本發(fā)明屬于移動(dòng)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(dòng)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(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)、通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS)、長(zhǎng)期演進(jìn)(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(huì)導(dǎo)致同一平臺(tái)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(tái)中天線的數(shù)量，同時(shí)為了避免在一個(gè)平臺(tái)中存在多個(gè)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(shí)覆蓋多個(gè)無線通信系統(tǒng)的多頻帶天線應(yīng)運(yùn)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(dòng)終端集成等特點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)終端從最簡(jiǎn)單的呼叫功能，發(fā)展到現(xiàn)在可以聯(lián)網(wǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)GPS定位功能等?，F(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(shí)現(xiàn)2.4GHz以上的多頻段應(yīng)用，不能滿足現(xiàn)代移動(dòng)通信設(shè)備(移動(dòng)終端)輕薄化以及功能多樣化的要求。

技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)工作在LTE、WLAN、Wi-Fi和WiMAX頻段的同時(shí)，覆蓋GPS工作頻段，并簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、增加頻帶的效果。

為實(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)，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(shí)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(shí)現(xiàn)當(dāng)多頻帶平面印刷天線工作于1.6GHz時(shí)，C形微帶結(jié)構(gòu)是主要的輻射單元，而在2.45GHz時(shí)，C形微帶結(jié)構(gòu)接收的信號(hào)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(dāng)天線工作于5.5GHz時(shí)，金屬地面上的開的L形槽耦合接收的信號(hào)，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(shí)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(shí)工作在多個(gè)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(shí)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于同微波電路進(jìn)行集成的特點(diǎn)，滿足移動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)施例的仿真與測(cè)試的反射系數(shù)曲線圖；

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

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

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

圖7是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)測(cè)增益曲線圖。

圖中標(biāo)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)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(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，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(shí)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)獨(dú)立的微帶結(jié)構(gòu)以及一個(gè)獨(dú)立L形槽的金屬地面構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

圖2是本發(fā)明多頻帶平面印刷天線一種具體實(shí)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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)度W_f為4～4.5mm，整個(gè)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(zhǎng)_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(zhǎng)度W_f1為16.6～19.6mm，第四微帶線32的長(zhǎng)度L₁為16～20mm，第五微帶線33的長(zhǎng)度L₂為16～17.5mm。

在本實(shí)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(zhǎng)度L_p1(上下高度)為1～5mm，第七微帶線42的長(zhǎng)度L_p為13.5～17.5mm，第八微帶線43的長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)度P₁為3～4.5mm；

實(shí)施例

在本實(shí)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(duì)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(cè)試來進(jìn)一步說明：

對(duì)本實(shí)施例多頻帶平面印刷天線的反射系數(shù)S₁₁進(jìn)行仿真和測(cè)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(shí)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(duì)本實(shí)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(jìn)行仿真和測(cè)試，并進(jìn)行對(duì)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(duì)本發(fā)明實(shí)施例的增益進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式進(jìn)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(shí)施方式的范圍，對(duì)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(hù)之列。