為0.25至0.35個工作波長，所述短路分支金屬條帶和饋電分支金屬條帶的長度之和為0.45至0.55個工作波長。
3.根據權利要求1所述的Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于，所述矩形金屬天線輻射單元(2)上設有上下平行的兩個相同的開口一致向左或一致向右的U型縫隙(4，5)。
4.根據權利要求1所述的Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于，所述短路分支金屬條帶(6)和饋電分支金屬條帶(8)分別與矩形金屬天線輻射單元(2)垂直相連。
5.根據權利要求1所述的Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于，所述第一金屬通孔(7)位于距離短路分支金屬條帶(6)末端0.25個工作波長位置處。
6.根據權利要求1所述的Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于，所述第二金屬通孔(9)位于距離饋電分支金屬條帶(8)末端Imm位置處。
7.根據權利要求1所述的Q波段超高速無線局域網移動終端天線，其特征在于，所述金屬接地平面(3 )完全覆蓋所述介質基片(I)的背面。
【文檔編號】H01Q1/50GK204144442SQ201420623384
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】張彥, 宋超, 王海明, 洪偉 申請人:江蘇中興微通信息科技有限公司, 東南大學