專利名稱：三頻平面貼片天線及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多頻天線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代無(wú)線通信的飛速發(fā)展對(duì)無(wú)線通信設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的 要求，小型化便是其中一個(gè)很重要的指標(biāo)。通信裝置的小型化，天線的設(shè) 計(jì)也必須相應(yīng)的小型化。而天線小型化的解決方案，在現(xiàn)有技術(shù)中已逐漸 成為成熟技術(shù)。例如，微帶天線、高介電常數(shù)天線、隙縫天線與小型螺旋
形天線均為因應(yīng)天線小型化所發(fā)展出的技術(shù)。平面天線，如F型貼片天線， 具有高度低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，是一種被廣泛應(yīng)用的小型天線。
在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到天線多頻工作。例如，在智能交通系 統(tǒng)中，用于汽車通信的全球定位系統(tǒng)(GPS)、藍(lán)牙(Bluetooth)及汽車通信系 統(tǒng)(VICS)要用到三個(gè)工作頻率，如果三個(gè)工作頻率分別用三個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)， 則天線占用空間較大，對(duì)于移動(dòng)體(如汽車)上通信設(shè)備的小型化是非常 不利的。
目前關(guān)于雙頻平面貼片天線的報(bào)道很多，而關(guān)于三頻平面貼片天線的 相關(guān)技術(shù)則比較少見(jiàn)。理論上雖然通過(guò)堆積貼片或在輻射單元旁邊設(shè)置寄 生單元可以實(shí)現(xiàn)天線的三頻工作特性，但是天線剖面太厚或面積太大，不 利于小型化，并且會(huì)造成饋電困難，限制它的應(yīng)用范圍。
中國(guó)專利CN2577453Y所公開的一種雙頻或者三頻平面型倒F天線，運(yùn) 用印刷電路板的方式將平面型倒F天線呈現(xiàn)；在筆記型計(jì)算機(jī)或可攜式電 子設(shè)備的空間限制下，該實(shí)用新型透過(guò)平面型倒F天線的設(shè)計(jì)，將雙頻或 三頻的天線開路端加以計(jì)算不同頻率的共振長(zhǎng)度，來(lái)設(shè)計(jì)出多頻段的平面 型倒F天線；開路端至信號(hào)饋入端的等效長(zhǎng)度即為天線欲發(fā)射波長(zhǎng)的1/4， 不同頻率的天線，其共振長(zhǎng)度不同；并且，透過(guò)調(diào)整幵路端的形狀，即可 調(diào)整天線的工作頻寬。但該專利揭示的三頻平面天線體積大，而底板面積 較小，造成輻射效率不夠、增益較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種體積小、輻射效率高、制造成 本低且具有三個(gè)工作頻率的三頻平面貼片天線及其設(shè)計(jì)方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明三頻平面貼片天線技術(shù)方案是 一種三頻平面貼片天線，包括有基板，位于基板上表面的輻射單元、 設(shè)置有輻射單元上的饋電點(diǎn)以及位于基板下表面的接地板，所述輻射單元為 貼附于基板上表面上的方形金屬貼片，輻射單元輻射邊長(zhǎng)對(duì)應(yīng)三頻天線的低 頻段，輻射單元上平行于輻射單元的兩條輻射邊開有兩個(gè)寬度不同的槽體， 窄槽體和寬槽體，兩個(gè)槽體尺寸決定三頻天線中頻段和高頻段的工作頻率。
上述三頻平面貼片天線的設(shè)計(jì)方法是
第一步、在一塊基板下表面設(shè)置接地板，上表面設(shè)置一個(gè)方形輻射單 元，形成一個(gè)TM10模可工作于三頻天線低頻段的貼片天線，輻射單元的邊 長(zhǎng)通過(guò)現(xiàn)有常規(guī)的電磁理論公式計(jì)算確定、通過(guò)仿真計(jì)算確定或通過(guò)實(shí)驗(yàn)確 定。
第二步、在靠近輻射單元輻射邊并平行于輻射邊幵兩個(gè)相同寬度的開 槽，調(diào)整幵槽長(zhǎng)度、寬度、及開槽與輻射邊的距離，使TM30模工作于三頻 天線的高頻段；
第三步、保持一個(gè)開槽形狀不變，加寬另一個(gè)開槽的寬度，最終使TM20 模工作于三頻天線的中頻段。
第四步、確定饋電點(diǎn)的位置，當(dāng)三頻天線的三個(gè)頻段的工作頻率均為 線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在窄槽體和寬槽體的中心連線上；
當(dāng)三頻天線的低頻段工作頻率為圓極化波，另外兩個(gè)高頻段工作頻率 為線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在與輻射單元具有相同中心點(diǎn)、各邊均平 行與輻射單元的假想正方形的對(duì)角線上，且偏離輻射單元的中心點(diǎn)。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的三頻平面貼片天線通過(guò)在普通的貼片天線的輻射單元輻射 邊附近開設(shè)兩個(gè)平行的開槽，并且調(diào)節(jié)天線的開槽長(zhǎng)度和寬度便能方便地 調(diào)節(jié)天線的第二個(gè)和第三個(gè)工作頻率，因此可以很方便地將天線工作頻率 調(diào)整到所需頻率，實(shí)現(xiàn)天線的三頻同時(shí)工作。這種結(jié)構(gòu)的三頻工作天線 體積小、高度低，有效地實(shí)現(xiàn)了天線的小型化。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了具有三個(gè)頻率的天線統(tǒng)一地制作在一塊介質(zhì)材料板上， 加工容易，并可降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明所提供的三頻平面貼片天線可以通過(guò)調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)距離天線中 心的位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)天線三個(gè)工作頻率的同時(shí)阻抗匹配，實(shí)用性強(qiáng)。


圖l為本發(fā)明三頻平面貼片天線最低頻率為圓極化波、其它兩個(gè)頻率為 線極化波時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中A-A剖面圖3為本發(fā)明天線的三個(gè)工作頻率均為線極化波時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明天線同時(shí)工作于汽車通信的全球定位系統(tǒng)GPS、藍(lán)牙 Bluetooth及汽車通信系統(tǒng)VICS三個(gè)工作頻率的反射系數(shù)特性數(shù)據(jù)圖，圖 .中x軸表示的是頻率(單位GHz)， y軸表示的是天線輸入端口的反射系數(shù)
(單位dB)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
參見(jiàn)圖l、 2， 一種三頻平面貼片天線，包括有基板l，基板下表面上 設(shè)置有接地板5。在基板上表面的設(shè)有輻射單元2、該輻射單元上的有饋電 點(diǎn)3。輻射單元為貼附于基板上表面上的方形金屬貼片，輻射單元輻射邊長(zhǎng) 決定TM10模的工作頻率，即三頻天線的低頻段工作頻率。
在天線輻射單元的兩個(gè)輻射邊附近各幵一個(gè)長(zhǎng)度相等、寬度相同的長(zhǎng) 方形槽體，槽體的走向與輻射單元的輻射邊平行，所開的槽體的尺寸，包 括槽體的長(zhǎng)度、寬度及開槽與輻射邊的距離決定天線TM30模的工作頻率， 即高頻段工作頻率。
如果兩個(gè)開槽的形狀相同、并且分別距離輻射邊的距離相等，則TM20 模的電流分布會(huì)形成對(duì)稱形狀，并且位于圖1中的中心對(duì)稱軸B-B'兩邊的 電流會(huì)形成相反方向，其結(jié)果由TM20模的電流輻射的遠(yuǎn)場(chǎng)會(huì)在天線的正上 方形成零點(diǎn)，輻射的能量最弱。因此為了增強(qiáng)TM20模中頻段工作頻率的電 流在天線正上方的輻射，則需調(diào)整兩個(gè)開槽為不等寬度， 一個(gè)為窄槽體6、 另一個(gè)為寬槽體4，最終使TM20模中頻段工作頻率的電流在天線正上方輻 射能量最強(qiáng)，TM20模方向圖變得與TM10模及TM30模的方向圖形狀相似，從而TM10模、TM20模和TM30模三個(gè)頻率可以同時(shí)使用，達(dá)到天線三頻工作的 目的。
當(dāng)需要上述天線最低工作頻率為圓極化波，而另兩個(gè)工作頻率為線極 化波時(shí)，饋電點(diǎn)設(shè)置在與輻射單元具有相同中心點(diǎn)、各邊均平行與輻射單 元的假想正方形的對(duì)角線上，且與輻射單元的中心點(diǎn)有一定距離，該距離 能夠保證三個(gè)工作頻率均能達(dá)到阻抗匹配，參見(jiàn)圖l。
當(dāng)需要上述的天線的三個(gè)工作頻率均為線極化波時(shí)，饋電點(diǎn)則設(shè)置在 A-A，軸上。參見(jiàn)圖3。
下面通過(guò)具體的應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明，同時(shí)具有汽車通信的全球定位系統(tǒng) GPS、藍(lán)牙Bluetooth及汽車通信系統(tǒng)VICS三個(gè)工作頻率的平面貼片天線 設(shè)計(jì)方法。
第一步、在一塊天線基板下表面設(shè)置接地板，上表面設(shè)置一個(gè)方形輻 射單元，形成一個(gè)TM10?？晒ぷ饔谄囃ㄐ诺娜蚨ㄎ幌到y(tǒng)GPS的工作頻 率為1. 575GHz的貼片天線，方形輻射單元的輻射邊邊長(zhǎng)可以通過(guò)現(xiàn)有常規(guī) 技術(shù)手段確定。如可以通過(guò)電磁理論中的計(jì)算公式確定或者通過(guò)仿真計(jì)算確 定。實(shí)際測(cè)定時(shí)，方形輻射單元的輻射邊邊長(zhǎng)的數(shù)值還與所選取的基板的介 電常數(shù)有關(guān)，使用不同的基板，該邊長(zhǎng)的數(shù)值也會(huì)不同的。
第二步、在靠近輻射單元輻射邊附近開兩個(gè)相同寬度的開槽，調(diào)整開 槽長(zhǎng)度、寬度、及開槽與輻射邊的距離，使TM30模工作于頻率2.5GHz， (VICS),即與汽車通信系統(tǒng)VICS的工作頻率對(duì)應(yīng)。
第三步、保持一個(gè)開槽形狀不變，加寬另一個(gè)開槽的寬度，最終使TM20 模工作于頻率2. 4GHz,即藍(lán)牙Bluetooth的工作頻率對(duì)應(yīng)。
第四步、確定饋電點(diǎn)的位置，當(dāng)三頻天線的三個(gè)頻段的工作頻率均為 線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在窄槽體6和寬槽體4的中心連線上；
當(dāng)三頻天線的低頻段工作頻率為圓極化波，另外兩個(gè)高頻段工作頻率 為線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在與輻射單元具有相同中心點(diǎn)、各邊均平 行與輻射單元的假想正方形的對(duì)角線上，且偏離輻射單元的中心點(diǎn)。
這樣就可以設(shè)計(jì)出 一個(gè)可同時(shí)工作于汽車通信的全球定位系統(tǒng)GPS 、 藍(lán)牙Bhietooth及汽車通信系統(tǒng)VICS三個(gè)工作頻率的平面貼片天線。
7圖4是本發(fā)明天線同時(shí)工作于汽車通信的全球定位系統(tǒng)GPS、藍(lán)牙Bluetooth及汽車通信系統(tǒng)VICS三個(gè)工作頻率的反射系數(shù)特性數(shù)據(jù)圖，圖中x軸表示的是頻率(單位GHz), y軸表示的是天線輸入端口的反射系數(shù)(單位dB)。從圖中可以看出，天線同時(shí)工作在三個(gè)頻率，即1.575GHz、2. 4GHz和2. 5GHz，并且在三個(gè)頻率點(diǎn)上具有良好的阻抗匹配特性。
本發(fā)明所提供的三頻平面貼片天線通過(guò)在普通的貼片天線的輻射單元輻射邊附近開設(shè)兩個(gè)平行的開槽，并且調(diào)節(jié)天線的開槽長(zhǎng)度和寬度便能方便地調(diào)節(jié)天線的第二個(gè)和第三個(gè)工作頻率，因此可以很方便地將天線工作頻率調(diào)整到所需頻率，實(shí)現(xiàn)天線的三頻同時(shí)工作。這種結(jié)構(gòu)的三頻工作天線體積小、高度低，有效地實(shí)現(xiàn)了天線的小型化。同時(shí)這種天線的設(shè)計(jì)方法，加工過(guò)程簡(jiǎn)便、實(shí)用。
權(quán)利要求
1、一種三頻平面貼片天線，包括有基板(1)，位于基板上表面的輻射單元(2)、設(shè)置有輻射單元上的饋電點(diǎn)(3)以及位于基板下表面的接地板(5)，其特征在于所述輻射單元為貼附于基板上表面上的方形金屬貼片，輻射單元輻射邊長(zhǎng)對(duì)應(yīng)三頻天線的低頻段，輻射單元上平行于輻射單元的兩條輻射邊開有兩個(gè)寬度不同的槽體，寬槽體(4)和窄槽體(6)，兩個(gè)槽體的尺寸決定三頻天線中頻段和高頻段的工作頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻平面貼片天線，其特征在于當(dāng)三頻天線的三個(gè)頻段的工作頻率均為線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在窄槽體(6)和寬槽體(4)的中心連線(A-A，)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻平面貼片天線，其特征在于當(dāng)三頻天線的低頻段工作頻率為圓極化波，另外兩個(gè)頻段工作頻率為線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)(3)設(shè)置在與輻射單元具有相同中心點(diǎn)、各邊均平行于輻射單元的假想正方形的對(duì)角線上，且偏離輻射單元的中心點(diǎn)。
4、 一種根據(jù)權(quán)利要求1 3所述的三頻平面貼片天線的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟第一步、在一塊基板下表面設(shè)置接地板，上表面設(shè)置一個(gè)方形輻射單元，形成一個(gè)TM10?？晒ぷ饔谌l天線低頻段的貼片天線，輻射單元的邊長(zhǎng)通過(guò)電磁理論中的公式計(jì)算、通過(guò)仿真計(jì)算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定；第二步、在靠近輻射單元輻射邊并平行于輻射邊開兩個(gè)相同寬度的開槽，調(diào)整開槽長(zhǎng)度、寬度、及開槽與輻射邊的距離，使TM30模工作于三頻天線的高頻段；第三步、保持一個(gè)開槽形狀不變，加寬另一個(gè)開槽的寬度，最終使TM20模工作于三頻天線的中頻段；第四步、確定饋電點(diǎn)的位置，當(dāng)三頻天線的三個(gè)頻段的工作頻率均為線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)設(shè)置在窄槽體(4)和寬槽體(6)的中心連線(A-A，)上；當(dāng)三頻天線的低頻段工作頻率為圓極化波，另外兩個(gè)頻段工作頻率為線極化波時(shí)，所述饋電點(diǎn)(3)設(shè)置在與輻射單元具有相同中心點(diǎn)、各邊均平行于輻射單元的假想正方形的對(duì)角線上，且偏離輻射單元的中心點(diǎn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的三頻平面貼片天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于取決于輻射單元輻射邊長(zhǎng)的低頻段的工作頻率選取GPS的工作頻率1.575GHz，由輻射單元上平行于輻射單元的兩條輻射邊所開設(shè)的兩個(gè)寬度不同的槽體尺寸所決定的中頻段工作頻率選取藍(lán)牙的工作頻率2. 4GHz，高頻段的工作頻率選取汽車通信系統(tǒng)VICS工作頻率2. 5GHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及多頻天線技術(shù)領(lǐng)域。一種三頻平面貼片天線及其設(shè)計(jì)方法，所述的三頻平面貼片天線包括基板，位于基板上表面的輻射單元、饋電點(diǎn)和位于基板下表面的接地板。輻射單元為貼附于基板上的單層長(zhǎng)方形金屬貼片，靠近輻射單元的兩條輻射邊處各開一條不同寬度的平行槽體，饋電點(diǎn)被設(shè)置在與輻射單元具有相同中心點(diǎn)、各邊均平行于輻射單元的假想正方形的對(duì)角線上，且偏離輻射單元的中心點(diǎn)。本發(fā)明同時(shí)具有可工作于三個(gè)不同頻率的信號(hào)收發(fā)功能，且最低工作頻率可實(shí)現(xiàn)圓極化波，其它兩個(gè)工作頻率為直線極化波。在一個(gè)通信系統(tǒng)中，只需配置一個(gè)本發(fā)明提供的天線，便可同時(shí)實(shí)現(xiàn)GPS、藍(lán)牙及VICS等功能，既可節(jié)省設(shè)備費(fèi)用，又可節(jié)省天線占用空間。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101465467SQ200810219839
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月6日
發(fā)明者荻 吳 申請(qǐng)人:惠州市碩貝德通訊科技有限公司