一种多频段天线
阅读：174发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种多频段天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多频段天线，包括上下叠层设置的N个微带天线，每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定 阈值 。本发明通过每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定阈值，实现了天线的去耦，提高了不同频段之间的隔离度，实现了叠层天线的紧凑设计，从而减小了多频段天线的体积。，下面是一种多频段天线专利的具体信息内容。
1.一种多频段天线，其特征在于，包括上下叠层设置的N个微带天线；每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定阈值。
2.如权利要求1所述的多频段天线，其特征在于，所述N个微带天线自上而下依次为第一微带天线、第二微带天线……第N微带天线，其中，N为大于3的整数；
所述多频段天线还包括位于与所述多频段天线的中心点相距设定距离的多个短路销钉；所述短路销钉位于自第M微带天线至第N微带天线的各微带天线的介质基体内；所述短路销钉用于将自第M微带天线至第N微带天线的各微带天线的辐射面连通；M为大于3小于N的整数。
3.如权利要求2所述的多频段天线，其特征在于，所述多个短路销钉构成以所述多频段天线的中心点为中心的圆形。
4.如权利要求1至3任一项所述的多频段天线，其特征在于，所述N个微带天线的各辐射面的面积自上而下依次递增，且所述N个微带天线的中心点相同。
5.如权利要求4所述的多频段天线，其特征在于，所述设定距离为大于自第一微带天线至第M-1微带天线中任一微带天线的馈电点距所述中心点的距离。
6.如权利要求4所述的多频段天线，其特征在于，所述N个微带天线从上向下的工作频段依次为B1、S、L、B3、B2，或者，L、S、B1、B3、B2；其中，B1、S、L、B3、B2为北斗三代卫星导航系统的五个频段。
7.如权利要求6所述的多频段天线，其特征在于，所述第一微带天线的介质基体的介电常数为高介电常数，其余微带天线的介质基体均采用低介电常数。
8.如权利要求6所述的多频段天线，其特征在于，所述第一微带天线采用中心点馈电方式；所述第二微带天线采用偏心式馈电方式；所述第三微带天线、所述第四微带天线和所述第五微带天线均采用中心式馈电方式。
9.如权利要求8所述的多频段天线，其特征在于，第K微带天线的馈电点距离所述多频段天线的中心点的距离小于第K+1微带天线的馈电点距离所述多频段天线的中心点的距离。
10.如权利要求9所述的多频段天线，其特征在于，所述第一微带天线的辐射面为边长
29.5mm的正方形；所述第一微带天线的介质基体的介电常数为10且厚度为3.5mm；所述第一微带天线的馈电点为所述中心点；
所述第二微带天线的辐射面为边长为61.5mm的正方形；所述第二微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为2mm；所述第二微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为
8.5mm；
所述第三微带天线的辐射面为长为39mm、宽为37.5mm的矩形；所述第三微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为2mm；所述第三微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为15mm；
所述第四微带天线的辐射面为边长为82mm的正方形；所述第四微带天线的介质基体的介电常数为3且厚度为2mm；所述第四微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为29mm；
所述第五微带天线的辐射面为边长为95mm的正方形；所述第五微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为3.5mm；所述第五微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为
30mm。
一种多频段天线
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多频段天线。
背景技术
[0002] 近年来，基于微带天线重量轻、成本低、结构紧凑和易于共形等优点，使得微带天线获得了越来越广泛的应用。然而，微带天线自身的弱点是频带较窄，增益较低，因而如何突破其带宽限制和提高其增益已成为微带天线的主要研究课题之一。
[0003] 其中，应用比较多的还是基本的单层微带天线，主要应用于卫星系统、通信系统中。叠层的微带天线能有效扩展带宽，由于这种天线结构较为复杂，目前要制成具有代表性的包含叠层微带天线的多频段天线还比较困难，同时考虑到多频段天线的频段多，频带宽，耦合强，从而多频段天线的小型化也是设计的难点。
发明内容
[0004] 本发明实施例提供一种多频段天线，用以解决实现包含多层微带天线的多频段天线的问题。
[0005] 第一方面，本发明实施例提供一种多频段天线，包括上下叠层设置的N个微带天线；每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定阈值。
[0006] 上述方案，由于天线频段多，频带宽，耦合强，因此每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定阈值，通过此方式实现了天线的去耦，提高了不同频段之间的隔离度，实现了叠层天线的紧凑设计，从而减小了多频段天线的体积。
[0007] 可选的，所述N个微带天线自上而下依次为第一微带天线、第二微带天线……第N微带天线，其中，N为大于3的整数；
[0008] 所述多频段天线还包括位于与所述多频段天线的中心点相距设定距离的多个短路销钉；所述短路销钉位于自第M微带天线至第N微带天线的各微带天线的介质基体内；所述短路销钉用于将自第M微带天线至第N微带天线的各微带天线的辐射面连通；M为大于3小于N的整数。
[0009] 需要说明的是，通过短路销钉的设计，扩大天线的零电位区域，消除了杂散电流，从而使得多频段天线所包含的微带天线的层数可以大于3。
[0010] 可选的，所述多个短路销钉构成以所述多频段天线的中心点为中心的圆形。
[0011] 需要说明的是，多个短路销钉构成的形状可以是矩形、三角形等。
[0012] 可选的，所述N个微带天线的各辐射面的面积自上而下依次递增，且所述N个微带天线的中心点相同。
[0013] 需要说明的是，N个微带天线的各辐射面的面积也可以位于天线中间的辐射面面积最大。
[0014] 可选的，所述设定距离为大于自第一微带天线至第M-1微带天线中任一微带天线的馈电点距所述中心点的距离。
[0015] 需要说明的是，只有当定距离大于自第一微带天线至第M-1微带天线中任一微带天线的馈电点距中心点的距离，天线才能实现去耦。这一点也很好理解，由于多个短路销钉围成的空间区域形成了天线的零点位区域，也就是说，上层微带天线的辐射面与下层微带天线的辐射面在馈电点围成的区域内短路，从而上层微带天线馈电点对下层微带天线不再有影响，提高了不同频段天线之间的隔离度。
[0016] 可选的，所述N个微带天线从上向下的工作频段依次为B1、S、L、B3、B2，或者，L、S、B1、B3、B2；
[0017] 需要说明的是，其中，B1、S、L、B3、B2为北斗三代卫星导航系统的五个频段。
[0018] 上述方案，采用L、S、B1、B3、B2叠层方式，或者B1、S、L、B3、B2叠层方式，L是左旋圆极化，B1是右旋圆极化，因此虽然频段相近，却不能做成一个较宽带天线，只能分开，用S隔开L与B1，提高天线隔离度，实现多微带设计。
[0019] 可选的，所述第一微带天线的介质基体的介电常数为高介电常数，其余微带天线的介质基体均采用低介电常数。
[0020] 上述方案，介电常数对应B1频段更窄的带宽，有利于降低相邻频段L的干扰。
[0021] 可选的，所述第一微带天线采用中心点馈电方式；所述第二微带天线采用偏心式馈电方式；所述第三微带天线、所述第四微带天线和所述第五微带天线均采用中心式馈电方式。
[0022] 需要说明的是，第一微带天线采用的中心点馈电方式使得第一微带天线馈电点对下层微带天线不产生影响。
[0023] 可选的，第K微带天线的馈电点距离所述多频段天线的中心点的距离小于第K+1微带天线的馈电点距离所述多频段天线的中心点的距离。
[0024] 可选的，所述第一微带天线的辐射面为边长29.5mm的正方形；所述第一微带天线的介质基体的介电常数为10且厚度为3.5mm；所述第一微带天线的馈电点为所述中心点；
[0025] 所述第二微带天线的辐射面为边长为61.5mm的正方形；所述第三微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为2mm；所述第一微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为8.5mm；
[0026] 所述第三微带天线的辐射面为长为39mm、宽为37.5mm的矩形；所述第二微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为2mm；所述第三微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为15mm；
[0027] 所述第四微带天线的辐射面为边长为82mm的正方形；所述第四微带天线的介质基体的介电常数为3且厚度为2mm；所述第四微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为29mm；
[0028] 所述第五微带天线的辐射面为边长为95mm的正方形；所述第五微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为3.5mm；所述第五微带天线的馈电点距离所述中心点的距离为30mm。
[0029] 需要说明的是，介质基体介电常数的选取、介质基体尺寸的大小以及馈电方式的选择都很大程度上影响着多频段天线的性能。
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1为本发明实施例提供的一种微带天线的示意图；
[0033] 图2为本发明实施例提供的一种多频段天线的示意图；
[0034] 图3为本发明实施例提供的一种多频段天线的隔离度曲线的示意图。
具体实施方式
[0035] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
[0036] 首先，本发明实施例所提供的一种多频段天线，包括上下叠层设置的N个微带天线。为了更好的解释本发明实施例，下面简单介绍一下微带天线的组成和辐射原理。
[0037] 如图1所示，单层微带天线是由辐射片、介质基片、接地板组成的。其中，微带天线从上向下依次为辐射贴片、介质基片、接地板。辐射贴片可以是铜、金等，辐射贴片是电磁波向空间辐射的辐射源，它可以是任意形状。进一步的，微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。
[0038] 从上述内容可以看出，最基本的微带天线是单层结构，微带天线具有结构紧凑、易于共形等优点，基于此，为解决现有技术中存在的问题，本申请实施例在单层结构的基础上提供一种包括上下叠层设置的N个微带天线的多频段天线，具体如下：
[0039] 如图2所示的一种多频段天线，包括：上下叠层设置的N个微带天线，其中，下层的微带天线的辐射面是上层微带天线的接地面；每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定阈值。
[0041] 基于上述内容，多层介质具有不同的厚度和介电常数，多个辐射贴片也有不同的大小、形状及不同的激励方法，本申请实施例中，下层的微带天线的底面与上层微带天线的辐射面共用。
[0042] 进一步的，本申请实施例采用同轴馈电、微带馈电等馈电方式，本申请实施例对此不做具体限定。本申请实施例中，选用形状比较规则的贴片，比如矩形贴片，圆形贴片或者三角形贴片等，对此不做具体限定。此外，通过调整介质基片的介质厚度、辐射贴片的尺寸和上下贴片的位置，可以改变天线的带宽和增益。
[0043] 本申请实施例中，由于天线频段多，频带宽，耦合强，因此每个微带天线具有各自的工作频段，相邻的微带天线的工作频段的间隔大于设定阈值，通过此方式实现了天线的去耦，提高了不同频段之间的隔离度，实现了叠层天线的紧凑设计，从而减小了多频段天线的体积。
[0044] 具体的，N个微带天线自上而下依次为第一微带天线、第二微带天线……第N微带天线，其中，N为大于3的整数。
[0045] 需要说明的是，叠层天线在设计时每增加一层，设计难度都增加一个量级，尤其在三层的基础上增加。比如，第M微带天线上有M-1个金属化过孔，数量越多难度越大。
[0046] 进一步的，多频段天线还包括位于与多频段天线的中心点相距设定距离的多个短路销钉；短路销钉位于自第M微带天线至第N微带天线的各微带天线的介质基体内；短路销钉用于将自第M微带天线至第N微带天线的各微带天线的辐射面与接地面连通；M为大于3小于N的整数。
[0047] 具体的，多个短路销钉构成以多频段天线的中心点为中心的圆形。
[0048] 举个具体的例子，如图2所示，多个短路销钉为以多频段天线的中心点为圆心的圆形。此外，多个短路销钉形成的形状还可以为矩形、三角形等，本申请对此不做具体限定。
[0049] 上述方案，通过短路销钉的设计，扩大天线的零电位区域，消除了杂散电流，从而使得多频段天线所包含的微带天线的层数可以大于3。
[0050] 本申请实施例中，N个微带天线的各辐射面的面积自上而下依次递增，且N个微带天线的中心点相同。
[0051] 需要说明的是，N个微带天线的各辐射面的面积也可以位于天线中间的辐射面面积最大，本申请实施例对此不做具体限定。
[0052] 此外，设定距离为大于自第一微带天线至第M-1微带天线中任一微带天线的馈电点距中心点的距离。
[0053] 从上述内容可以看出，只有当定距离大于自第一微带天线至第M-1微带天线中任一微带天线的馈电点距中心点的距离，天线才能实现去耦。这一点也很好理解，由于多个短路销钉围成的空间区域形成了天线的零点位区域，也就是说，上层微带天线的辐射面与下层微带天线的辐射面在馈电点围成的区域内短路，从而上层微带天线馈电点对下层微带天线不再有影响，提高了不同频段天线之间的隔离度。
[0054] 进一步的，第K微带天线的馈电点距离多频段天线的中心点的距离小于第K+1微带天线的馈电点距离多频段天线的中心点的距离。
[0055] 上述方案，进一步实现了多频段天线的去耦。
[0056] 下面根据具体的例子，进一步阐述本发明实施例所提供的多频段天线的设计原理。
[0057] 如图2所示，基于上述内容，微带天线的个数N为5，N个微带天线从上向下的工作频段依次为B1、S、L、B3、B2，或者，L、S、B1、B3、B2；
[0058] 需要说明的是，其中，B1、S、L、B3、B2为北斗三代卫星导航系统的五个频段。北斗三代是在北斗一代卫星导航试验系统和北斗二代覆盖亚太地区的区域导航系统上演变过来的覆盖全球的卫星导航系统，其频段在兼容了一代二代工作频段的基础上，频带很大程度扩宽，可以概之为B1(B1I/B1A/B1C)，B3(B3AE/B3A/B3I/B3Q)，B2(B2a/B2b)，S(S1I/S1Q/S2C_d/S2C_p/S2A)，L(Lf-0/Lf1/Lf2/Lf3/Lf4/Lf5)五大频段。
[0059] 一般的，在多频段天线设计时，根据谐振波长关系将五个分别工作于S、L、B1、B3、B2的微带天线从上而下依次排列，本申请实施例中，由于L与B1频段相近，极化相反，按照此排列会使L辐射片工作时直接在B1辐射片上感应出较大的耦合电流，同时L负责发射，功率较大，会直接影响到位于天线后端的接收机。
[0060] 基于此，本申请提案采用L、S、B1、B3、B2叠层方式，或者B1、S、L、B3、B2叠层方式，用S隔开L与B1，提高天线隔离度，实现多微带设计。
[0061] 需要说明的是，实现B1、S、L、B3、B2从上而下依次排列的设计方式有个前提，基于不同介电常数的介质基体对辐射片产生不同程度的介质缩短效应，S辐射片比B1大，L辐射片比S大，辐射片面积依次递增。
[0062] 本申请实施例中，第一微带天线的介质基体的介电常数为高介电常数，其余微带天线的介质基体均采用低介电常数。
[0063] 需要说明的是，在天线设计中，介质基体介电常数的选取、介质基体尺寸的大小以及馈电方式的选择都很大程度上影响着多频段天线的性能，下面具体介绍本发明实施例所提供的多频段天线的具体设计：
[0064] 第一微带天线的辐射面为边长29.5mm的正方形，第一微带天线的介质基体的介电常数为10且厚度为3.5mm，高介电常数对应B1频段更窄的带宽，有利于降低相邻频段L的干扰。
[0065] 馈电方式上，第一微带天线的馈电点为中心点即微带天线B1采用中心点馈电方式，使得馈针穿过的位于微带天线S和L上的金属化过孔处于零电位区域，从而对频段为S和L的微带天线的辐射片的电流模式不产生任何影响。
[0066] 第二微带天线的辐射面为边长为61.5mm的正方形，第二微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为2mm，低介电常数有利于扩大S频段的面积，增加第二微带天线的带宽与辐射效率。
[0067] 馈电方式上，第二微带天线采用偏心式馈电方式，辐射片设置为矩形，馈电点位于对角线上。第二微带天线的馈电点距离中心点的距离为8.5mm。
[0068] 第三微带天线的辐射面为长为39mm、宽为37.5mm的矩形，第三微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为2mm，采用低介电常数设计可以扩展带宽，同时辐射片也可以采用曲流技术设计，电流路径边长有利于天线的小型化。
[0069] 馈电方式上，第三微带天线采用中心式馈电方式，第三微带天线的馈电点距离中心点的距离为15mm。
[0070] 第四微带天线的辐射面为边长为82mm的正方形，第四微带天线的介质基体的介电常数为3且厚度为2mm，基于上述内容，介质基体上设置了一圈短路销钉，扩大零电位区域，消除频段为B1、S、L的微带天线的馈针穿过产生的耦合电流。
[0071] 馈电方式上，第四微带天线采用中心式馈电方式，第四微带天线的馈电点距离中心点的距离为29mm。
[0072] 第五微带天线的辐射面为边长为95mm的正方形，第五微带天线的介质基体的介电常数为2.2且厚度为3.5mm，同时设置了一圈短路销钉，扩大零电位区域，消除了杂散电流，实现纯度更高的圆极化性能。
[0073] 馈电方式上，第五微带天线采用中心式馈电方式，第五微带天线的馈电点距离中心点的距离为30mm。
[0074] 基于上述内容，图3为本发明实施例所提供的一种多频段天线的隔离度曲线。
[0075] 如图3所示，横轴为频率，纵轴为不同频段天线之间的隔离度。从图上可以看出，比如加粗曲线，对于曲线上的每一点，纵坐标绝对值越大，说明隔离度越好。
[0076] 基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种终端设备，该终端设备可以包括上述的多频段天线。
[0077] 最后应说明的是：本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0078] 本发明是参照根据本发明的方法、被控设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理被控设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理被控设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0079] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理被控设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
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