CN104167604A - 一种适于lte室内分布的宽带缝隙天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于LTE室内分布系统的宽带缝隙天线，该天线在单层介质基板的两面分别设有辐射单元和金属板，所述辐射单元开有双“C”型细缝和矩形宽缝，所述金属板设有缝隙，通过调节辐射单元细缝和矩形宽缝的形状、大小以及金属板上缝隙的大小来控制天线单元的表面电流路径和改变缝隙内的电场分布，从而实现相当宽的工作频带。本发明不仅工作频带很宽，且其结构紧凑简单、尺寸小、易于制造和集成。在回波损耗小于-15dB的前提下，本发明工作频带为1890MHz-2750MHz，含盖了TD-LTE的D（2500-2690MHz）和E（2300-2400MHz）频段，便于TD-LTE通信系统中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统综合设计中的天线技术领域，更具体的涉及一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线。
背景技术
随着现代移动通信技术的蓬勃发展，无线信道将变得更加拥挤。现有的3G网络已经无法满足人们日益增长的需求，无线通信技术正在快速地向更高端的4G技术领域演进。TD-SCDMA，TD-LTE成为了中国移动通讯3G向4G的快速发展的必然选择，其也将在国内外得到大型的商业化。在TD-LTE的未来应用中，D(2500～2690MHz)，E(2300-2400MHz)和F(1880～1920MHz)频段将作为城市的大范围和连续性覆盖的选择。
用来收发无线电波以传递无线电信号的天线，无疑是无线通讯中十分重要的元件之一。TD-LTE覆盖频率范围比较宽，所以对应的天线也需要是宽频带的。现有的天线方案是在D、E、F频段各设计一款天线来发射和接受电波，如果能用一款天线跨越多个频段无疑将是不可多得的选择。与室外移动基站天线相比，室内天线工作频带宽，增益小，功率低(单系统一般小于15dBm)，覆盖范围小(10～30m)，因此，天线数量多，分布广。为不影响室内环境美观，室内天线还要求体积小、外形美观，甚至要求便于隐蔽或伪装。除此之外，室内天线还要求结构简单，生产装配简单，以保证天线性能和信号质量。综上，目前市场上提供的天线无法完全满足TD-LTE在室内分布的应用。
发明内容
发明目的：为了适应第四代移动通讯系统TD-LTE的未来应用，本发明提供一种适于LTE室内分布应用的宽带缝隙天线，覆盖频带宽、具有双向辐射特性，且体积小、制造工艺简单且安装简便。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，包括介质基板、设于介质基板一表面的金属板以及设于介质基板另一表面的辐射单元，其特征在于：所述金属板呈“工”字型、外周被矩形框金属条带包围、通过设于“工”字型中轴一侧的巴伦与矩形框金属条带相连，所述金属板与所述矩形框金属条带之间的凹槽形成缝隙，所述辐射单元为矩形贴片，其尺寸按计算微带贴片的基本公式确定并结合细缝的影响进行微调；辐射单元上开有背对的双“C”形细缝，所述双“C”形细缝的缝宽与所述介质基板的厚度比例为0.8～1.2，所述介质基板的厚度根据实际工作频率进行确定，所述缝隙上下边缘和内测边缘投影与双“C”形细缝相对于介质基板上、下重合；单个C形细缝的周长约为1/2个工作波长；辐射单元两侧边又分别开有一对接近正方形的矩形宽缝，矩形宽缝的高度为双“C”形细缝高度的一半左右；所述辐射单元中轴设有50Ω微带馈线。通过一对背对的双“C”形细缝结构扰动辐射单元，结合辐射单元上左右两侧开有的矩形宽缝，以及设于介质基板一表面上的工字形金属板和条带边框的技术措施，控制天线上的电流传输模式，以实现一个相当宽的阻抗带宽，并获得双面辐射的特性来达到工作频段覆盖TD-LTE的D频段、E频段的宽带宽缝隙室内应用天线的需求。
本发明技术方案的进一步限定为：
所述金属板与所述辐射单元均为对称结构，对称轴相对于介质基板上、下重合。
所述缝隙为对称结构。
所述辐射单元的尺寸为17.8mm×32.4mm。
所述辐射单元可通过金属条带弯曲而成。
所述宽带缝隙工作在TD-LTE的D、E频段。
所述介质基板为PCB板。
所述巴伦结构为梯形。
采用如上的技术方案，本发明能获得宽带辐射模式和稳定的增益。实测结果表明，该天线在回波损耗小于-15分贝下的工作频段为1890MHz-2750MHz，其带宽大于850MHz(37％的相对带宽)，覆盖了TD-LTE的D和E频段。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，具有如下优点：
1.通过在金属板上开有对称的缝隙，使天线的双向辐射效益基本等同。
2.通过在辐射单元上开有一对“C”型细缝以及一组矩形宽缝，细缝边缘电流引入附加谐振，在拓宽了带宽的同时，减小了天线辐射单元的尺寸。
3.该天线的辐射单元尺寸为17.8mm×32.4mm，比同频段的矩形贴片天线尺寸小。
4.本发明天线的频段可以同时覆盖TD-LTE的D、E频段，较之前针对不同频段要重新设置天线尺寸等要方便环保，并且降低了成本。
5.这种宽带缝隙天线结构简单，全部结构包括馈电网络可在一块普通的介质基片上就实现。在设计过程中只需要调节几组缝隙的尺寸和位置就可以得到所需的工作频带宽度和辐射性能。结构参数少，大大缩短了设计和优化的时间。
6.在单层介质基板上实现了宽频带，结构简单，体积小，便于制造和安装。
附图说明
图1是宽带缝隙天线上表面的示意图；
图2是宽带缝隙天线下表面的示意图；
图3是宽带缝隙天线的侧视图；
图4是实施例的电压驻波比的仿真和实测图；
图5是实施例天线的2.2GHz处辐射方向测试图；
图6是宽带缝隙天线的2.4GHz处辐射方向测试图；
图7是宽带缝隙天线的2.6GHz处辐射方向测试图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：如图1至图3所示的适于LTE室内分布的宽带缝隙3天线，在1mm介质基板1的上、下层分别覆有辐射单元4和印制的金属板2，介质基板1采用PCB板制成，辐射单元4与50Ω的微带馈线9相连，辐射单元4上开有两种类型的缝隙：一种是在内部开设的一对背对的缝宽为0.8mm“C”型细缝6，另一种是在两侧边开设的一对宽8.2mm、深8.4mm矩形宽缝7；两组缝隙3结合用来产生多个谐振点，相邻的多个谐振点交叉重合达到拓宽带宽的效果；金属板2呈“工”字型，外周被矩形框金属条带5包围、通过设于“工”字型中轴一侧的梯形巴伦结构8与矩形框金属条带5相连，金属板2与矩形框金属条带5之间的凹槽形成宽16mm、深29.2mm缝隙3，缝隙3同样是用来拓宽带宽用的。
金属板2与辐射单元4均为对称结构，对称轴相对于介质基板1上、下重合，金属板2上缝隙3的上下边缘和内测边缘投影与辐射单元4上的双“C“形细缝6上、下重合，金属板2上的缝隙3呈对称结构，使得天线双向辐射效益基本等同。辐射单元4通过金属条带弯曲而成，尺寸为17.8mm×32.4mm，比同频段的矩形贴片天线尺寸小。整个天线的结构通过在介质基片两面添加金属板2和辐射单元4，再配以馈电网络，设计过程只需调节几组缝隙3的尺寸和位置即可得到所需的工作频带宽带和辐射性能，结构参数小，大大缩短了设计和优化时间。
经过测试，本实例的天线在1890-2750MHz频段内具有良好的阻抗匹配特性，如图4所示，其回波损耗S11小于-15dB(VSWR≤1.5)，带宽大于850MHz，相对带宽为37％。图5、图6和图7是随机选取了频带内三个频点所测的方向图。另外，在前面所得的频带内选取了七个点测量其增益，其值在2-3dB，具体的测量值见下表：
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (9)
1.一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，包括介质基板（1）、设于介质基板（1）一表面的金属板（2）以及设于介质基板（1）另一表面的辐射单元（4），其特征在于：所述金属板（2）呈“工”字型、外周被矩形框金属条带（5）包围、通过设于“工”字型中轴一侧的巴伦结构与矩形框金属条带（5）相连，所述金属板（2）与所述矩形框金属条带（5）之间的凹槽形成缝隙（3）；所述辐射单元（4）为矩形贴片，内部开有背对的双“C”形细缝（6）、两侧边分别开有矩形宽缝（7）；所述辐射单元（4）长边中轴处设有50Ω微带馈线（9）。
2.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述缝隙（3）的上下边缘和内测边缘投影与所述双“C”形细缝（6）相对于介质基板（1）上、下重合；所述双“C”形细缝（6）的缝宽与所述介质基板（1）的厚度比例为0.8～1.2，单个“C”形细缝（6）的周长为1/2个工作波长；所述矩形宽缝（7）的高度为双“C”形细缝（6）高度的一半；所述辐射单元（4）的尺寸按计算微带贴片的基本公式确定并结合细缝（6）的影响进行微调。
3.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述金属板（2）与所述辐射单元（4）均为对称结构，对称轴相对于介质基板（1）上、下重合。
4.根据权利要求3所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述缝隙（3）为对称结构。
5.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述辐射单元（4）的尺寸为17.8mm×32.4mm。
6.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述辐射单元（4）可通过金属条带弯曲而成。
7.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述宽带缝隙天线工作在TD-LTE的D、E频段。
8.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述介质基板（1）为PCB板。
9.根据权利要求1所述的一种适于LTE室内分布的宽带缝隙天线，其特征在于：所述巴伦结构（8）为梯形。
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