一種寬帶天線的製作方法
2023-05-21 16:17:51
本發明涉及無線通信
技術領域：
，特別是涉及一種用於移動終端的寬帶天線。
背景技術：
：現有技術中，實現天線寬頻帶的方法主要有：採用特殊材料的介質基片、附加阻抗匹配網絡、天線加載、優化算法、採用多層介質基片以及共面寄生貼片等。但上述方法常存在如下問題：設計複雜不易實現，且改善幅度小。例如，採用特殊材料的介質基片，生產成本較高，而得到的最大帶寬往往僅約諧振頻率的10％；附加阻抗匹配網絡，結構複雜不易實現，而得到的最大帶寬往往僅約諧振頻率的30％。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種寬帶天線，通過在圓盤貼片上開槽和使用短路探針，能夠調節天線的諧振特性和阻抗匹配，形成雙諧振從而展寬帶寬，且結構簡單易實現。為了實現上述的目的，本發明提供一種寬帶天線，用於一移動終端，包括接地組件、圓盤貼片、至少一個短路探針和信號饋入組件；其中，所述圓盤貼片上具有開槽，所述圓盤貼片通過所述至少一個短路探針與所述接地組件連接，所述圓盤貼片通過所述信號饋入組件與所述移動終端連接，所述信號饋入組件與所述接地組件連接。優選的，所述開槽為圓環槽，所述圓環槽將所述圓盤貼片分割為相互獨立的第一圓盤貼片和圓環貼片，所述第一圓盤貼片通過所述信號饋入組件與所述移動終端連接，所述圓環貼片通過所述至少一個短路探針與所述接地組件連接。優選的，所述開槽為U型槽。優選的，所述圓盤貼片的中心點通過所述信號饋入組件與所述移動終端連接。優選的，所述信號饋入組件是一個同軸線，外層與所述接地組件連接，中間是介質層，內層是饋電銅芯，一端與所述圓盤貼片連接，另一端與所述移動終端連接。優選的，所述圓盤貼片的材料採用單面覆銅的印刷電路板。優選的，所述圓環槽的縫隙寬度為1mm，所述第一圓盤貼片的直徑為8mm，所述圓環貼片的內徑為10mm且外徑為20mm。通過本發明的上述技術方案，本發明的有益效果在於：本發明的寬帶天線，通過在圓盤貼片上開槽和使用短路探針，能夠調節天線的諧振特性和阻抗匹配，形成雙諧振從而展寬帶寬，即相對帶寬可達到63.2％，且實現天線在水平面內有較大的增益。同時，本發明的寬帶天線可採用低剖面結構，實現小型化，可以在路由器、車載、電視等移動終端的Wi-Fi和高頻天線上使用。附圖說明圖1表示本發明一實施例的寬帶天線的正面示意圖。圖2表示本發明一實施例的寬帶天線的剖面示意圖。圖3表示本發明一實施例的寬帶天線的S11參數曲線圖。圖4表示本發明一實施例的寬帶天線的VSWR圖。圖5表示本發明一實施例的寬帶天線的歸一化方向圖。圖6表示本發明一實施例的寬帶天線在角度60°上的增益圖。圖7表示圖1中的寬帶天線在具有不同半徑R的短路探針的情況下的S11參數曲線圖。圖8表示圖1中的寬帶天線在具有不同直徑Dcenter的第一圓盤貼片的情況下的S11參數曲線圖。圖9表示圖1中的寬帶天線在具有不同外徑Douter的圓環貼片的情況下的S11參數曲線圖。圖10表示圖1中的寬帶天線在具有不同的開槽寬度SLOT_W的情況下的 S11參數曲線圖。圖11表示本發明另一實施例的寬帶天線的正面示意圖。圖12表示本發明另一實施例的寬帶天線的剖面示意圖。圖13表示本發明另一實施例的寬帶天線的S11參數曲線圖。圖14表示普通矩形貼片天線示意圖及其等效電路圖。圖15表示加U型槽的矩形貼片天線示意圖及其等效電路圖。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對具體實施例進行詳細描述。參見圖1、圖2所示，本發明實施例提供一種寬帶天線，用於一移動終端，包括接地組件1、圓盤貼片2、至少一個短路探針3和信號饋入組件4；其中，所述接地組件1用於接地，所述圓盤貼片2上具有開槽5，所述圓盤貼片2通過所述至少一個短路探針3與所述接地組件1連接，所述圓盤貼片2通過所述信號饋入組件4與所述移動終端連接，所述信號饋入組件4與所述接地組件1連接。具體的，所述圓盤貼片2用於發射射頻信號，所述信號饋入組件4用於將信號饋入輻射部分。具體的，在圖1中，所述開槽5為圓環槽51，所述短路探針3的數量為4個。由於所述圓環槽51的存在，將所述圓盤貼片2分割為相互獨立的第一圓盤貼片21和圓環貼片22，所述圓盤貼片2和所述第一圓盤貼片21為同心圓結構，且所述第一圓盤貼片21通過所述信號饋入組件4與所述移動終端連接，所述圓環貼片22通過所述4個短路探針3與所述接地組件1連接。其中，所述圓盤貼片2或所述第一圓盤貼片21的中心點通過所述信號饋入組件4與所述移動終端連接，而所述圓環貼片22的外徑邊緣通過所述4個短路探針3分別與所述接地組件1連接，以調節諧振特性。所述圓盤貼片的材料採用單面覆銅的印刷電路板。具體的，所述信號饋入組件4例如是一個同軸線，外層與所述接地組件1連接，中間是介質層，內層是饋電銅芯，一端與所述圓盤貼片2連接，另一端與所述移動終端連接。需要指出的是，本發明並不限定所述短路探針的個數，除了圖1中的4個，也可以為2個或3個，可依實際需求決定。並且，本發明也不限定所述開槽的形狀，除了圖1中的圓環槽，也可以是橢圓形、方形、U型等等，可依需求進行選擇。本發明實施例的寬帶天線，通過在圓盤貼片上開槽和使用短路探針，能夠調節天線的諧振特性和阻抗匹配，形成雙諧振從而展寬帶寬，且結構簡單易實現。下面，通過一具體實施例對本發明作進一步的詳細描述，天線結構可參見圖1、圖2所示。在本發明具體實施例中，所述寬帶天線是在低剖面體的基礎上製作的，所述低剖面體是直徑為DGND，高度為H的圓柱形，且去掉其頂部圓形表面的空腔，採用單面覆銅的印刷電路板。其中，所述低剖面體的直徑DGND為100mm，高度H為8mm，第一圓盤貼片21的直徑Dcenter為8mm，圓環貼片22的內徑Dinner為10mm，外徑Douter為20mm，圓環槽51的縫隙寬度SLOT_W為1mm，詳見表1。HDcenterDinnerSLOT_WDouterDGND8mm8mm10mm1mm20mm100mm表1所述第一圓盤貼片21的中心點通過信號饋入組件4與一移動終端連接，所述圓環貼片22的外徑邊緣通過4個短路探針3分別與接地組件1連接，所述短路探針3的半徑為R，高度為H(8mm)。而所述圓盤貼片和接地板也採用單面覆銅的印刷電路板，且為了儘量減小其對天線性能的影響，優選的相對介電常數為2.6的介質。為了確定本發明具體實施例的寬帶天線的性能，利用HFSS仿真軟體(三維電磁仿真軟體)進行仿真，得到的仿真結果參見圖3-圖6。具體的，從圖3的S11參數曲線圖可以得知：所述寬帶天線的中心頻率Freq為2.5GHz，在回波損耗S11<﹣10db時，所述寬帶天線的阻抗頻帶為1.92～3.5GHz，相對帶寬達到了63.2％，改善幅度大。從圖4的VSWR(電壓駐波比)圖可以得知：在1.62～3.64GHz頻帶內，所述寬帶天線滿足VSWR<2.0，即所述寬帶天線滿足基本天線的要求。從圖5的歸一化方向圖和圖6的在角度60°上的增益圖可以得知：工作頻帶內方向圖沒有發生畸變且在60°的角度上有較大的輻射能量，增益大於-1dB。由上述內容可知：本發明的寬帶天線能夠有效的展寬帶寬，即相對帶寬可達到63.2％，和實現天線在水平面內有較大的增益。同時，本發明的寬帶天線可採用低剖面結構，實現小型化，可以在路由器、車載、電視等移動終端的Wi-Fi和高頻天線上。需要指出的是，表1所示的天線尺寸，只是本發明的一種優選方式，並不能限制本發明。此外，參見圖7-圖10所示，還給出了圖1所示的寬帶天線在具有不同半徑R的短路探針、不同直徑Dcenter的第一圓盤貼片、不同外徑Douter的圓環貼片及不同的開槽寬度SLOT_W的情況下的S11參數曲線圖。具體的，從圖7可以看出，當短路探針的半徑R變大時，所述寬帶天線的工作頻率整體右移，即所述短路探針的半徑的變化影響天線的諧振頻率；從圖8可以看出，當第一圓盤貼片的直徑Dcenter變大時，所述寬帶天線的低頻諧振點和高頻諧振點有靠近的趨勢，即通過改變Dcenter可調節寬帶天線的諧振特性，以形成寬頻帶；從圖9可以看出，圓環貼片的外徑Douter的變化主要影響寬帶天線的低頻諧振點，且隨著Douter的增大，寬帶天線的低頻諧振點的位置變化較大，而對其它兩個低頻諧振點的影響較小；從圖10可以看出，圓環槽的縫隙寬度SLOT_W主要影響的是寬帶天線的諧振強度。這樣，基於上述的變化情況，在製作本發明的寬帶天線時，可進行不同的選擇以得到最優的適合應用的寬帶天線。參見圖11、圖12所示，本發明實施例還提供一種寬帶天線，包括接地組件1、圓盤貼片2、4個短路探針3和信號饋入組件4；其中，所述圓盤貼片2上具有U型槽52，且所述圓盤貼片2的中心點通過所述信號饋入組件4與所述移動終端連接，所述圓盤貼片2的邊緣通過所述4個短路探針3分別與所述接地組件1連接。具體的，與圖1所示的寬帶天線相比，圖11中的寬帶天線採用U型槽，所述U型槽用於改變圓盤貼片表面電流流向，以達到展寬帶寬的目的。同樣的，為了確定圖11所示的寬帶天線的性能，利用HFSS仿真軟體進行仿真，其中，低剖面體的直徑DGND為100mm，所述圓盤貼片2的直徑Dpatch為20mm，所述U型槽的槽體高度W為9.6mm，槽體長度L為12.4mm，槽壁厚度b為1mm，槽底厚度c為1mm。根據上述仿真，得到的S11參數曲線圖如圖13所示，從中可以看出：所述寬帶天線的中心頻率為2.4GHz，在回波損耗S11<﹣10db時，所述寬帶天線的阻抗頻帶為2.08～2.72GHz，相對帶寬達到了27％，滿足寬帶天線的要求。下面，以U型槽為例，介紹開槽能夠展寬帶寬的原因。參見圖14、圖15所示，圖14表示普通矩形貼片天線示意圖及其等效電路圖，圖15表示加U型槽的矩形貼片天線示意圖及其等效電路圖。其中，從圖14可以看出，普通矩形貼片天線可以等效為一個簡單的LC諧振迴路，電流I從饋電點Q流出，沿貼片流向輻射邊，而等效LC諧振迴路中的L和C的值取決於沿貼片流向輻射邊的電流的路徑長度。在矩形貼片上具有U型槽後，如圖15所示，其等效電路會有所改變。具體的，在矩形貼片中間流動的電流，其電流方向和路徑幾乎沒有發生變化，此部分等效的LC諧振迴路基本保持不變，即在原來的諧振頻率處仍然出現一個諧振點。然而，在偏離矩形貼片中心的地方，由於U型槽的存在，電流會沿著U型槽的邊緣流動，使其路徑相應增加，反應到等效電路上相當於增加了一部分串聯電感，即此部分的等效電路為LC諧振迴路增加了串聯電感。這樣，經過開槽處理的矩形貼片天線，等效電路就由原來的單一諧振迴路變為雙諧振迴路形式，出現兩個諧振點。而經過合理的開槽處理，可以將兩個諧振點連在一起，形成寬頻帶。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3