CN117594986B - 一种小型化多频段天线 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种小型化多频段天线，包括：基板，所述基板的第一面设有地板，所述基板的第二面设有主辐射体、馈电结构、第一调谐块和第二调谐块；所述第一调谐块和第二调谐块左右排布的设于所述主辐射体的第一侧，并与所述第一侧之间形成第一空气间隙，所述第一调谐块与所述第二调谐块之间形成第二空气间隙，所述第一调谐块的一端通过第一弯折线与所述地板相连接，所述第二调谐块的一端通过第二弯折线与所述地板相连接；所述主辐射体的第一侧的相对侧与所述馈电结构相连接。本申请的天线支持低频段和高频段，且体积较小。

Description

一种小型化多频段天线

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化多频段天线。

背景技术

随着第五代移动通信技术的发展，大容量、高速率的移动需求增加，为了实现兼容，通信协议标准增加，与不同通信协议标准对应的不同工作频段的天线随之增加。第五代移动通信是支持智能电网发展的关键技术，Sub1GHz频段特别适合于智能电网应用中的远距离通信场景，但是低频天线的体积一般较大，由于移动终端的体积有限，需要一种能够覆盖包括低频段在内的多个频段且体积较小，并可保持较高的增益和较大的带宽的天线。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提出一种小型化多频段天线，能够覆盖低频段且体积较小。

基于上述目的，本申请实施例提供了一种小型化多频段天线，包括：

基板，所述基板的第一面设有地板，所述基板的第二面设有主辐射体、馈电结构、第一调谐块和第二调谐块；

所述第一调谐块和第二调谐块左右排布的设于所述主辐射体的第一侧，并与所述第一侧之间形成第一空气间隙，所述第一调谐块与所述第二调谐块之间形成第二空气间隙，所述第一调谐块的一端通过第一弯折线与所述地板相连接，所述第二调谐块的一端通过第二弯折线与所述地板相连接；所述主辐射体的第一侧的相对侧与所述馈电结构相连接。

可选的，所述第一空气间隙为0.2毫米，所述第二空气间隙为1毫米。

可选的，所述天线的长为42.5毫米，宽为30毫米，厚度为1.4毫米。

可选的，所述主辐射体的长为9毫米，宽为5.8毫米。

可选的，所述第一调谐块的长为5.7毫米，宽为6毫米。

可选的，所述地板的长为15毫米，宽为30毫米。

可选的，所述馈电结构为由所述地板、馈电线、接地板构成的共面波导，所述主辐射体通过所述馈电线与馈电口相连接。

可选的，所述馈电线的长为29.8毫米，宽为0.8毫米，馈电阻抗为50欧姆。

可选的，所述基板由耐热材料制成，厚度为1.4毫米，介电常数为4.2，损耗角的正切值为0.02。

可选的，所述第一调谐块的宽度增加，天线在零阶谐振的谐振频点降低。

从上面所述可以看出，本申请实施例提供的小型化多频段天线，包括：基板的第一面的地板，基板的第二面的主辐射体、馈电结构、第一调谐块和第二调谐块；第一调谐块和第二调谐块左右排布的设于所述主辐射体的第一侧，并与第一侧之间形成第一空气间隙，第一调谐块与第二调谐块之间形成第二空气间隙，第一调谐块的一端通过第一弯折线与地板相连接，第二调谐块的一端通过第二弯折线与地板相连接；主辐射体的第一侧的相对侧与馈电结构相连接。本申请的天线支持低频段和高频段，且体积较小，适于智能电网中的5G终端设备。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的天线结构示意图；

图2为本申请实施例的天线的立体结构示意图；

图3为本申请实施例的天线的主视图；

图4为本申请实施例的天线的后视图；

图5为本申请实施例的天线的反射系数S11随第一调谐块宽度变化的曲线示意图；

图6为本申请实施例的天线的反射系数随频率变化的曲线示意图；

图7A、7B分别为本申请实施例的天线在700MHz频率下的电场平面和磁场平面的辐射方向示意图；

图8A、8B分别为本申请实施例的天线在2400MHz频率下的电场平面和磁场平面的辐射方向示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

相关技术中，智能电网中基于5G的终端天线一般为印刷单极子天线、偶极子天线、缝隙天线及微带天线等，技术实现上，采用引入寄生辐射单元增加套筒及多枝节、多层贴片等方式，寄生辐射单元的引入增加了天线的体积，多枝节中的每个枝节对应一个工作频带，最低的工作频段限制了天线的小型化，多层贴片的方式增加了天线的剖面高度，各种方式都无法实现覆盖包括低频段的多频段同时小型化的目的。

申请人在实现本申请的过程中发现，传统的非超材料结构的天线在原理上其天线电长度或称天线口径必须和天线的谐振频率的电磁波波长接近才能实现天线的谐振，导致在低频段(如700MHz左右)的5G终端天线难以实现小型化。而，采用基于复合左右手传输线(Composite Right/Left Handed Transmission Line，CRLH-TL)的超材料结构实现5G终端天线，由于具有零阶谐振特性，天线频率不受谐振器物理尺寸的影响，为天线的小型化提供了可能。

以下，通过具体的实施例进一步详细说明本申请的技术方案。

如图1-4所示，本申请实施例提供一种小型化多频段天线，包括：

基板1，基板1的第一面设有地板2，基板的第二面设有主辐射体3、馈电结构、第一调谐块4和第二调谐块5；

第一调谐块4和第二调谐块5左右排布的设于主辐射体3的第一侧，并与第一侧之间形成第一空气间隙6，第一调谐块4与第二调谐块5之间形成第二空气间隙7，第一调谐块4的一端通过第一弯折线8与地板2相连接，第二调谐块5的一端通过第二弯折线9与地板2相连接；主辐射体3的第一侧的相对侧与馈电结构相连接。

本申请实施例提供的小型化多频段天线，基板1的第一面设置地板2，基板2的第二面设置主辐射体3、馈电结构、第一调谐块4、第二调谐块5、第一弯折线8和第二弯折线9。第一调谐块4和第二调谐块5设于主辐射体3的第一侧，且第一调谐块4位于左侧，第二调谐块5位于右侧。

第一调谐块4的一端与第一弯折线8的一端相连接，第一弯折线8的另一端穿过过孔与第一面的地板2相连接。第一弯折线8形成的电感、与第一调谐块4和主辐射体3之间的空气间隙构成的电容，共同构成低频CRLH-TL结构，是天线低频段的辐射结构。其中，低频段的范围为700MHz-750MHz。

一些方式中，第一调谐块4的长为5.7毫米，宽为6毫米，第一调谐块4与主辐射体3之间的第一空气间隙6为0.2毫米。第一弯折线8呈矩形波形态，例如由宽度相同的八个波峰波谷构成，第一弯折线8的长度决定了等效并联电感，第一弯折线8对应的等效并联电感与第一调谐块4和主辐射体3之间的空气间隙构成的串联电容共同决定了天线的低频谐振频率。

如图1、5所示，天线的谐振频率与第一调谐块4的宽度W1有关，且第一调谐块4的宽度增加，低频CRLH-TL结构的串联电容增大，进而天线在零阶谐振的谐振频点降低。由此，通过调节第一调谐块4的宽度，可调节天线在低频段的谐振频率。

第二调谐块5与第二弯折线9的一端相连接，第二弯折线9的另一端穿过过孔与第一面的地板2相连接。第二弯折线9形成的电感、与第二调谐块5和主辐射体3之间的空气间隙构成的电容，共同构成高频CRLH-TL结构，是天线高频段的辐射结构，同时能够补偿天线阻抗。其中，高频段的频率范围为1900MHz-2800MHz。

一些方式中，第二调谐块5的长为5.7毫米，宽为2毫米，第二调谐块5与主辐射体3之间的第一空气间隙6为0.2毫米。第二弯折线9呈矩形波形态，例如由宽度相同的八个波峰波谷构成。

一些实施方式中，第一调谐块4与第二调谐块5之间的第二空气间隙为1毫米。主辐射体3的长为9毫米，宽为5.8毫米，第一调谐块4的宽度、第二调谐块5的宽度以及二者之间的第二空气间隙的距离之和，与主辐射体3的长度相等。

主辐射体3的第二侧(即与第一侧相对的一侧)与馈电结构相连接。一些方式中，馈电结构为由地板2、馈电线10、接地板构成的共面波导，主辐射体3通过馈电线10与馈电口11相连接，馈电口11与金属射频接头相连接。馈电线10的长为29.8毫米，宽为0.8毫米，馈电阻抗为50欧姆。

如图2所示，一些实施例中，天线的整体尺寸(即基板的尺寸)为：长为42.5毫米，宽为30毫米，厚度为1.4毫米。基板1由耐热材料制成，材料的耐热等级为FR-4，厚度为1.4毫米，介电常数为4.2，损耗角的正切值为0.02。地板2的长为15毫米，宽为30毫米，主辐射体3的长为9毫米，宽为5.8毫米。地板2、主辐射体3、馈电线、第一调谐块4、第二调谐块5、第一弯折线8和第二弯折线9均由铜制成。

本申请实施例提供的小型化多频段天线，包括非对称的低频CRLH-TL结构和高频CRLH-TL结构，实现了低频段和高频段的多频段功能，有效减小了天线的体积，通过调节第一谐振块的宽度可以调节低频段(700MHz)的天线谐振频率，适用于智能电网的5G终端设备。如图6所示，天线的仿真结果与测试结果基本吻合，二者的差异包括制造误差和测试干扰。如图7A、7B所示，天线在700MHz下的电场平面和磁场平面的辐射方向呈全向辐射特性，如图8A、8B所示，天线在2400MHz下的电场平面和磁场平面的辐射方向呈单极子天线的辐射图样。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化多频段天线，其特征在于，包括：

基板，所述基板的第一面设有地板，所述基板的第二面设有主辐射体、馈电结构、第一调谐块和第二调谐块；

所述第一调谐块和第二调谐块左右排布的设于所述主辐射体的第一侧，所述第一调谐块和第二调谐块均与所述主辐射体之间形成第一空气间隙，所述第一调谐块与所述第二调谐块之间形成第二空气间隙，所述第一调谐块的一端通过第一弯折线与所述地板相连接，所述第二调谐块的一端通过第二弯折线与所述地板相连接；所述主辐射体的第一侧的相对侧与所述馈电结构相连接；

所述第一调谐块和主辐射体之间的第一空气间隙构成的电容、与所述第一弯折线形成的电感共同构成天线低频段的辐射结构，低频段的范围为700MHz-750MHz；所述第二调谐块和主辐射体之间的第一空气间隙构成的电容、与所述第二弯折线形成的电感共同构成天线高频段的辐射结构，高频段的频率范围为1900MHz-2800MHz。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一空气间隙为0.2毫米，所述第二空气间隙为1毫米。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线的长为42.5毫米，宽为30毫米，厚度为1.4毫米。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述主辐射体的长为9毫米，宽为5.8毫米。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一调谐块的长为5.7毫米，宽为6毫米。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地板的长为15毫米，宽为30毫米。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电结构为由所述地板、馈电线、接地板构成的共面波导，所述主辐射体通过所述馈电线与馈电口相连接。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述馈电线的长为29.8毫米，宽为0.8毫米，馈电阻抗为50欧姆。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述基板由耐热材料制成，厚度为1.4毫米，介电常数为4.2，损耗角的正切值为0.02。

10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一调谐块的宽度增加，天线在零阶谐振的谐振频点降低。