一种新型多层耦合LOOP天线
文献发布时间:2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于应用于蓝牙频段的LOOP(环形)天线技术领域,涉及一种新型多层耦合LOOP天线,尤其是一种采用多层走线耦合技术的新型多层耦合LOOP天线。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展,智能移动终端设备成为了人们生活中不可或缺的电子产品。天线是其中无线电波发射和接收的重要器件,其工作性能与设计空间和设计环境有着密切的关系。随着人们对移动终端产品的要求越来越高,留给天线设计的空间愈来愈小,而较小的净空区,对于通信频段而言,需要较长的走线才能实现,用传统的LOOP结构虽然可以加长内置天线的等效电长度,但弊端是天线的工作带宽太窄,相应的工作频段往往难以覆盖。并且现有的LOOP天线走线复杂,设计难度较大,极大地限制了其在无线通信领域的广泛应用。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术的不足,提出了一种新型多层耦合LOOP天线,具体是一种采用多层走线耦合技术的新型多层耦合LOOP天线。需要在40*100mm
为了达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:
一种新型多层耦合LOOP天线,包括:
测试地(1)、LOOP天线;
所述的测试地(1)为方形结构,其位于天线介质基板(33)的下表面,位于测试地基板(34)的上表面。其一侧的中心位置开有一个缺口为净空区(9),所述的净空区(9)上设置了LOOP天线;
所述的LOOP天线包括天线主体部分(2)、接地金属片(3)、集总激励(7)、共面波导馈线(8)、匹配网络;
所述的匹配网络介于天线主体部分(2)和集总激励(7)之间;
所述的天线主体部分(2)包括天线介质基板(33),以及分别位于所述天线介质基板(33)上下表面的天线上表面走线(31)、天线下表面走线(32);所述天线上表面走线(31)的两端分别通过贯穿所述天线介质基板(33)的第一连接线(10)与第二连接线(11)与所述天线下表面走线(32)的两端连接;
所述的天线上表面走线(31)包括平行设置且留有一定间隙的第一横走线(12)、第二横走线(13)、第三横走线(14)、第四横走线(15)、第五横走线(16),以及平行设置且留有一定间隙的第一竖导线(17)、第二竖导线(18)、第三竖导线(19)、第四竖导线(20);所述第一竖导线(17)、第四竖导线(20)分别位于所述天线介质基板(33)上表面的两端;所述第一横走线(12)、第二横走线(13)、第三横走线(14)、第四横走线(15)、第五横走线(16)从上至下依次设置,且位于所述第一竖导线(17)、第四竖导线(20)间位置;所述第二竖导线(18)、第三竖导线(19)位于所述第一竖导线(17)、第四竖导线(20)间位置,且靠近所述第四竖导线(20);所述第一竖导线(17)的外侧与所述第一连接线(10)连接,内侧下端与所述第四横走线(15)的一端、第五横走线(16)的一端连接;所述第二竖导线(18)的下端与所述第四横走线(15)的另一端连接,上端与所述第三横走线(14)的一端连接;所述第三竖导线(19)的下端与所述第五横走线(16)的另一端连接,上端与所述第二横走线(13)的一端连接;由第三横走线(14)、第四横走线(15)、第二竖导线(18)构成逆时针旋转90°的第一“凵”型结构;由第五横走线(16)、第三竖导线(19)、第二横走线(13)构成逆时针旋转90°的第二“凵”型结构;所述第一“凵”型结构嵌套在所述第二“凵”型结构的内部,且两者不接触;所述第二横走线(13)的另一端、第三横走线(14)的另一端与所述第一竖导线(17)间存在间隙;所述第四竖导线(20)的外侧与所述第二连接线(11)连接,内侧上端与所述第一横走线(12)的一端连接,所述第一横走线(12)的另一端与所述第一竖导线(17)间存在间隙;由所述第一横走线(12)、第四竖导线(20)构成先顺时针旋转90°且后水平翻转的L型结构;所述第二“凵”型结构嵌套在所述先顺时针旋转90°且后水平翻转的L型结构的内部,且两者不接触;
所述的天线下表面走线(32)包括第六横走线(21)、第七横走线(22)、第一走线(23)、第八横走线(24)、第九横走线(25)、第二走线(26),以及平行设置且留有一定间隙的第五竖导线(27)、第六竖导线(28)、第七竖导线(29)、第八竖导线(30);所述第五竖导线(27)和第八竖导线(30)分别位于所述天线介质基板(33)下表面的两端;所述第六横走线(21)、第七横走线(22)、第一走线(23)、第八横走线(24)、第九横走线(25)、第二走线(26)位于所述第五竖导线(27)、第八竖导线(30)间位置,且第六横走线(21)、第七横走线(22)、第一走线(23)、第八横走线(24)、第九横走线(25)从上至下依次平行且留有一定间隙设置,所述第二走线(26)与所述第一走线(23)的延长线重合;所述第五竖导线(27)外侧与所述第一连接线(10)连接,内侧中点与所述第一走线(23)的一端连接;所述第一走线(23)的另一端与所述第六竖导线(28)的中点连接;所述第六竖导线(28)位于所述第五竖导线(27)、第八竖导线(30)间位置,下端与所述第八横走线(24)的一端连接,上端与所述第七横走线(22)的一端连接;由所述第七横走线(22)、第六竖导线(28)、第八横走线(24)构成逆时针旋转90°的第三“凵”型结构;所述第七竖导线(29)位于所述第六竖导线(28)、第八竖导线(30)间位置,上端与所述第六横走线(21)的一端连接,下端与所述第九横走线(25)的一端连接,中点与所述第二走线(26)的一端连接;由所述第六横走线(21)、第七竖导线(29)、第九横走线(25)构成逆时针旋转90°的第四“凵”型结构;所述第三“凵”型结构嵌套在所述第四“凵”型结构的内部,且两者不接触;所述第六横走线(21)的另一端、第七横走线(22)的另一端、第八横走线(24)的另一端、第九横走线(25)的另一端与所述第五竖导线(27)间存在间隙;所述第八竖导线(30)的外侧与所述第二连接线(11)连接,内侧中点与所述第二走线(26)的另一端连接;
所述共面波导馈线(8)为顺时针旋转90°后L型馈线,包括一体成型的竖向馈线和第一横向馈线,以及第二横向馈线;所述竖向馈线的外侧与所述第八竖导线(30)连接,内侧下端与所述接地金属片(3)的一端连接,内侧上端与所述横向馈线的一端连接;所述共面波导馈线(8)与测试地不接触;
所述的接地金属片(3)用于连接测试地(1)和所述天线主体部分(2);
所述的匹配网络包括第一匹配元件(4)、第二匹配元件(5)、第三匹配元件(6);所述第一匹配元件(4)的下端与所述第一横向馈线的上端连接,上端与所述测试地连接;所述第二匹配元件(5)的一端与所述第一横向馈线的另一端连接,另一端与所述第二横向馈线的一端连接;所述第二横向馈线的另一端与集总激励(7)连接;所述第三匹配元件(6)的下端与所述第二横向馈线的上端连接,上端与所述测试地连接;
所述的集总激励(7)位于测试地(1)和共面波导馈线(8)之间;所述的共面波导馈线(8)的馈线宽度和其上下端的到地狭缝满足阻抗匹配;
作为优选,第一连接线(10)与第二连接线(11)采用金属包边工艺,实现天线上下部分走线的导通;
作为优选,所述的集总激励(7)要实现良好匹配,所设置的共面波导馈线(8)宽度与其两侧的间隙的比值满足共面波导的阻抗特性,与输入端的50Ω实现阻抗匹配,从而实现无反射输入。共面波导特征阻抗公式如下:
其中Zc为共面波导馈线(8)的等效电阻,C
作为优选,天线上表面各走线之间的线间距是等宽的;
作为优选,天线下表面走线(32)的线宽是等宽的,下表面各走线之间的线间距也是等宽的,均小于0.001个工作波长;
作为优选,所述的LOOP天线满足3612封装尺寸;
作为优选,所述的天线介质基板(33)和测试地基板(34)等高;
作为优选,所述天线主体部分(2)和接地金属片(3)距测试地基板(34)的边缘距离相同;
作为优选,所述的共面波导馈线(8)横向馈线与测试地两侧的间隙等宽设置;
作为优选,匹配网络在集总激励(7)、共面波导馈线(8)和天线主体部分(2)间采用一个π型阻抗匹配,将工作频段移至Smith原图的中心,使得工作频段可以达到良好的阻抗匹配;所述的第一匹配元件(4)、第二匹配元件(5)、第三匹配元件(6)分别相当于电容、电容、电感;
作为优选,所述的第一匹配元件(4)、第二匹配元件(5)、第三匹配元件(6)通过共面波导馈线(8)连接,且各匹配元件都采用0402规格的封装尺寸。
工作原理:
所述的一种新型多层容性耦合LOOP天线,其工作频带覆盖蓝牙频段。测试地的尺寸是40*100mm
本发明的有益效果如下:
(1)本发明设计的LOOP天线,利用地平面参与天线辐射技术,通过对地平面上的电流强度和天线上的电流路径进行调节,灵活地调整天线的谐振频率。
(2)本发明中的LOOP天线是3612尺寸,利用5*6mm
(3)本发明中的匹配网络采用的是容感加载技术,组成π型匹配网络,可以有效地调节天线的阻抗匹配和阻抗带宽,使天线有着更好的匹配和传输特性,也便于实际加工后天线的性能调试。
(4)本发明的馈电方式采用的是共面波导馈电技术,其工作在偶模模式,能量从中心导线馈入天线主体部分,共面波导的宽度和间隙满足输入阻抗匹配特性。
(5)本发明中的结构十分简单,易于设计,巧用LC谐振特性,通过耦合线引入容性电抗量,巧妙加到天线设计中,结构参数可调性高,性能参数优异,可应用于无线通信系统。
附图说明
图1是一种新型多层耦合LOOP天线俯视示意图。
图2是所述的LOOP天线及净空区、测试地的俯视示意图。
图3是所述的新型多层耦合LOOP天线结构示意图,其中(a)为LOOP天线的上表面走线示意图,(b)为LOOP天线的下表面走线示意图,(c)是LOOP天线结构侧视示意图。
图4是利用仿真软件模拟出可应用于移动设备的新型多层耦合LOOP天线的S
图5是利用仿真软件模拟出应用于移动设备的新型多层耦合LOOP天线的增益结果图。
图6是利用仿真软件模拟出应用于移动设备的新型多层耦合LOOP天线的辐射效率结果图。
图7是利用仿真软件模拟出新型多层耦合LOOP天线分别在(a)
图中标记:测试地1、天线主体部分2、接地金属片3、第一匹配元件4、第二匹配元件5、第三匹配元件6、集总激励7、共面波导馈线8、净空区9、第一连接线10、第二连接线11、第一横走线12、第二横走线13、第三横走线14、第四横走线15、第五横走线16、第一竖导线17、第二竖导线18、第三竖导线19、第四竖导线20、第六横走线21、第七横走线22、第一走线23、第八横走线24、第九横走线25、第二走线26、第五竖导线27、第六竖导线28、第七竖导线29、第八竖导线30、天线上表面走线31、天线下表面走线32、天线介质基板33、测试地基板34。
具体实施方式
为了将本发明中所设计的技术方案、设计目的以及优点更好地阐述清楚,将结合实施例以及附图,对本发明的内容进行更详细地说明,此处所用到的具体实施例仅用于说明,并不用于限定本发明。
本发明中所使用的术语“第一” “第二”等,是为了更好地区分结构,将相似或相同的结构进行简要描述,但这些结构并不受这些术语的限制。
在本实施例中,提出了一种新型多层耦合LOOP天线。如附图中的图1所示,包括测试地和LOOP天线。其中,LOOP天线需要放在测试地上进行性能仿真,在设计时,将LOOP天线设置在测试地的一侧,位于5*6mm2区域的净空区上,并在净空区中给天线预留一定的到地距离。基于上述结构可知,天线位置的设置,可以降低地平面的镜像耦合干扰效果,也满足了加工工艺的要求。
在本实施例中,如附图的图2所示,所述的LOOP天线包括天线主体部分2、接地金属片3、集总激励7、匹配网络和共面波导馈线8。匹配网络中的第一匹配元件4、第二匹配元件5、第三匹配元件6分别相当于电容、电容、电感, 串并电容和并电感组成π型匹配网络,用于调节天线的输入阻抗,实现输入端口的阻抗匹配。
在本实施例中,如图3(a)所示是所述的天线上表面走线31,电流从共面波导馈线8过来,经过第二连接线11,进入到第四竖导线20,再到第一横走线12,经过耦合,将电流耦合到第二横走线13、第三竖导线19和第三横走线14、第二竖导线18,再分别流经第四横走线15和第五横走线16汇到第一竖导线17,经第一连接线10电流流向测试地1,基于上述结构可知,通过电流耦合引入寄生电容,可以有效调节天线的电抗特性,多路耦合可以在一定程度上加长有效电流路径,降低天线的谐振频率。
在本实施例中,如图3(b)所示是所述的天线下表面走线32,电流从共面波导馈线8过来,进入到第八竖导线30,经过第二走线26到达第七竖导线29,电流分成两个支路流向第六横走线21和第九横走线25,再通过电流耦合,耦合至第七横走线22、第八横走线24和第六竖导线28,经过第一走线23后到达第五竖导线27,最后流向测试地1,形成一个电流回路。基于上述结构可知,该结构类似于T型耦合,可以通过引入容性电抗分量,降低天线自身的感抗值,实现在工作频率附近产生谐振。
在本实施例中,给出了一种新型多层耦合LOOP天线的侧面图,如图3(c)所示,天线下表面走线32与测试地1在同一平面,LOOP天线位于测试地1的上方,测试地1位于测试地基板34的上表面,位于天线介质基板33的下表面,天线上表面走线31位于天线介质基板33的上表面。基于上述结构,天线需要在对应尺寸的测试地上测试相应的辐射性能,地平面也是天线辐射的一部分。
在一些具体的实施例中,所述的测试地的尺寸是40mm*100mm;所述的天线介质基板采用的是FR4材料,满足3216的封装尺寸。
在一些具体的实施例中,图4是利用仿真软件模拟出一种新型多层耦合LOOP天线的S
在一些具体的实施例中,图5是利用仿真软件模拟出的一种新型多层耦合LOOP天线增益随工作频率变化的结果图。可以看到在工作频段附近,天线的增益可以达到0.7dB。
在一些具体的实施例中,图6是利用仿真软件模拟出的一种新型多层耦合LOOP天线辐射效率随工作频率变化的结果图,在工作频段上有着73%以上的良好辐射效率。
在一些具体的实施例中,图7是利用仿真软件模拟出一种新型多层耦合LOOP天线分别在
以上所述实施例,介绍的十分详细,但不能因此理解为对本发明范围的限制。应当指出,对于本领域上的技术人员来说,在不脱离本发明的发明原理的基础上,可以对部分技术进行修改和改进,所进行的任何修改和改进都应在本发明的保护范围内。
- 一种多层陶瓷天线和对应的CPW板以及双频Loop天线
- 一种多层陶瓷天线和对应的CPW板以及双频Loop天线