一种四频带独立可调天线

摘要

本发明公开了一种四频带独立可调天线，其包括一块介质基板、地板和四块贴片，设置在介质基片上表面的两块U型贴片和一块矩形贴片，以及设置在介质基板下表面的一块矩形贴片。每块贴片被分成两部分，用两个相同且平行的变容管连接，各贴片之间无直接连接。每对变容管都设置相应的偏置电路，通过改变偏置电压控制其电容值。该天线用同轴线进行馈电。

说明书

技术领域

本发明涉及可调天线领域领域，具体涉及一种四频带独立可调天线。

背景技术

随着现代无线通信系统的飞速发展，一个无线设备上需要兼容更多的标准。例如，2G/3G/4G/WLAN标准同时应用于一台手持设备。这就要求现代设备应该更加紧凑、高度集成和多用途。为解决这一问题，多频段天线提供了一个实用的解决方案。另一方面，分配的频谱变得越来越拥挤，用户之间在使用固定带宽的天线时也会受到不同程度的干扰。为提高频谱效率和减少干扰，特别是在认知无线电系统中，提出并研究了双频带和多频带可调天线。

但是现有的多频带可调天线不能独立可调或者只能实现在两个频带上的独立可调。并且，天线在调谐一个频带时会影响其他的工作频带，以及在整个调谐范围内不能保持类似的辐射方向图。另外，现有的可调天线不能实现高频率比，因为在工作频带内可能会出现寄生模谐振。因此提供一种高频率比低寄生模的四频带独立可调天线就很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的不能实现独立可调、高频率比、低寄生模的技术问题。提供一种新的四频带独立可调天线，该四频带独立可调天线具有独立可调、高频比、低寄生模且高增益的的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种四频带独立可调天线，所述四频带独立可调天线包括重叠设置的接地板和介质基板；所述介质基板背向接地板的表面上设置有第一U型贴片与第二U型贴片，第二U型贴片嵌套在第一U型贴片中，第一U型贴片与第二U型贴片间有缝隙，第二U型贴片中还嵌套有第一矩形贴片，第二U型贴片与第一矩形贴片间有缝隙；所述介质基板面向接地板的表面上设置有第二矩形贴片；所述四频带独立可调天线还包括通过接地板、介质基板后与第一U型贴片电连接进行天线馈电的同轴馈电机构。

本发明的工作原理：本发明的四块贴片用来产生四个谐振频带，中心尺寸最小的贴片采用同轴直接馈电，其余三个贴片通过耦合激励，无任何连接。引入U型贴片作为低频谐振单元，其高次模阻抗分布相对于传统矩形贴片发生改变，通过设置合理的同轴馈电位置，能够有效地抑制高次模，实现高频率比的天线时。四个贴片之间并无直接连接，谐振频率相对独立，通过控制四组变容管的电压，可以实现四频段独立调谐。

其中的工作原理是，第一矩形贴片、第二U型贴片、第二矩形贴片、第一U型贴片的尺寸依次增大，谐振频率依次降低，第一矩形贴片通过同轴连接器直接激励，第二U型贴片由第一矩形贴片耦合激励，第二矩形贴片由第二U型贴片和第一矩形贴片耦合激励，第一U型贴片由第二矩形贴片耦合激励；同时第二矩形贴片充当第二U型贴片和第一矩形贴片的射频地，金属地板充当第一U型贴片和第二矩形贴片的射频地。第一偏置电路、第二偏置电路、第五偏置电路、第四偏置电路的偏置电压分别为U₄、U₁、U₂、U₃，通过四个独立的偏置电路实现对四对变容管电容值的控制，从而控制谐振频率，达到四个频带独立可调的目的。

上述方案中，为优化，进一步地，所述第一U型贴片包括第一U型主体，第一U型主体包括相同的第一分支与第二分支，与第一分支通过第一变容管连接有第一延长分支，与第二分支通过第二变容管连接有第二延长分支。

进一步地，所述第一U型贴片上设置有3个第一偏置电路，1个第一偏置电路在第一变容管与第二变容管的公共侧，另1个第一偏置电路设置在第一变容管另一侧，第3个第一偏置电路设置在第二变容管另一侧；所述第一偏置电路的偏置电压可调。

进一步地，所述第二U型贴片包括第二U型主体，第二U型主体为U型微带线；第二U型主体通过间隔设置的第三变容管与第四变容管还连接有主体延长部。

进一步地，所述第二U型贴片上设置有2个第二偏置电路，1个第二偏置电路设置在第二U型主体靠第三变容管一侧，另1个第二偏置电路设置在主体延长部靠第四变容管一侧，所述第二偏置电路的偏置电压可调。

进一步地，所述第一矩形贴片包括通过2个第五变容管连接的第一矩形分贴片与第二矩形分贴片，第一矩形分贴片与第二矩形分贴片与第五变容管连接的边长相同。

进一步地，所述第一矩形贴片上设置有第三偏置电路，第三偏置电路与第一矩形分贴片连接，第三偏置电路设置在第一矩形分贴片与第二矩形分贴片平行的远侧边上，所述第三偏置电路的偏置电压可调。

进一步地，所述第二矩形贴片包括通过2个第六变容管连接的第三矩形分贴片与第四矩形分贴片，第三矩形分贴片与第四矩形分贴片与第六变容管连接的边长相同。

进一步地，所述第二矩形贴片上与连接有第六变容管边垂直的另一边上设置有2个第四偏置电路，2个第四偏置电路间隔设置，1个第四偏置电路设置在第三矩形分贴片上，另一个第四偏置电路设置在第四矩形分贴片上，第四偏置电路的偏置电压可调；所述第三矩形分贴片上设置有第五偏置电路，第五偏置电路的偏置电压可调。

本发明的有益效果：本发明的四个贴片通过相互嵌套和层叠放置在一块介质基板的上下表面，可以实现天线介质层数量的最小化，减少多层介质基板的使用。测试结果表明，四频带独立可调天线实现的频率比为5且具有较低寄生模谐振，四个频段的可调范围分别为0.75-0.97GHz,1.87-2.11GHz,2.37-2.63GHz和3.36-3.72GHz。同时，可以达到2-8dBi的增益和30-80％的效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线的介质基板和介质基板上表面贴片结构示意图。

图2为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线的介质基板下表面地板结构示意图。

图3为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线的结构侧视图。

图4为当U₁变化(U₂、U₃、U₄＝4V)时高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。

图5为当U₂变化(U₁、U₃、U₄＝4V)时高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。

图6为当U₃变化(U₁、U₂、U₄＝4V)时高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。

图7为当U₄变化(U₁、U₂、U₃＝4V)时高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。

图8为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线在0.83GHz频带仿真和测试的YOZ面辐射方向图。

图9为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线在2.04GHz频带仿真和测试的YOZ面辐射方向图。

图10为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线在2.48GHz频带仿真和测试的YOZ面辐射方向图。

图11为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线在3.56GHz频带仿真和测试的YOZ面辐射方向图。

图12为高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线在四个频带仿真和测试的峰值增益和效率结果图。

附图中：1-第一U型贴片，2-第二U型贴片，3-第一矩形贴片，4-第一偏置电路，5-第一变容管，6-第二偏置电路，7-第三偏置电路，8-第二变容管，9-第三变容管，10-第四变容管，11-第五变容管，12-第六变容管，13-介质基板，14-第二矩形贴片，15-第四偏置电路，16-同轴线馈电通孔，17-接地板，18-射频同轴连接器，19-第五偏置电路。

具体实施方式

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种四频带独立可调天线，图3所示，本实施例的四频带独立可调天线包括重叠设置的接地板17和介质基板13；如图1，所述介质基板13背向接地板17的表面上设置有第一U型贴片1与第二U型贴片2，第二U型贴片2嵌套在第一U型贴片1中，第一U型贴片1与第二U型贴片2间有缝隙，第二U型贴片2中还嵌套有第一矩形贴片3，第二U型贴片2与第一矩形贴片3间有缝隙；如图2，所述介质基板13面向接地板17的表面上设置有第二矩形贴片14；所述四频带独立可调天线还包括通过接地板17、介质基板13后与第一U型贴片1电连接进行天线馈电的同轴馈电机构。

介质基板13为一块介电常数为2.55的F4B-2介质基板13，其厚度为3.2mm，介质基板13为矩形且为单层板体。该天线的同轴馈电机构通过射频同轴连接器18馈电实现，射频同轴连接器18通过同轴线馈电通孔16后，进行馈电。介质基片悬浮在接地板17上，用螺丝钉进行固定。第一矩形贴片3与射频同轴连接器18金属内芯相连，第一U型贴片1，第二U型贴片2，第一矩形贴片3设置在介质基片上表面，第二矩形贴片14设置在介质贴片下表面，使用四块贴片是为了产生四个谐振频率。

第一U型贴片1，第二U型贴片2没有与第一矩形贴片3直接连接，中间有一定的间隙。射频同轴连接器18金属内芯穿过第二矩形贴片14但是并没有与其接触，通过蚀刻一个圆形缝隙产生隔离。

具体地，如图1，所述第一U型贴片1包括第一U型主体，第一U型主体包括相同的第一分支与第二分支，与第一分支通过第一变容管5连接有第一延长分支，与第二分支通过第二变容管8连接有第二延长分支。

具体地，如图1，所述第一U型贴片1上设置有3个第一偏置电路4，1个第一偏置电路4在第一变容管5与第二变容管8的公共侧，另1个第一偏置电路4设置在第一变容管5另一侧，第3个第一偏置电路4设置在第二变容管8另一侧；所述第一偏置电路4的偏置电压可调。

具体地，如图1，所述第二U型贴片2包括第二U型主体，第二U型主体为U型微带线；第二U型主体通过间隔设置的第三变容管9与第四变容管10还连接有主体延长部。

具体地，如图1，所述第二U型贴片2上设置有2个第二偏置电路6，1个第二偏置电路6设置在第二U型主体靠第三变容管9一侧，另1个第二偏置电路6设置在主体延长部靠第四变容管10一侧，所述第二偏置电路6的偏置电压可调。

具体地，如图1，所述第一矩形贴片3包括通过2个第五变容管11连接的第一矩形分贴片与第二矩形分贴片，第一矩形分贴片与第二矩形分贴片与第五变容管11连接的边长相同。

具体地，如图1，所述第一矩形贴片3上设置有第三偏置电路7，第三偏置电路7与第一矩形分贴片连接，第三偏置电路7设置在第一矩形分贴片与第二矩形分贴片平行的远侧边上，所述第三偏置电路7的偏置电压可调。

具体地，如图2，所述第二矩形贴片14包括通过2个第六变容管12连接的第三矩形分贴片与第四矩形分贴片，第三矩形分贴片与第四矩形分贴片与第六变容管12连接的边长相同。

具体地，如图2，所述第二矩形贴片14上与连接有第六变容管12边垂直的另一边上设置有2个第四偏置电路15，2个第四偏置电路15间隔设置，1个第四偏置电路15设置在第三矩形分贴片上，另一个第四偏置电路15设置在第四矩形分贴片上，第四偏置电路15的偏置电压可调；所述第三矩形分贴片上设置有第五偏置电路19，第五偏置电路19的偏置电压可调。

第一矩形贴片3、第二U型贴片2、第二矩形贴片14、第一U型贴片1的尺寸依次增大，谐振频率依次降低，第一矩形贴片3通过同轴连接器直接激励，第二U型贴片2由第一矩形贴片3耦合激励，第二矩形贴片14由第二U型贴片2和第一矩形贴片3耦合激励，第一U型贴片1由第二矩形贴片14耦合激励；同时第二矩形贴片14充当第二U型贴片2和第一矩形贴片3的射频地，金属地板充当第一U型贴片1和第二矩形贴片14的射频地。第一偏置电路4、第二偏置电路6、第五偏置电路19、第四偏置电路15的偏置电压分别为U₄、U₁、U₂、U₃，通过四个独立的偏置电路实现对四对变容管电容值的控制，从而控制谐振频率，达到四个频带独立可调的目的。

如图4所示，其示出了高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。当偏置电压U₂、U₃、U₄的值为4V不变，而偏置电压值U₁改变时，其控制的谐振频率f1随着U₁的增大而增大，而谐振频率f2、f3、f4的值基本保持不变，且低寄生模谐振。所以偏置电压U₁可以独立控制谐振频率f1。

如图5所示，其示出了高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。当偏置电压U₁、U₃、U₄的值为4V不变，而偏置电压值U₂改变时，其控制的谐振频率f2随着U₁的增大而增大，而谐振频率f1、f3、f4的值基本保持不变，且低寄生模谐振。所以偏置电压U₂可以独立控制谐振频率f2。

如图6所示，其示出了高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。当偏置电压U₁、U₂、U₄的值为4V不变，而偏置电压值U₃改变时，其控制的谐振频率f3随着U₃的增大而增大，而谐振频率f1、f2、f4的值基本保持不变，且低寄生模谐振。所以偏置电压U₃可以独立控制谐振频率f3。

如图7所示，其示出了高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的S参数图。当偏置电压U₁、U₂、U₃的值为4V不变，而偏置电压值U₄改变时，其控制的谐振频率f4随着U₄的增大而增大，而谐振频率f1、f2、f3的值基本保持不变，且低寄生模谐振。所以偏置电压U₄可以独立控制谐振频率f4。

如图8-如图11所示，其示出了高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的XOZ、YOZ面辐射方向图。图8-图11分别为谐振频率f1、f2、f3、f4时的XOZ、YOZ面辐射方向图。四种情况XOZ面和YOZ面的交叉极化水平都低于-30dB且方向图基本保持稳定，仿真和测试结果基本保持一致，细微差别是由于制作和测试误差造成的，满足工程上的应用。

如图12所示，其示出了高频率比低寄生模谐振的四频带独立可调天线仿真和测试的峰值增益和效率图。该天线可实现2-8dBi的增益，以及30-80％的效率。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。