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一种用于2.4Ghz/5.0Ghz双频PIFA天线的设计
优质期刊推荐薄型双频PIFA天线研究与设计--《山东大学》2009年硕士论文
薄型双频PIFA天线研究与设计
【摘要】：
移动通信的迅猛发展,对应用于无线通信系统的天线提出了小型化、宽频带、多频段工作等要求。随着通讯业务的扩展,移动通信的频段也从以前的GSM(880～960MHz)频段扩展到DCS(MHz)频段,以至最近3G业务频段,除此之外还有广泛应用的蓝牙、无线局域网频段等等。天线作为无线通信系统中的重要部件之一,其性能的好坏直接关系到系统的通信质量。移动通信的飞速发展对手机等无线设备的天线提出了越来越苛刻的要求,如超薄、超小、多频工作等等,因此,研究小型、多频天线具有很大的实际意义。
微带天线具有结构紧凑、外观优美、体积小、重量轻等优点,得到广泛的应用。但是,低增益、窄带宽的缺陷也限制了微带天线的使用。平面倒F天线由接地板、短路探针、馈电线构成,具有结构紧凑、剖面低、重量轻、可批量制造、易于集成等优点,能够较好满足这些系统的需求,因而得到广泛的应用。
本文研究了PIFA天线的基本结构和原理,综述了PIFA天线的研究进展,分析了PIFA的不同结构形式级各种类型微带天线的优缺点,介绍了微带天线的小型化和多频段技术。本文在研究现有PIFA天线的基础上,设计了一种厚度仅为3mm的新型双频内置天线,贴片面积为15*60mm~2,表面嵌有一个T型开槽,用于产生900/1800MHz两个谐振频率,另外,通过天线贴片比接地板突出一部分的结构实现了超薄设计,并讨论了贴片突出的长度以及接地板长度对天线性能的影响,此外对手机空间的要求、带宽影响因素、周围电磁环境对天线性能的影响等问题进行了分析。可用于像手机或者PDA电话等GSM/DCS移动通信终端。另外还设计了一种小型化双频PIFA天线,该天线可以应用于蓝牙(2.45GHz)和WLAN(5GHz)频,天线高度低于传统PIFA天线设计,能够进一步实现天线的小型化。针对这些天线结构进行了理论分析,并运用仿真软件进行了优化设计,仿真结果表明,这些天线能够满足当前无线通信系统的应用需求。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TN822【目录】：
中文摘要8-9
ABSTRACT9-11
第一章 绪论11-16
1.1 微型化、智能化的天线设计趋势11-12
1.2 微型化设计所面对的挑战12-14
1.3 论文的主要工作和内容安排14-16
第二章 微带天线的基本理论16-28
2.1 微带天线简介16-20
2.2 微带天线的理论分析方法20-21
2.3 矩形微带天线21-26
2.4 微带天线的数值计算方法26-27
2.5 本章小结27-28
第三章 微带天线的小型化和多频技术28-46
3.1 小型化方法概述28-33
3.2 平面倒 F天线33-37
3.3 PIFA天线和单极子天线的性能比较37-40
3.4 多频方法概述40-45
3.5 本章小结45-46
第四章 小型双频微带天线设计46-65
4.1 引言46
4.2 多频手机天线设计中存在的问题及解决方案46-50
4.3 可用于 GSM/DCS移动终端的PIFA天线设计50-58
4.4 WLAN天线设计58-64
4.5 本章小结64-65
第五章 全文总结65-66
5.1 总结65
5.2 未来展望65-66
参考文献66-70
攻读硕士研究生期间发表的学术论文71-72
学位论文评阅及答辩情况表72
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3秒自动关闭窗口一种高增益多频段高铁覆盖板状天线的制作方法
一种高增益多频段高铁覆盖板状天线的制作方法
【专利摘要】本发明属于天线【技术领域】，具体涉及一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，它包括外罩、端盖、接头、夹码和底板，所述外罩的两端各设有一个端盖共同组成密闭空腔，其中一个端盖的外表面设有接头，空腔的内部通过外罩背面的夹码固定有底板，其特征在于：所述底板的背面固定有功分器，底板的正面纵向各设有两列相互平行且数量相等的高频振子和低频振子，其中一列高频振子位于两列低频振子的正中间，另一列高频振子的圆心连线与任意一列低频振子的圆心连线重合且此列中的每个低频振子里均共轴设有一个高频振子。本发明结构简单，运用两种辐射单元重叠组阵及两套网络独立馈电，具备双极化、多频段、多系统、窄波束、高增益的特点。
【专利说明】 一种高增益多频段高铁覆盖板状天线
【技术领域】
[0001]本发明属于天线【技术领域】，具体涉及一种高增益多频段高铁覆盖板状天线。
【背景技术】
[0002]蓬勃发展的高铁建设，对各运营商通讯网络的高铁覆盖服务提出了高需求。高速列车对移动通信的影响主要是由于车体损耗和高速移动的速度造成的，不同车体对无线信号的穿透损耗差别很大。在进行覆盖设计时，必须以最大穿透损耗的车型作为覆盖优化的目标。以京沪高铁使用的CRH2型列车为例，无卧铺车厢，预计损耗为10dB，而高速铁路属于狭长地形场景覆盖，瓣宽宽了不适合高铁狭长地带的覆盖，而且增益更小，所以天线的选取以增益及窄波束为基准，优先选择高增益窄波束型天线。多频段天线可以节约有限的建站空间，满足不同制式的频段要求。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，提供了一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，该天线可适应GSM900、CDMA800、TD-FA、GSM1800、CDMA2000、WCDMA多种网络制式，运用两种辐射单元重叠组阵及两套网络独立馈电，具备双极化、多频段、多系统、窄波束、高增益的特点。
[0004]本发明采用的主要技术方案是:一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，它包括外罩、端盖、接头、夹码和底板，所述外罩的两端各设有一个端盖共同组成密闭空腔，其中一个端盖的外表面设有接头，空腔的内部通过外罩背面的夹码固定有底板，其特征在于:所述底板的背面固定有功分器，底板的正面纵向各设有两列相互平行且数量相等的高频振子和低频振子，其中一列高频振子位于两列低频振子的正中间，另一列高频振子的圆心连线与任意一列低频振子的圆心连线重合且此列中的每个低频振子里均共轴设有一个高频振子。
[0005]本发明还采用如下附属技术方案:
在上述板状天线中，所述高频振子的数量是低频振子数量的两倍，圆心连线重合的每两个低频振子正中间各设有一个高频振子。
[0006]在上述板状天线中，所述高频振子的工作频段为1710MHz?2170MHz，低频振子的工作频段为824MHz?960MHz。
[0007]在上述板状天线中，所述高频振子和低频振子纵向阵列的间距为各自工作频段的
0.86倍波长。
[0008]在上述板状天线中，所述高频振子是由四条等分圆弧组成的镂空的圆盘结构。
[0009]在上述板状天线中，所述低频振子是由四条等分振子臂组成的镂空的碗状结构。
[0010]采用本发明带来的有益效果是:具备双极化、多频段、多系统、窄波束、高增益的特点，满足高铁全面覆盖通讯网络服务的高要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]以下结合附图作进一步说明:
图1为本发明的爆炸结构图。
[0012]图2为本发明去掉外罩后高频、低频振子的排列示意图。
[0013]图3为本发明底板背面的结构示意图。
[0014]图4为本发明高频振子的结构示意图。
[0015]图5为本发明低频振子的结构示意图。
[0016]图6为本发明高频水平波瓣宽度30度方向图。
[0017]图7为现有设计高频水平波瓣宽度65度方向图。
[0018]图8为本发明低频水平波瓣宽度30度方向图。
[0019]图9为现有设计低频水平波瓣宽度65度方向图。
[0020]其中部件名称对应的标号如下:
外罩1、端盖2、接头3、夹码4、底板5、功分器6、高频振子7、低频振子8。
【具体实施方式】
[0021]如图1-图3所示，一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，它包括外罩1、端盖2、接头3、夹码4和底板5，其中外罩I采用玻璃钢材料制成，所述外罩I的两端各设有一个端盖2共同组成密闭空腔，其中一个端盖2的外表面设有接头3，型号为7/16，空腔的内部通过外罩I背面的夹码4固定有底板5，所述底板5的背面固定有功分器6，底板5的正面纵向各设有两列相互平行且数量相等的高频振子7和低频振子8，其中一列高频振子7位于两列低频振子8的正中间，另一列高频振子7的圆心连线与任意一列低频振子8的圆心连线重合且此列中的每个低频振子8里均共轴设有一个高频振子7，所述高频振子7的数量是低频振子8数量的两倍，圆心连线重合的每两个低频振子8正中间各设有一个高频振子7，所述高频振子7的工作频段为1710MHz?2170MHz，低频振子8的工作频段为824MHz?960MHz，高频振子7和低频振子8纵向阵列的间距为各自工作频段的0.86倍波长。上述高频振子7和低频振子8分别组成了相互独立的馈电网络并通过功分器6将四列振子各自的阵列合为一体，形成四个接口，分别是高频1710MHz?2170MHz的±45°两个极化，低频824MHz?960MHz的±45°两个极化，从而达到多频段，多制式同时工作，共用一副天线。
[0022]如图4-5所示，在上述板状天线中，所述高频振子7是由四条等分圆弧组成的镂空的圆盘结构。所述低频振子8是由四条等分振子臂组成的镂空的碗状结构。低频振子8的碗口型结构，一是降低了振子高度，二是留出中心点的空间设置高频振子7。
[0023]在本实施例中，高频振子7组成了 10 X 2的阵列，低频振子8组成了 5 X 2的阵列，重叠组阵的这种阵列形式有效利用了低频振子8组阵产生的空间，在保证两个频段互补干涉的前提下，减小天线的宽度。本方案双列组阵的形式，将水平瓣宽从单列形式的65度压缩到了 30度，即双频、瓣宽30阵列的排列形式，压缩后的水平瓣宽能使辐射能量更集中，增益比同等长度的天线增大了一倍，即3dB，如图6-9所示。由于高频振子7阵列的部分与天线底板5中心线不对称，会导致高频的水平面瓣宽不对称，影响方向图的一致性，所以在给高频振子7馈电的网络上做了相位补偿，即采用电调相位补偿的形式修正空间相位差，即通过调节馈电电缆长度实现。
[0024]本发明不局限于以上实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，它包括外罩(I)、端盖(2)、接头(3)、夹码(4)和底板(5)，所述外罩(I)的两端各设有一个端盖(2)共同组成密闭空腔，其中一个端盖(2)的外表面设有接头(3)，空腔的内部通过外罩(I)背面的夹码(4)固定有底板(5)，其特征在于:所述底板(5)的背面固定有功分器(6)，底板(5)的正面纵向各设有两列相互平行且数量相等的高频振子(7)和低频振子(8)，其中一列高频振子(7)位于两列低频振子(8)的正中间，另一列高频振子(7)的圆心连线与任意一列低频振子(8)的圆心连线重合且此列中的每个低频振子(8)里均共轴设有一个高频振子(7)。
2.如权利要求1所述的一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，其特征在于:所述高频振子(7)的数量是低频振子(8)数量的两倍，圆心连线重合的每两个低频振子(8)正中间各设有一个高频振子(7 )。
3.如权利要求1所述的一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，其特征在于:所述高频振子(7)的工作频段为1710MHz?2170MHz，低频振子(8)的工作频段为824MHz?960MHz。
4.如权利要求3所述的一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，其特征在于:所述高频振子(7)和低频振子(8)纵向阵列的间距为各自工作频段的0.86倍波长。
5.如权利要求1所述的一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，其特征在于:所述高频振子(7)是由四条等分圆弧组成的镂空的圆盘结构。
6.如权利要求1所述的一种高增益多频段高铁覆盖板状天线，其特征在于:所述低频振子(8)是由四条等分振子臂组成的镂空的碗状结构。
【文档编号】H01Q5/30GKSQ
【公开日】日
申请日期:日
优先权日:日
【发明者】蒋红义, 吴志强, 潘明, 蔡雪松
申请人:浙江佳源通讯技术有限公司多频段手机天线设计--《电子科技大学》2012年硕士论文
多频段手机天线设计
【摘要】：现在手机的发展趋势是智能化,超薄化,大屏幕和集成多个通信系统。智能手机的这些特点给用户带来了方便和时尚的同时也给手机天线设计带了了前所未有的难题。而手机电气性能的好坏很大程度上取决于手机天线性能的好坏,因而研究和设计高性能的手机天线具有重要的实际应用意义。
本文首先介绍了手机天线的历史、发展趋势和面临的挑战。对手机天线的带宽、Q值、增益以及主板地平面长度对天线的影响进行了理论分析。
其次,在天线结构,周围环境对天线性能影响等方面对最常用的两种手机天线形式(平面倒F天线和平面单极子天线)进行了分析对比。对手机天线多频段技术进行讨论,并简单设计了一个平面倒F天线和一个平面单极子天线对部分结论进行验证。
第三,针对手机天线面临的挑战,本文设计了两个多频段手机天线。天线设计采用耦合馈电技术,其中一个天线实现了对LTE700//GSM850/900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100八个频段的覆盖,另一个天线覆盖了除LTE700之外的七个频段。所设计的天线直接印刷在电路板上,具有剖面低,容易批量生产,成本低等优点。最后对所设计的天线进行了加工和测试。实验测试结果和仿真结论吻合良好。
最后,针对未来4G网络LTE通信中MIMO技术的应用,本文设计了一个工作于DCS1800/PCS1900/UMTS2100/LTE五个频段的MIMO手机天线。天线单元面积仅为20×15mm2,两天线具有大于15dB的隔离度。对设计出的MIMO天线进行了加工和测试,测试结果表明天线性能良好。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TN828.6【目录】：
摘要4-5ABSTRACT5-8第一章 绪论8-16 1.1 手机天线简介8-12 1.2 手机天线设计的发展趋势和所面临的挑战12-14 1.3 论文的主要工作和内容安排14-16第二章 手机天线理论16-23 2.1 手机天线带宽和Q值理论16-18 2.2 手机天线增益的极限理论18 2.3 测试中同轴电缆对电小天线的影响18 2.4 手机主板对天线的影响18-22 本章小结22-23第三章 多频天线设计23-38 3.1 PIFA天线和单极子天线性能对比23-24 3.2 手机天线多频段技术24-28
3.2.1 PIFA天线多频技术24-25
3.2.2 平面单极子天线多频技术25-26
3.2.3 FICA天线多频技术26-28 3.3 多频手机天线设计28-37
3.3.1 多频PIFA天线设计28-33
3.3.2 双频单极子天线设计33-37 本章小结37-38第四章 七频段手机天线设计38-48 4.1 天线设计38-40 4.2 天线仿真和测试结果讨论40-47 本章小结47-48第五章 八频段手机内置天线设计48-56 5.1 天线设计48-50 5.2 仿真和测量结果讨论50-54 本章小结54-56第六章 MIMO天线设计56-66 6.1 MIMO技术简介56 6.2 终端MIMO多天线设计要求56-57 6.3 MIMO天线设计57-65
6.3.1 单元天线设计58-59
6.3.2 天线单元仿真结果分析59-62
6.3.3 MIMO天线测试性能分析62-65 本章小结65-66结束语66-67致谢67-68参考文献68-71攻读硕士学位期间取得的研究成果71
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