一种多频多齿多耦合微带天线

1.本发明属于天线领域，具体涉及一种多频多齿多耦合微带天线。


背景技术：

2.微带天线理论自从二十世纪中期被提出以来，相关技术得到很大发展，微带天线具有成本低、易于批量生产、体积小、重量轻等优点，在移动通信、雷达、卫星通信等领域得到广泛的应用。为了满足多频无线通信系统的应用需要，多频微带天线一直是国内外科研人员所要研究的一个重要部分。让微带天线多频段工作有各种方法，例如：多贴片技术、弯折技术、开槽技术及加载寄生单元技术等。传统的微带天线多频技术存在体积较大这个问题，不利于缩小天线体积，不能满足某些多频段通信领域的应用要求。如何在微带天线的多频化基础上，同时实现微带天线的小型化，有待深入研究。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多频多齿多耦合微带天线，以解决现有技术中存在的多频微带天线体积较大的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
5.一种多频多齿多耦合微带天线：包括天线单层介质基片以及设于天线单层介质基片顶面的异形多齿多耦合辐射单元、底面的u形辐射单元和馈电微带线；所述异形多齿多耦合辐射单元位于u形辐射单元u形部的内侧上方，所述馈电微带线设于u形辐射单元底部上方，所述馈电微带线连接异形多齿多耦合辐射单元；所述异形多齿多耦合辐射单元包括方框辐射单元和圆框辐射单元，所述圆框辐射单元设于方框辐射单元的内侧，所述方框辐射单元的两条侧边的内侧、所述圆框辐射单元两侧以及所述方框辐射单元的顶部分别设有多齿结构，所述方框辐射单元和圆框辐射单元的顶部设有开口，所述方框辐射单元和圆框辐射单元的底部连接馈电微带线。
6.进一步地：所述方框辐射单元包括第一多齿导体宽条、第二多齿导体宽条、第一多齿导体窄条、第二多齿导体窄条和底部窄条，底部窄条中部连接所述馈电微带线，所述底部窄条的一端连接第一多齿导体窄条，另一端连接第二多齿导体窄条，第一多齿导体窄条和第二多齿导体窄条与底部窄条相垂直，所述第一多齿导体窄条连接第一多齿导体宽条，所述第一多齿导体窄条与第一多齿导体宽条相垂直，所述第二多齿导体窄条连接第二多齿导体宽条，所述第二多齿导体窄条与第二多齿导体宽条相垂直，所述第一多齿导体宽条与第二多齿导体宽条之间间隔一段距离。
7.进一步地：所述第一多齿导体窄条和第二多齿导体窄条的内侧分别设有多齿结构，每个多齿结构的齿数为十七。
8.进一步地：所述第一多齿导体宽条和第二多齿导体宽条的顶部分别设有多齿结构，每个多齿结构的齿数为八。
9.进一步地：所述圆框辐射单元的两侧的多齿结构分别与所述第一多齿导体窄条和
第二多齿导体窄条的多齿结构相对，多个齿幅度包络呈现为三角形，多个齿长度不一样，中间齿的长度为最长，中间齿向两侧的齿长度渐短。
10.进一步地：所述圆框辐射单元的顶部呈现为左右对称的两个尖角，两个尖角靠近方框辐射单元，但是不相连。
11.进一步地：所述圆框辐射单元的内侧呈圆形，所述第一多齿导体宽条、第二多齿导体宽条相对侧底部设有缺角，所述缺角与圆框辐射单元的内侧的圆形保持同一弧度。
12.进一步地：所述馈电微带线包括梯形微带线和与所述梯形微带线相连的长方形微带线。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.(1)本发明和其它工作在最低900mhz频段的传统微带天线相比，体积更小；
15.(2)本发明采用多齿多耦合天线技术起到实现天线多频段工作、延长电流路径、体积变小的作用，能够满足从多频段无线通信的技术要求；
16.(3)天线体积小、结构简单，便于和平面电路集成，能实现准全向辐射。
附图说明
17.图1为本发明的多频多齿多耦合微带天线的结构示意图；
18.图2为天线的反射系数s11参数的仿真结果；
19.图3为多频多齿多耦合微带天线的926mhz归一化辐射方向图；
20.图4为多频多齿多耦合微带天线的1346mhz归一化辐射方向图；
21.图5为多频多齿多耦合微带天线的2319mhz归一化辐射方向图。
22.附图标记：1-异形多齿多耦合辐射单元，2-u形辐射单元，3-馈电微带线，11-方框辐射单元，12-圆框辐射单元，111-第一多齿导体宽条，112-第二多齿导体宽条，113-第一多齿导体窄条，114-第二多齿导体窄条，115-底部窄条，31-梯形微带线，32-长方形微带线。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
25.如图1所示的微带多频天线，包括天线单层介质基片、介质基片顶面涂敷的异形多齿多耦合辐射单元1、介质基片底面涂敷的u形辐射单元2和馈电微带线3；所述异形多齿多耦合辐射单元1、u形辐射单元2和馈电微带线3中轴线在同一直线上，为左右对称结构；所述异形多齿多耦合辐射单元1由外向内包括方框辐射单元11和圆框辐射单元12，底部与馈电微带线3连接；所述方框辐射单元11由左右对称的两段多齿导体宽条、左右对称的两段多齿导体窄条、一段和馈电微带线垂直相交的窄条组成，五段导体条首尾相接，包括第一多齿导体宽条111、第二多齿导体宽条112、第一多齿导体窄条113、第二多齿导体窄条114和底部窄条115，底部窄条115中部连接所述馈电微带线3，所述底部窄条115的一端连接第一多齿导体窄条113，另一端连接第二多齿导体窄条114，第一多齿导体窄条113和第二多齿导体窄条114与底部窄条115相垂直，所述第一多齿导体窄条113连接第一多齿导体宽条111，所述第
一多齿导体窄条113与第一多齿导体宽条111相垂直，所述第二多齿导体窄条114连接第二多齿导体宽条112，所述第二多齿导体窄条114与第二多齿导体宽条112相垂直，所述第一多齿导体宽条111与第二多齿导体宽条112之间间隔一段距离；所述圆框辐射单元12是通过从一个边长为l3的十二边形中挖掉一个圆得到，其左右两侧有多个齿；所述u形辐射单元2包括左右对称的两段导体窄矩形条和底部的导体宽矩形条，整体结构呈u形。
26.具体的，所述第一多齿导体宽条111和第二多齿导体宽条112的长边沿水平方向，多齿导体宽条的长边长度为l5、宽度为w3，其上方各开了八个齿，其右下角缺了一个角。所述第一多齿导体宽条111和第二多齿导体宽条112之间的间隔为d1。
27.所述第一多齿导体窄条113和第二多齿导体窄条114的长边沿垂直方向，多齿导体窄条的长边长度为l4、宽度为w4，其内侧开了十七个齿。
28.所述圆框辐射单元12左右两侧的九个齿与所述两段多齿导体窄条的多个齿相对，九个齿幅度包络呈现为三角形，九个齿长度不一样，中间齿的长度为最长。
29.所述圆框辐射单元12的底部宽、顶部窄，顶部呈现为左右对称的两个尖角，两个尖角靠近方框辐射单元上方，但是不相连。
30.所述馈电微带线3包括梯形微带线31和与所述梯形微带线31相连的长方形微带线32，梯形微带线高为l1、上底宽度为w1，梯形微带线下底宽度与长方形微带线宽度相同都是w2，馈电微带线总长度为l2。
31.所述异形多齿多耦合辐射单元1和u形辐射单元2多处耦合是天线产生多频段辐射的主要原因，多齿起到降低天线频率作用。异形多齿多耦合辐射单元1中的方框辐射单元11是否和馈电微带线相连，以及圆框辐射单元12的两个尖角是否靠近方框辐射单元上方且不相连，都会影响最低工作频段是否谐振。所述异形多齿多耦合辐射单元1和u形辐射单元2不仅参与天线辐射，还起着阻抗匹配的作用，调节这两个单元尺寸参数有利于调节各个频段匹配。
32.在本发明的实施例中，当天线基板采用厚度为0.508mm、型号为wl-ct350基板(εr＝3.48，tanδ＝0.004)时，应用仿真软件hfss对该天线结构尺寸进行优化设计后，天线介质基片整体的长度l＝58mm、宽度w＝55mm。该天线各尺寸采用如下的参数：
33.w1＝6.2mm、w2＝12.8mm、w3＝8.1mm、w4＝2.9mm、d1＝12mm、l1＝5.4mm、
34.l2＝9.7mm、l3＝11.1mm、l4＝50.7mm、l5＝19mm、l6＝6.3mm、l7＝12.8mm、l8＝13.9mm、s＝1.1mm。此外，十二边形中挖掉圆的半径为18.3mm；两段多齿导体宽条上方八个齿的长和宽分别是2.2mm和1mm，两段多齿导体窄条内侧十七个齿的长和宽分别是1.9mm和1mm，圆框辐射单元左右两侧九个齿宽1mm，u形辐射单元中左右对称的两段导体窄矩形条宽为1.5mm。
35.图2为得到的天线反射系数s11参数仿真结果。由图2可见，满足天线反射系数s11《-10db(对应驻波比vswr≤2)时，天线频率谐振点分别为926/1346/2319mhz。表1列出了天线在各个频率谐振点的反射系数、天线效率、增益等参数。各谐振点增益为2.2dbi(926mhz)、3.86dbi(1346mhz)、5.48dbi(2319mhz)，能满足常规应用需求。
36.表1天线的参数
[0037][0038]
图3至图5为各频点归一化辐射方向图，其中图3为多频多齿多耦合微带天线的926mhz归一化辐射方向图；图4为多频多齿多耦合微带天线的1346mhz归一化辐射方向图；图5为多频多齿多耦合微带天线的2319mhz归一化辐射方向图。各频点归一化辐射方向图显示该天线在方向性上能满足无线通信领域的通讯应用要求。
[0039]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：包括天线单层介质基片以及设于天线单层介质基片顶面的异形多齿多耦合辐射单元(1)、底面的u形辐射单元(2)和馈电微带线(3)；所述异形多齿多耦合辐射单元(1)位于u形辐射单元(2)u形部的内侧上方，所述馈电微带线(3)设于u形辐射单元(2)底部的上方，所述馈电微带线(3)连接异形多齿多耦合辐射单元(1)；所述异形多齿多耦合辐射单元(1)包括方框辐射单元(11)和圆框辐射单元(12)，所述圆框辐射单元(12)设于方框辐射单元(11)的内侧，所述方框辐射单元(11)的两条侧边的内侧、所述圆框辐射单元(12)两侧以及所述方框辐射单元(11)的顶部分别设有多齿结构，所述方框辐射单元(11)和圆框辐射单元(12)的顶部设有开口，所述方框辐射单元(11)和圆框辐射单元(12)的底部连接馈电微带线(3)。2.根据权利要求1多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述方框辐射单元(11)包括第一多齿导体宽条(111)、第二多齿导体宽条(112)、第一多齿导体窄条(113)、第二多齿导体窄条(114)和底部窄条(115)，底部窄条(115)中部连接所述馈电微带线(3)，所述底部窄条(115)的一端连接第一多齿导体窄条(113)，另一端连接第二多齿导体窄条(114)，第一多齿导体窄条(113)和第二多齿导体窄条(114)与底部窄条(115)相垂直，所述第一多齿导体窄条(113)连接第一多齿导体宽条(111)，所述第一多齿导体窄条(113)与第一多齿导体宽条(111)相垂直，所述第二多齿导体窄条(114)连接第二多齿导体宽条(112)，所述第二多齿导体窄条(114)与第二多齿导体宽条(112)相垂直，所述第一多齿导体宽条(111)与第二多齿导体宽条(112)之间间隔一段距离。3.根据权利要求2多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述第一多齿导体窄条(113)和第二多齿导体窄条(114)的内侧分别设有多齿结构，每个多齿结构的齿数为十七。4.根据权利要求2多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述第一多齿导体宽条(111)和第二多齿导体宽条(112)的顶部分别设有多齿结构，每个多齿结构的齿数为八。5.根据权利要求3所述的多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述圆框辐射单元(12)的两侧的多齿结构分别与所述第一多齿导体窄条(113)和第二多齿导体窄条(114)的多齿结构相对，多个齿幅度包络呈现为三角形，多个齿长度不一样，中间齿的长度为最长，中间齿向两侧的齿长度渐短。6.根据权利要求1所述的多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述圆框辐射单元(12)的顶部呈现为左右对称的两个尖角，两个尖角靠近方框辐射单元(11)，但是不相连。7.根据权利要求2所述的多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述圆框辐射单元(12)的内侧呈圆形，所述第一多齿导体宽条(111)、第二多齿导体宽条(112)相对侧底部设有缺角，所述缺角与圆框辐射单元(12)的内侧的圆形保持同一弧度。8.根据权利要求1所述的多频多齿多耦合微带天线，其特征在于：所述馈电微带线(3)包括梯形微带线(31)和与所述梯形微带线相连的长方形微带线(32)。

技术总结
本发明公开了一种多频多齿多耦合微带天线，其包括天线单层介质基片、介质基片顶面的异形多齿多耦合辐射单元、介质基片底面的U形辐射单元和馈电微带线；所述异形多齿多耦合辐射单元由外向内包括方框辐射单元和圆框辐射单元，两者底部都与馈电微带线连接；所述方框辐射单元由左右对称的两段多齿导体宽条、左右对称的两段多齿导体窄条、一段和馈电微带线垂直相交的窄条组成，该五段导体条首尾相接；所述圆框辐射单元是通过从十二边形中挖掉一个圆得到，其左右两侧有多个齿；所述U形辐射单元包括左右对称的两段导体窄矩形条和底部的导体宽矩形条。本发明结构简单、体积小，便于和平面电路集成，能够满足无线通信中多频段通信的技术要求。技术要求。技术要求。


技术研发人员：谭立容 曾昊铭 翟阳文 段维嘉 顾斌 韩飞
受保护的技术使用者：南京信息职业技术学院
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/7/13