[0001] 本实用新型涉及射频微波通信技术领域， 尤其涉及一种基于 U型缝隙结构的折 叠式双频段天线。

背景技术

[0002] TVWS电视白区 (Television White Space； TVWS)频段和 2.4GHz WiFi频段可以 被应用于认知无线电等领域研究， 由于 TVWS频段相对于 2.4GHz WiFi频段频率 低很多 （470-790MHZ) ， 所以目前很少有天线能同吋覆盖这两个频段。 在应对 能同吋覆盖高低频率的天线设计问题吋， 往往是通过采用组合多个天线的方法 ， 但是这种设计方法不利于缩小天线尺寸。

技术问题

[0003] 本实用新型的主要目的提供一种基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线， 在不 需要增加现有折叠式金属片天线尺寸的条件下 ， 能够实现 470-790MHZ的 TVWS 工作频段和 2.4GHz的 WiFi工作频段的双频段功能， 并且实现天线的小型化。 问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 为实现上述目的， 本实用新型提供了一种基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天 线， 包括折叠金属片和 SMA接头， 所述折叠金属片的尾部从内侧折叠一次形成 尾部金属片， 所述折叠金属片的前部从内侧折叠四次依次形 成底部金属片、 外 侧金属片、 顶部金属片、 内侧金属片和中间金属片， 所述顶部金属片、 中间金 属片与底部金属片互相平行设置， 所述外侧金属片、 内侧金属片与尾部金属片 互相平行设置， 其中：

[0005] 所述 SMA接头的地端与所述底部金属片焊接相连， 所述底部金属片上幵设有孔 洞；

[0006] 所述 SMA接头的馈线穿过所述底部金属片的孔洞并与 所述中间金属片焊接形成 馈电连接点； [0007] 所述馈电连接点在中间金属片上的位置处于所 述孔洞在底部金属片上的位置的 正上方；

[0008] 所述馈电连接点的周围且在所述中间金属片上 挖空一个 U型缝隙谐振器， 所述 U型缝隙谐振器在 2.4GHz频段吋的有效电长度为二分之一波长。

[0009] 优选的， 所述 U型缝隙谐振器的缝隙内径 W ^Mmm, 缝隙长度 !^ ₃ 为34！^^ 缝隙宽度 L ₄ 15mm。

[0010] 优选的， 所述 U型缝隙谐振器的 U型幵口端与中间金属片的宽边之间的距离 d , 为 2mm， 该 U型缝隙谐振器的 U型封闭端与馈电连接点之间的距离 d ₂ 5.35mm。

[0011] 优选的， 所述折叠金属片为金属铜片， 宽度 W。为 60mm， 厚度为 0.2mm。

[0012] 优选的， 所述尾部金属片的长度 H。为 61mm。

[0013] 优选的， 所述底部金属片长度 L。为 150mm。

[0014] 优选的， 所述外侧金属片、 顶部金属片、 内侧金属片和中间金属片的长度依次 为 H o=6 lmm, L !=65mm, H !=45mm, L ₂ =49mm。

[0015] 优选的， 所述孔洞与底部金属片的宽边之间的横向距离 d。=45.45， 该孔洞与底 部金属片的长边之间的纵向距离为 W。/2=30mm。

发明的有益效果

有益效果

[0016] 相较于现有技术， 本实用新型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线实现 了低频率 （470-790MHZ) 宽带工作频段， 能够覆盖 470-790MHz的 TVWS工作频 段。 此外， 本实用新型通过优化天线的馈电结构， 在作为馈电平面的中间金属 片上挖空一个缝隙谐振器， 在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率 匹配 ， 实现 2.4GHz频段的 WiFi工作频段。 本实用新型所述折叠式双频段宽带天线相 比于通过组合多个天线方式设计的双频天线， 在不需要增加天线尺寸的条件下 ， 能够实现 470-790MHZ频段的 TVWS工作频段和 2.4GHz频段的 WiFi工作频段， 有效减小了天线尺寸， 实现了天线的小型化。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 图 1是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线优选实施例� �立体结构 示意图；

[0018] 图 2是本实用新型基于 U型缝隙结构的折 3 式双频段天线的侧视图；

[0019] 图 3是本实用新型基于 U型缝隙结构的折 3 式双频段天线的中间金属片的俯视图

[0020] 图 4是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的反射系数8� ��的仿真 结果示意图；

[0021] 图 5是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的中间金属� �的长度对 天线的反射系数 S„的影响示意图；

[0022] 图 6是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的缝隙谐振� �的缝隙长 度对天线的反射系数 S„的影响示意图；

[0023] 图 7a、 7b和 7c分别为本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线在 0.51G Hz、 0.73GHz和 2.49GHz三个频率的仿真方向图。

[0024] 本实用新型目的实现、 功能特点及优点将结合实施例， 将在具体实施方式部分 一并参照附图做进一步说明。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0025] 为更进一步阐述本实用新型为达成上述目的所 采取的技术手段及功效， 以下结 合附图及较佳实施例， 对本实用新型的具体实施方式、 结构、 特征及其功效进 行详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用 新型， 并不用于限定本实用新型。

[0026] 参照图 1、 图 2和图 3所示， 图 1是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段 天线优选实施例的立体结构示意图； 图 2是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠 式双频段天线的侧视图； 图 3是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天 线的中间金属片的俯视图。 在本实施例中， 所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频 段天线包括折叠金属片 1和 SMA接头 2， 该折叠金属片 1的尾部从内侧折叠一次形 成尾部金属片 11， 折叠金属片 1的前部从内侧折叠四次依次形成底部金属片 12、 外侧金属片 13、 顶部金属片 14、 内侧金属片 15和中间金属片 16。 所述叠金属片 1 的每一次折叠方式可以采用任意角度弯折， 例如 30°、 45°、 60°以及 90°等角度， 为了简化描述， 本实施例两个金属片之间采用 90°角度的垂直折叠方式。 所述尾 部金属片 11与底部金属片 12相互垂直折叠连接， 底部金属片 12与外侧金属片 13 相互垂直折叠连接， 外侧金属片 13与顶部金属片 14相互垂直折叠连接、 顶部金 属片 14与内侧金属片 15相互垂直折叠连接， 内侧金属片 15与中间金属片 16相互 垂直折叠连接。 所述顶部金属片 14、 中间金属片 16与底部金属片 12互相平行设 置， 所述外侧金属片 13、 内侧金属片 15与尾部金属片 11互相平行设置。

[0027] 所述折叠金属片 1的尾部往内侧折叠一次形成尾部金属片 11， 长度 H0为 61mm ； 所述底部金属片 12为所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的底部， 长度 L o

为 150mm; 所述外侧金属片 13、 顶部金属片 14、 内侧金属片 15和中间金属片 16 的各部分长度依次为 H。=61mm， L 每一个金 属片的宽度均为折叠金属片 1的宽度 W。=60mm， 所述折叠金属片 1为金属铜片， 厚度为 0.2 mm。

[0028] 参考图 2所示， 所述 SMA接头 2为一种常见的天线接口， SMA是 Sub-Miniature-A 的简称。 在本实施例中， 所述 SMA接头 2包括地端 21以及馈线 22， 所述 SMA接头 2的地端 21与底部金属片 12的底部焊接相连。 底部金属片 12上幵设有孔洞 120， 该孔洞 120的大小与 SMA接头 2的馈线 22粗细相匹配。 所述孔洞 120与底部金属片 12宽边 W。之间的横向距离 d ₀ =45.45 , 该孔洞 120与底部金属片 12的长边 L。之间 的纵向距离为 W。/2=30mm。 SMA接头 2的馈线 22穿过底部金属片 12的孔洞 120并 与中间金属片 16焊接连接， 使得所述 SMA接头 2的馈线 22与中间金属片 16的焊接 连接处形成馈电连接点 20， 从而实现馈电。 在本实施例中， 由于所述底部金属 片 12与中间金属片 16互相平行， 因此所述馈电连接点 20在中间金属片 16上的位 置处于所述孔洞 120在底部金属片 12的位置的正上方。

[0029] 参考图 3所示， 所述馈电连接点 20的周围且在所述中间金属片 16上幵设一个挖 空的 U型缝隙谐振器 10。 所述 U型缝隙谐振器 10在 2.4GHz频段 （2.4-2.483GHz) 吋的有效电长度为二分之一波长， 可以产生 2.4GHz频段的 WiFi工作频段。 在本 实施例中， 所述 U型缝隙谐振器 10为一种带有 U型缝隙结构的谐振器， 如图 3中的 白色部分。 该 U型缝隙谐振器 10的缝隙内径 \¥ ,为2.2！^^ 缝隙长度 1^为341！^， 缝隙宽度 ₄

为 15mm。 该 U型缝隙谐振器 10的 U型幵口端与中间金属片 16的宽边 W。之间的距 离 d！为？!!^!， 该 U型缝隙谐振器 10的 U型封闭端与馈电连接点 20之间的距离 d ₂ 为 5.35mm。 中间金属片 16作为馈电平面， 本实用新型由于在中间金属片 16上幵 设有 U型缝隙谐振器 10， 在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率 匹配， 从 而使得本实用新型折叠式双频段天线能够覆盖 2.4GHz的 WiFi工作频段。

[0030] 本实用新型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线实现了低频� �宽带 （470 -790MHz) 的工作频段， 因此能够覆盖 470-790MHZ的 TVWS工作频段。 此外， 通过优化天线的馈电结构， 在作为馈电平面的中间金属片 16上挖空一个 U型缝隙 谐振器 10， 在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率 匹配， 实现 2.4GHz的 WiFi工作频段。 本实用新型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线相比于通 过组合多个天线方式设计的双频天线， 可以有效减小天线尺寸， 在不需要增加 天线尺寸的条件下， 能够获得 470-790MHZ的 TVWS工作频段和 2.4GHz的 WiFi工 作频段的双频段功能， 并且实现了天线的小型化。

[0031] 参考图 4所示， 图 4是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的反射 系数 S„的仿真结果示意图。 从图 4可以看出， 本实用新型基于 U型缝隙结构的折 叠式双频段天线有三个谐振频率模式： f _ml 、 f _m2 和 f _m3 。 其中， f _ml 和 f _m2 与天线的 总体尺寸有关， f _m3 是由 U型缝隙谐振器 10产生。 实用新型所述天线的工作频率 覆盖 TVWS频段 （470-790MHZ) 和 2.4GHz频段 WiFi (2.4-2.483GHz) 。 在本实 施例中， f _ml 为天线的最低工作频率， 该频率 f _ml 可以通过改变天线的设计高度 H。 来调节； f _m2 可以通过改变中间金属片 16 (天线的最后一个折叠金属片） 的设计 长度 L ₂ 来调节； f _m3 可以通过改变缝隙谐振器 10的设计缝隙长度 L ₃ 来调节。

[0032] 参考图 5所示， 图 5是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的中间 金属片 16的长度 L ₂ 对天线的反射系数 S„ 影响示意图。 从图 5可以看出， 当中 间金属片 16的设计长度 L ₂ ¾长吋， f _m2 的频率降低， 而 f _ml 、 _{f m3} 保持不变。

[0033] 参考图 6所示， 图 6是本实用新型基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线的 U型 缝隙谐振器 10的缝隙长度 L ₃ 对天线的反射系数 S„的影响示意图。 从图 6可以看 出， 当设计缝隙长度！^缩短吋， f _m3 的频率增大， 而 f _ml 、 f _m2 保持不变。 [0034] 参考图 7a、 7b和 7c所示， 图 7a、 7b和 7c分别为本实用新型基于 U型缝隙结构的 折叠式双频段天线在 0.51GHz、 0.73GHz和 2.49GHz三个频率的仿真方向图。 在本 实施例中， 本实用新型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线在三个频率� � 仿真增益值分别为 2.3dBi、 2.9dBi以及 4.8dBi。 从图 7a和 7b中可以看出， 在频段 0. 51GHz和 0.73GHz日寸， 天线朝上方辐射， 即本实用新型所述基于 U型缝隙结构的 折叠式双频段天线在第一工作频段 （470-790MHZ的 TVWS工作频段） 内朝上方 辐射； 从图 7c中可以看出， 在 2.49GHz日寸， 天线朝着 0-90°方向辐射， 即本实用新 型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线在第二工作� �段 （2.4GHz的 WiFi工 作频段） 内朝天线的前端和尾部的折叠金属片部分之间 辐射， 并且具有相对较 高的增益特性， 该特性有助于电磁信号的定向传输， 因此适用于室内私人 WiFi 系统。

[0035] 本实用新型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线不仅加工简� �成本低廉 ， 而且可以产生三个基本谐振模式， 因此被广泛应用于宽带和多频段射频微波 通信中。 由于 U型缝隙谐振器是在馈电平面上幵槽获得， 因此不需要增加额外谐 振体， 具有缩小本实用新型所述基于 u型缝隙结构的折叠式双频段天线尺寸的功 能。

[0036] 以上仅为本实用新型的优选实施例， 并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡 是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等 效结构或等效功能变换， 或直接 或间接运用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本实用新型的专利保护范围 内。

工业实用性

[0037] 相较于现有技术， 本实用新型所述基于 U型缝隙结构的折叠式双频段天线实现 了低频率 （470-790MHZ) 宽带工作频段， 能够覆盖 470-790MHz的 TVWS工作频 段。 此外， 本实用新型通过优化天线的馈电结构， 在作为馈电平面的中间金属 片上挖空一个缝隙谐振器， 在不增加天线尺寸的条件下获得了一个高频率 匹配 ， 实现 2.4GHz频段的 WiFi工作频段。 本实用新型所述折叠式双频段宽带天线相 比于通过组合多个天线方式设计的双频天线， 在不需要增加天线尺寸的条件下 ， 能够实现 470-790MHZ频段的 TVWS工作频段和 2.4GHz频段的 WiFi工作频段， 有效减小了天线尺寸， 实现了天线的小型化。