本發(fā)明屬于移動通信系統(tǒng)和無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種多頻帶平面印刷天線。

背景技術(shù)：

近年來，隨著數(shù)據(jù)傳輸量的劇增，無線通信業(yè)務(wù)的多元化，就需要工作于不同頻段的無線通信系統(tǒng)。

目前廣泛應(yīng)用的無線通信系統(tǒng)有：全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、無線全球定位系統(tǒng)(GPS)、數(shù)字通信系統(tǒng)(DCS)、個人通信系統(tǒng)(PCS)、通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)、長期演進(LTE)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線保真(Wi-Fi)和全球微波互聯(lián)接入(WiMAX)等。但是這些無線通信系統(tǒng)會導(dǎo)致同一平臺上搭載的天線數(shù)量增多，系統(tǒng)復(fù)雜度和成本提高。為盡量減少平臺中天線的數(shù)量，同時為了避免在一個平臺中存在多個工作在不同頻段的天線之間的相互耦合和干擾的影響，能夠同時覆蓋多個無線通信系統(tǒng)的多頻帶天線應(yīng)運而生并獲得快速發(fā)展。

多頻帶平面印刷天線由于其具有剖面低、體積小、易與移動終端集成等特點而被廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中。平面印刷單極子天線是最基本的天線形式，它的特點在于具有水平全向的輻射特性和較寬的阻抗帶寬，尺寸小，方便與終端設(shè)備集成。因此，極為廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，移動終端從最簡單的呼叫功能，發(fā)展到現(xiàn)在可以聯(lián)網(wǎng)，還可以實現(xiàn)GPS定位功能等。現(xiàn)有的多頻帶平面印刷天線存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且大多只能實現(xiàn)2.4GHz以上的多頻段應(yīng)用，不能滿足現(xiàn)代移動通信設(shè)備(移動終端)輕薄化以及功能多樣化的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一多頻帶平面印刷天線，實現(xiàn)工作在LTE、WLAN、Wi-Fi和WiMAX頻段的同時，覆蓋GPS工作頻段，并簡化結(jié)構(gòu)、增加頻帶的效果。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明多頻帶平面印刷天線，包括介質(zhì)基板，其特征在于：

所述介質(zhì)基板為FR-4(玻璃纖維環(huán)氧樹脂)材料，其上表面印制有阻抗匹配輸入饋線和C形微帶結(jié)構(gòu)；

所述阻抗匹配輸入饋線為由第一微帶線和第二微帶線構(gòu)成的T形饋線；其中，第一微帶線垂直設(shè)置，下端與介質(zhì)基板的底邊中心點相連，然后與輸入的同軸饋電內(nèi)導(dǎo)體連接；第二微帶線水平設(shè)置，其水平中心點位于第一微帶線上端上側(cè)邊中心位置，且第一微帶線上端上側(cè)邊與第二微帶線下側(cè)邊完全連接在一起；

所述C形微帶結(jié)構(gòu)包括依次連接的第三微帶線、第四微帶線和第五微帶線；其中，第三微帶線比第二微帶線長，且水平設(shè)置，左端下側(cè)邊與第二微帶線上側(cè)邊完全連接在一起；第四微帶線垂直設(shè)置，其下端左側(cè)邊與第三微帶線右端右側(cè)邊完全連接在一起，且第四微帶線下端底側(cè)邊與第三微帶線下側(cè)邊水平位置相同；第五微帶線水平設(shè)置，右端右側(cè)邊與第四微帶線上端左側(cè)邊完全連接在一起，且上側(cè)邊與第四微帶線上端上側(cè)邊水平位置相同；

所述介質(zhì)基板的下表面印制有U形微帶結(jié)構(gòu)和開L形槽的金屬地面；

所述U形微帶結(jié)構(gòu)包括依次連接的第六微帶線、第七微帶線和第八微帶線；其中，第七微帶線位于開L形槽的金屬地面的上方且水平設(shè)置；第六微帶線垂直設(shè)置，其下端底側(cè)邊與第七微帶線左端上側(cè)邊完全連接在一起，且第六微帶線的左側(cè)邊與第七微帶線左端左側(cè)邊垂直位置相同；第八微帶線垂直設(shè)置，其下端左側(cè)邊與第七微帶線右端右側(cè)邊完全連接在一起，且第八微帶線下端底側(cè)邊與第七微帶線下側(cè)邊水平位置相同；

所述開L形槽的金屬地面位于介質(zhì)基板底邊，為矩形結(jié)構(gòu)，且其水平寬度與介質(zhì)基板水平寬度相同，L形矩形槽位于U形微帶結(jié)構(gòu)的左側(cè)下方位置，豎直槽上端開口，下端右側(cè)邊與水平槽的左端左側(cè)邊完全連接在一起，且豎直槽的下端底側(cè)邊與水平槽的下側(cè)邊水平位置相同；所述開L形槽的金屬地面與同軸饋電外導(dǎo)體連接。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。

本發(fā)明多頻帶平面印刷天線，通過在介質(zhì)基板上表面印制阻抗匹配輸入饋線和C形微帶結(jié)構(gòu)，下表面印制U形微帶結(jié)構(gòu)，以及印制開L形槽的金屬地面，三者以一定的布局，實現(xiàn)當多頻帶平面印刷天線工作于1.6GHz時，C形微帶結(jié)構(gòu)是主要的輻射單元，而在2.45GHz時，C形微帶結(jié)構(gòu)接收的信號耦合到介質(zhì)基板下表面的U形微帶結(jié)構(gòu)，并起到主要輻射器作用，相應(yīng)地當天線工作于5.5GHz時，金屬地面上的開的L形槽耦合接收的信號，并成為主要的輻射器。這樣，覆蓋LTE(2.28-2.82GHz)、WLAN(2.4/5.2/5.8GHz)、Wi-Fi(2.4/5.5GHz)和WiMAX(2.5/5.5GHz)工作頻帶，還可同時覆蓋GPS(1.6GHz)，因而大大增加了其適用范圍。

本發(fā)明采用微帶饋電，介質(zhì)基板材料為FR-4，通過在C形微帶結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加載U形微帶結(jié)構(gòu)以及在金屬地面上開槽的方式，使得構(gòu)建的多頻帶平面印刷天線能夠同時工作在多個頻段即工作頻段為1.55-1.67GHZ、2.2-3GHz和5.13-6GHz。與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了能夠覆蓋常用通信頻段LTE、WLAN、Wi-Fi和WiMAX外，還可以工作在GPS頻段，滿足了功能多樣化的要求，同時，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于同微波電路進行集成的特點，滿足移動終端輕薄化的要求，此外，該天線具有較高的峰值增益，在E面和H面具有近全向輻射特性，能夠滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明多頻帶平面印刷天線一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)為天線上表面圖，(b)為天線下表面圖；

圖2是本發(fā)明多頻帶平面印刷天線一種具體實施方式的尺寸示意圖，其中，(a)為天線上表圖，(b)為天線下表面圖；

圖3是本發(fā)明多頻帶平面印刷天線種具體實施例的仿真與測試的反射系數(shù)曲線圖；

圖4是本發(fā)明實施例在1.6GHz的仿真和測試輻射方向圖對比圖，其中，(a)E面，(b)H面；

圖5是本發(fā)明的實施例在2.45GHz的仿真和測試輻射方向圖對比圖，其中，(a)E面，(b)H面；

圖6是本發(fā)明的實施例在5.5GHz的仿真和測試輻射方向圖對比圖，其中，(a)E面，(b)H面；

圖7是本發(fā)明實施例的實測增益曲線圖。

圖中標記說明：介質(zhì)基板1、阻抗匹配輸入饋線2、第一微帶線21、第二微帶線22、C形微帶結(jié)構(gòu)3、第三微帶線31、第四微帶線32和第五微帶線33、U形微帶結(jié)構(gòu)4、第六微帶線41、第七微帶線42、第八微帶線43、開L形槽的金屬地板5、豎直槽51、水平槽52。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設(shè)計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。

圖1是本發(fā)明多頻帶平面印刷天線一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)為天線上表面圖，(b)為天線下表面圖。

在本實施例中，如圖1所示，本發(fā)明多頻帶平面印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖包括介質(zhì)基板1以及上表面印制的阻抗匹配輸入饋線2和C形微帶結(jié)構(gòu)3、介質(zhì)基板下表面印制的U形微帶結(jié)構(gòu)4和開L形槽的金屬地面5。

如圖1(a)所示，阻抗匹配輸入饋線2為由第一微帶線21和第二微帶線22構(gòu)成的T形饋線，其中，第一微帶線21、第二微帶線22均為矩形金屬帶，第一微帶線21垂直設(shè)置，下端與介質(zhì)基板1的底邊中心點相連，然后與輸入的同軸饋電內(nèi)導(dǎo)體連接，第二微帶線22水平設(shè)置，其水平中心點位于第一微帶線21上端上側(cè)邊中心位置，且第一微帶線21上端上側(cè)邊與第二微帶線22下側(cè)邊完全連接在一起，即第二微帶線22的水平長度大于第一微帶線21的線寬。

所述C形微帶結(jié)構(gòu)3包括依次連接的、均為矩形金屬帶的第三微帶線31、第四微帶線32和第五微帶線33，其中，第三微帶線31比第二微帶線長22，且水平設(shè)置，左端下側(cè)邊與第二微帶線22上側(cè)邊完全連接在一起，且左端左側(cè)邊垂直位置超出第二微帶線22左端左側(cè)邊，第四微帶線32垂直設(shè)置，其下端左側(cè)邊與第三微帶線31右端右側(cè)邊完全連接在一起，且第四微帶線32下端底側(cè)邊與第三微帶線31下側(cè)邊水平位置相同，第五微帶線33水平設(shè)置，右端右側(cè)邊與第四微帶線32上端左側(cè)邊完全連接在一起，且上側(cè)邊與第四微帶線32上端上側(cè)邊水平位置相同。

如圖1(b)所示，U形微帶結(jié)構(gòu)4包括依次連接的、均為矩形金屬帶的第六微帶線41、第七微帶線42和第八微帶線43，其中，第七微帶線42位于開L形槽的金屬地面5的上方且水平設(shè)置，第六微帶線41垂直設(shè)置，其下端底側(cè)邊與第七微帶線42左端上側(cè)邊完全連接在一起，且第六微帶線41的左側(cè)邊與第七微帶線42左端左側(cè)邊垂直位置相同，第八微帶線43垂直設(shè)置，其下端左側(cè)邊與第七微帶線42右端右側(cè)邊完全連接在一起，且第八微帶線43下端底側(cè)邊與第七微帶線42下側(cè)邊水平位置相同。

如圖1(b)所示，開L形槽的金屬地面5位于介質(zhì)基板1底邊，為矩形結(jié)構(gòu)，且其水平寬度與介質(zhì)基板1水平寬度相同，L形矩形槽位于U形微帶結(jié)構(gòu)的左側(cè)下方位置，豎直槽51上端開口，下端右側(cè)邊與水平槽52的左端左側(cè)邊完全連接在一起，且豎直槽51的下端底側(cè)邊與水平槽52的下側(cè)邊水平位置相同，所述開L形槽的金屬地面5與同軸饋電外導(dǎo)體連接。

由圖1可見，本發(fā)明多頻帶平面印刷天線由兩個獨立的微帶結(jié)構(gòu)以及一個獨立L形槽的金屬地面構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單。

圖2是本發(fā)明多頻帶平面印刷天線一種具體實施方式的尺寸示意圖，其中，(a)為天線上表圖，(b)為天線下表面圖。

在本實施例中，如圖2(a)所示，介質(zhì)基板1其水平寬度W在46～48mm范圍內(nèi)可調(diào)，上下高度L為35mm。第一微帶線21的寬度W_f2為2～3.5mm，第一微帶線21的長度(上下高度)L_g為10～13mm，且與開L形槽的金屬地面5的上下寬度相同(如圖2(b)所示，二者均用L_g表示)，第二微帶線22長度W_f為4～4.5mm，整個阻抗匹配輸入饋線2的上下高度L_f為13～15mm，第二微帶線22的線寬為L_f-L_g即2～3mm。

第三微帶線31、第四微帶線32和第五微帶線33的線寬相同，用W₁表示，線寬為4mm，第三微帶線31的長度W_f1為16.6～19.6mm，第四微帶線32的長度L₁為16～20mm，第五微帶線33的長度L₂為16～17.5mm。

在本實施例中，如圖2(b)所示，第六微帶線41、第七微帶線42和第八微帶線43線寬相同，用W_p表示，線寬為1.5～3.5mm，第六微帶線41的長度L_p1(上下高度)為1～5mm，第七微帶線42的長度L_p為13.5～17.5mm，第八微帶線43的長度L₁為16～20mm，U形微帶結(jié)構(gòu)4的右側(cè)邊緣到介質(zhì)基板1左邊緣的距離L_p4為14.5～16.5mm，U形微帶結(jié)構(gòu)4的下側(cè)邊緣到開L形槽的金屬地面5上側(cè)邊緣的距離L_p3為2～5mm。

在本實施例中，如圖2(b)所示，開L形槽的金屬地面5的豎直槽51的寬度P₅為1.5～2mm，長度P₄為5.5～6.5mm，其距離介質(zhì)基板1左邊緣的距離P₃為13.5～15mm；水平槽52的寬度P₂為1～2mm，長度P₁為3～4.5mm；

實施例

在本實施例中，根據(jù)圖2所示多頻帶平面印刷天線，介質(zhì)基板采用FR-4材料，其相對介電常數(shù)為ε_r＝4.4，厚度h＝1.6mm，其具體介質(zhì)基板、微帶線以及L形槽的尺寸以及位置幾何參數(shù)為：W＝48mm，L＝35mm，W_f1＝18.6mm，L_g＝12mm，W_f＝5mm，L_p＝15.5mm，L_p1＝4mm，L₁＝20mm，L₂＝17mm，L_f＝14.5mm，P₁＝3.5mm，P₂＝1.5mm，P₃＝14mm，P₄＝5.5mm，P₅＝2mm，L_p2＝15mm，L_P3＝3mm，L_P4＝15.5mm，W_P＝2.5mm，W_f2＝3mm，W₁＝4mm。

本發(fā)明的效果可通過上述具體多頻帶平面印刷天線的測試來進一步說明：

對本實施例多頻帶平面印刷天線的反射系數(shù)S₁₁進行仿真和測試，其結(jié)果如圖3所示，可以看出，反射系數(shù)S₁₁小于-10dB的頻帶為1.55-1.67GHZ、2.2-3GHz和5.13-6GHz，可以工作在上述頻帶，這樣同時覆蓋GPS/LTE/WLAN/Wi-Fi/WiMAX頻段，能夠滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

對本實施例多頻帶平面印刷天線在1.6GHz，2.45GHz和5.5GHz的輻射方向圖進行仿真和測試，并進行對比，其結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。由圖4、圖5、圖6可見，本發(fā)明多頻帶平面印刷天線在E面和H面具有近全向輻射性。

對本發(fā)明實施例的增益進行測試，其結(jié)果如圖7所示。本發(fā)明在1.55-1.67GHZ工作頻段內(nèi)測得的峰值增益的變化范圍為：-0.38dBi-0dBi；在2.2-3GHz工作頻段內(nèi)測得的峰值增益的變化范圍為2.15dBi-3.10dBi；在5.13-6GHz工作頻段內(nèi)測得的峰值增益的變化范圍為2.80dBi-3.98dBi。由圖7可見，本發(fā)明多頻帶平面印刷天線具有較高的峰值增益，，能夠滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。