一种频率可重构的小型化贴片天线的制作方法

1.本发明涉及一种贴片天线，具体涉及一种频率可重构的小型化贴片天线。


背景技术：

2.可重构天线是通过开关，匹配可调或者物理变化天 线上的电流分布，从而改变天线的有效孔径的电磁场从新分配，以实 现天线的频率，方向图，极化的性质的重构。可重构天线由于可实现 开缝孔径复用，减小系统体积，提供系统集成度，可应用多种复杂环 境。随着时代的发展，一些便携类电子类产品的外观采用金属材质的 种类越来越多，对于天线设计难度也不断在增加，因此很多产品在保 证其外观一体化和金属质感的情况下，预留的天线位置相对紧凑。天 线作为通信系统的最前端，其性能对系统的通信性能起到了直接性的作用。
3.本专利天线是针对现有产品预留的金属开槽缝隙设计的一种频 率可重构的小型化贴片天线，其频段能够覆盖 2.4-2.5g hz，频段内具有良好的阻抗特性。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种频率可重构的小型化贴片天线，频率可重构是目前各种重构天线中研究较为成熟和应用最多的可 重构天线，通过开缝的方式（缝可开在天线或地板上），利用电子元 件或开关的形式改变缝隙的长度来改变天线的谐振频率。本专利天线 针对频段在2.4-2.5ghz 接收与发射通讯领域，由于产品的整体外观为金属铝合金材质，只有产品的底部有开一个天线槽，针对预留 的天线槽，天线采用 fr4 材质作为基板，在基板上设计了一种贴片 天线，通过模拟金属缝隙以及阻抗匹配方式使天线能够实现频率可重 构，且贴片天线尺寸只有 3.2mm*1.6mm*0.4mm，调节匹配元件以及 开缝面积使天线在2.4-2.5ghz 频段类内有较好的阻抗特性以及较大带宽及增益。
5.本发明频率可重构的小型化贴片天线是通过以下技术方案来实现的：金属外壳以及天线主体；金属外壳上开缝形成缝隙开槽，天线主体设置于缝隙开槽内；天线主体包括基板、贴片天线、第一频率调节匹配元件和第二频率调节匹配元件；基板一端设置有频率与带宽调节缝隙区域，且第一频率调节匹配元件位于频率与带宽调节缝隙区域上方，第二频率调节匹配元件位于频率与带宽调节缝隙区域下方，贴片天线位于第一频率调节匹配元件和第二频率调节匹配元件之间。
6.作为优选的技术方案，基板采用fr4，表面覆铜，且覆铜长度接近天线工作频率的四分之一波长，即λg=c/f。
7.作为优选的技术方案，缝隙开槽边缘靠近天线边缘耦合的寄生电容，贴片天线尾部与接地板形成短路节支，且贴片天线与接地板之间并联一个 0.5pf 电容。
8.本发明的有益效果是：本发明的工作频率满足 2.4-2.5ghz 范围，频段内天线回波损耗满足小于-10db，驻波比小于 2 的设计要求，微波暗室测试天线的最大增益 6.8dbi，效率接近 50％。 解决了部分金属外壳对天线性能的影响，以及实现了天线频率可
重构 小型化的新型天线设计，满足的此类产品的无线通讯基本要求。
附图说明
9.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
10.图1为本发明的使用场景示意图一；图2为本发明的使用场景示意图二；图3为本发明的天线结构示意图；图4为本发明的天线电流密度矢量；图5为本发明的w1 长度变化的 s11 曲线；图6为本发明的仿真模型图；图7为本发明的天线回波损耗图；图8为本发明的天线驻波比图 vswr；图9为本发明的2d 增益方向图；图10为本发明的3d 增益方向图。
具体实施方式
11.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
12.如图1-图3所示，本发明的一种频率可重构的小型化贴片天线，包括金属外壳6以及天线主体8；金属外壳6上开缝形成缝隙开槽7，天线主体8设置于缝隙开槽7内；天线主体8包括基板1、贴片天线2、第一频率调节匹配元件3和第二频率调节匹配元件4；基板1一端设置有频率与带宽调节缝隙区域5，且第一频率调节匹配元件3位于频率与带宽调节缝隙区域5上方，第二频率调节匹配元件4位于频率与带宽调节缝隙区域5下方，贴片天线2位于第一频率调节匹配元件3和第二频率调节匹配元件4之间。
13.本实施例中，基板1采用fr4，表面覆铜，且覆铜长度接近天线工作频率的四分之一波长，即λg=c/f（其中λg 为天线工作波长，c 为光速，f 为天线工作频率）；以保证天线工作频率范围在 2.4-2.5ghz，。
14.本实施例中，缝隙开槽7边缘靠近天线边缘耦合的寄生电容，等效增加天线接地面积，能够有效的提升天线的辐射效率贴片天线2尾部与接地板形成短路节支，阻断电流反向流向天线，且贴片天线2与接地板之间并联一个 0.5pf 电容，，匹配短路节支，可以改变电流流向，从而调节天线的谐振频率（如图4所示）电流从贴片天线尾部流向天线正极产生方向一致的正向电流，有效的提升了天线的 辐射性能，满足通过匹配短路节支形式实现频率可重构天线。
15.本实施例中，天线主体8部分长度 l 为 40mm，宽度 w 为 25mm，贴片天线8尺寸为(长宽厚：mm）3.2*1.6*0.4, 第一频率调节匹配元件3和第二频率调节匹配元件4为0402 贴片电感和电容。金属外壳的长度 l2为 450mm，宽度 w2为 35mm， 厚度h 为 13mm。
16.本实施例中，天线开缝 l1，w1 的尺寸可以调节天线的带宽及频率， 增加 l1，w1 的长度，天线的工作频率越偏低频，通过 hfss 仿真可以得到频率在 2.4-2.5ghz 频率下最优的开槽尺寸，因此想要实现其 他频段也可以改变 l1 和 w1 的尺寸来实现频率可重构（如图5所示）w1 在不同长度下的 s11 参数，w1 越大，频率越低频。
17.本实施例中，第一频率调节匹配元件3匹配电路的调整使天线阻抗满足 50 欧的要求，当短路节支与贴片天线失配时，可以通过微调第一频率调节匹配元件3大小 ，使天线满足阻抗与 s参数的基本要求。
18.本实施例中，一种频率可重构的小型化贴片天线在 hfss 中的仿真数据及微波暗室实测数据，如图6-图10所示。
19.表1：以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。


技术特征：
1.一种频率可重构的小型化贴片天线，其特征在于：金属外壳（6）以及天线主体（8）；所述金属外壳（6）上开缝形成缝隙开槽（7），天线主体（8）设置于缝隙开槽（7）内；所述天线主体（8）包括基板（1）、贴片天线（2）、第一频率调节匹配元件（3）和第二频率调节匹配元件（4）；所述基板（1）一端设置有频率与带宽调节缝隙区域（5），且第一频率调节匹配元件（3）位于频率与带宽调节缝隙区域（5）上方，第二频率调节匹配元件（4）位于频率与带宽调节缝隙区域（5）下方，贴片天线（2）位于第一频率调节匹配元件（3）和第二频率调节匹配元件（4）之间。2.根据权利要求1所述的频率可重构的小型化贴片天线，其特征在于：所述基板（1）采用fr4，表面覆铜，且覆铜长度接近天线工作频率的四分之一波长，即λg=c/f。3.根据权利要求1所述的频率可重构的小型化贴片天线，其特征在于：所述缝隙开槽（7）边缘靠近天线边缘耦合的寄生电容，贴片天线（2）尾部与接地板形成短路节支，且贴片天线（2）与接地板之间并联一个 0.5pf 电容。

技术总结
本发明公开了一种频率可重构的小型化贴片天线，包括金属外壳以及天线主体；所述金属外壳上开缝形成缝隙开槽，天线主体设置于缝隙开槽内；所述天线主体包括基板、贴片天线、第一频率调节匹配元件和第二频率调节匹配元件。本发明的工作频率满足2.4-2.5GHz范围，频段内天线回波损耗满足小于-10db，驻波比小于2的设计要求，微波暗室测试天线的最大增益6.8dbi，效率接近50％。解决了部分金属外壳对天线性能的影响，以及实现了天线频率可重构小型化的新型天线设计，满足的此类产品的无线通讯基本要求。求。求。


技术研发人员：杨权生
受保护的技术使用者：深圳市飞敏科技有限公司
技术研发日：2022.09.01
技术公布日：2022/11/11