[發明專利]用于藍牙/RFID/WLAN/WiMAX的三頻天線

有效

• 申請號: 201410354583.8
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104143689A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 金杰;侯梓葉;王冰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q5/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于微帶天線技術領域，尤其涉及一種用于藍牙/RFID/WLAN/WiMAX的三頻天線。

技術背景

缺陷接地結構(DGS：Defected?Ground?Structure)，是微波領域新近發展的熱門之一，它是由光子帶隙結構(PBG)發展而來。該結構通過在微帶線等傳輸線接地平面上蝕刻周期性或非周期性圖形，來改變接地電流的分布，從而改變傳輸線的頻率特性，可實現抑制諧波，增加帶寬等作用。缺陷接地結構在微波電路和天線設計中有著十分廣泛的應用。關于缺陷接地結構可以實現多頻段的研究，國內外也有了很多成果。

隨著無線移動通信系統向著小型化、多功能和智能化的方向迅速發展，天線也面臨著新的要求，即小型化、多頻段、寬頻帶等。近年來出現了一些適用于不同通信標準的單頻天線，但是同時適用于藍牙、RFID、WLAN和WiMAX的天線設計卻相對較少。

發明內容

為了克服現有技術的不足，為增加天線帶寬，實現天線的多頻段設計，本發明采取的技術方案是，用于藍牙/RFID/WLAN/WiMAX的三頻天線，包括接地板、饋電點、輻射貼片和介質基板，輻射貼片由四個兩兩對稱、依次相連的半圓環、一個圓環和兩個矩形帶組成，圓環位于四個半圓環所圍區域中部靠下位置，四個半圓環和內部圓環連接的帶線寬度比饋電點到四個半圓環的帶線要窄；介質基板為環氧板FR4；在饋電點到四個半圓環的帶線下方的接地板上設置有拱形結構，拱形結構中部設置有圓形缺陷。

四個半圓環和內部圓環連接的帶線寬度為2mm，拱形結構半徑10mm，圓形缺陷半徑1.9mm。

四個半圓環和內部圓環內、外邊半徑分別為：R1＝8.5mm、R2＝7.5mm、R3＝4mm、R4＝3mm、R5＝4mm、R6＝3mm；四個半圓環和內部圓環連接的帶線長度為L1＝5.5mm，寬度為W1＝2.0mm，饋電點到四個半圓環的帶線長和寬分別是Lf＝13mm、Wf＝2.6mm，矩形接地板的大小是6mm×25.0mm。

與已有技術相比，本發明的技術特點與效果：

缺陷地結構增加了天線的帶寬，實現了多頻段設計，具有良好的匹配特性，天線的方向圖特性在所有的工作頻段內相對穩定，具有良好的方向性。

附圖說明

圖1.三頻天線的結構圖。

圖2.天線的設計過程及每一個天線對應的回波損耗特性。

(a)天線的設計過程；(b)三個天線所對應的S11曲線。

圖3.天線在2.45GHz、3.5GHz、5.5GHz時分別在E面、H面的方向圖。

具體實施方式

本發明通過引入缺陷地結構，設計了一款可同時用于藍牙/RFID/WLAN/WiMAX的三頻單極子天線。

天線包括接地板、饋電點、輻射貼片和介質基板。輻射貼片由四個兩兩對稱、依次相連的半圓環、一個圓環和兩個矩形帶組成；介質基板為環氧板FR4，相對介電常數εr＝4.4，介質損耗為0.02；饋電方式為微帶線饋電，特性阻抗為50Ω；。天線的結構圖如圖1所示。

天線最初的設計源于天線I，僅包括一個由兩兩相同的四個半圓環拼接而成的類似花形的輻射貼片和一個地板，如圖2(a)所示，輻射單元通過SMA接頭饋電后，電流從饋電點流經帶線直至輻射貼片上部大半圓環頂端,該電流流經的路徑長為52.25mm(約0.42λ)，此時天線僅工作在一個頻段，只可基本覆蓋藍牙工作頻段。

天線II通過在四個半圓環內部增加一個圓環貼片，可以激發出另一個諧振頻率，且天線的表面積大小沒有改變。為了獲得更好的匹配特性，通過計算比較，四個半圓環和內部圓環連接的帶線寬度為2mm，比饋電點到四個半圓環的帶線要窄。此時電流從饋電點流經帶線直至內圓環頂端,該電流流經的路徑長為31.06mm(約0.34λ)，依然可覆蓋藍牙工作頻段，同時產生了接近WiMAX工作頻段的第二頻段。在天線的尺寸沒有改變的情況下，第一個諧振頻率向左移動，等效于天線的尺寸被減小。