本實用新型涉及射頻微波通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線。

背景技術(shù)：

TVWS電視白區(qū)(Television White Space；TVWS)頻段和2.4GHz WiFi頻段可以被應(yīng)用于認知無線電等領(lǐng)域研究，由于TVWS頻段相對于2.4GHz WiFi頻段頻率低很多(470-790MHz)，所以目前很少有天線能同時覆蓋這兩個頻段。在應(yīng)對能同時覆蓋高低頻率的天線設(shè)計問題時，往往是通過采用組合多個天線的方法，但是這種設(shè)計方法不利于縮小天線尺寸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的提供一種基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線，在不需要增加現(xiàn)有折疊式金屬片天線尺寸的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)470-790MHz的TVWS工作頻段和2.4GHz的WiFi工作頻段的雙頻段功能，并且實現(xiàn)天線的小型化。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線，包括折疊金屬片和SMA接頭，所述折疊金屬片的尾部從內(nèi)側(cè)折疊一次形成尾部金屬片，所述折疊金屬片的前部從內(nèi)側(cè)折疊四次依次形成底部金屬片、外側(cè)金屬片、頂部金屬片、內(nèi)側(cè)金屬片和中間金屬片，所述頂部金屬片、中間金屬片與底部金屬片互相平行設(shè)置，所述外側(cè)金屬片、內(nèi)側(cè)金屬片與尾部金屬片互相平行設(shè)置，其中：

所述SMA接頭的地端與所述底部金屬片焊接相連，所述底部金屬片上開設(shè)有孔洞；

所述SMA接頭的饋線穿過所述底部金屬片的孔洞并與所述中間金屬片焊接形成饋電連接點；

所述饋電連接點在中間金屬片上的位置處于所述孔洞在底部金屬片上的位置的正上方；

所述饋電連接點的周圍且在所述中間金屬片上挖空一個U型縫隙諧振器，所述U型縫隙諧振器在2.4GHz頻段時的有效電長度為二分之一波長。

優(yōu)選的，所述U型縫隙諧振器的縫隙內(nèi)徑W₁為2.2mm，縫隙長度L₃為34mm，縫隙寬度L₄為15mm。

優(yōu)選的，所述U型縫隙諧振器的U型開口端與中間金屬片的寬邊之間的距離d₁為2mm，該U型縫隙諧振器的U型封閉端與饋電連接點之間的距離d₂為5.35mm。

優(yōu)選的，所述折疊金屬片為金屬銅片，寬度W₀為60mm，厚度為0.2mm。

優(yōu)選的，所述尾部金屬片的長度H₀為61mm。

優(yōu)選的，所述底部金屬片長度L₀為150mm。

優(yōu)選的，所述外側(cè)金屬片、頂部金屬片、內(nèi)側(cè)金屬片和中間金屬片的長度依次為H₀＝61mm，L₁＝65mm，H₁＝45mm，L₂＝49mm。

優(yōu)選的，所述孔洞與底部金屬片的寬邊之間的橫向距離d₀＝45.45，該孔洞與底部金屬片的長邊之間的縱向距離為W₀/2＝30mm。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線實現(xiàn)了低頻率(470-790MHz)寬帶工作頻段，能夠覆蓋470-790MHz的TVWS工作頻段。此外，本實用新型通過優(yōu)化天線的饋電結(jié)構(gòu)，在作為饋電平面的中間金屬片上挖空一個縫隙諧振器，在不增加天線尺寸的條件下獲得了一個高頻率匹配，實現(xiàn)2.4GHz頻段的WiFi工作頻段。本實用新型所述折疊式雙頻段寬帶天線相比于通過組合多個天線方式設(shè)計的雙頻天線，在不需要增加天線尺寸的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)470-790MHz頻段的TVWS工作頻段和2.4GHz頻段的WiFi工作頻段，有效減小了天線尺寸，實現(xiàn)了天線的小型化。

附圖說明

圖1是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線優(yōu)選實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的側(cè)視圖；

圖3是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的中間金屬片的俯視圖；

圖4是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的反射系數(shù)S₁₁的仿真結(jié)果示意圖；

圖5是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的中間金屬片的長度對天線的反射系數(shù)S₁₁的影響示意圖；

圖6是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的縫隙諧振器的縫隙長度對天線的反射系數(shù)S₁₁的影響示意圖；

圖7a、7b和7c分別為本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線在0.51GHz、0.73GHz和2.49GHz三個頻率的仿真方向圖。

本實用新型目的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，將在具體實施方式部分一并參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為達成上述目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本實用新型的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

參照圖1、圖2和圖3所示，圖1是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線優(yōu)選實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的側(cè)視圖；圖3是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的中間金屬片的俯視圖。在本實施例中，所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線包括折疊金屬片1和SMA接頭2，該折疊金屬片1的尾部從內(nèi)側(cè)折疊一次形成尾部金屬片11，折疊金屬片1的前部從內(nèi)側(cè)折疊四次依次形成底部金屬片12、外側(cè)金屬片13、頂部金屬片14、內(nèi)側(cè)金屬片15和中間金屬片16。所述疊金屬片1的每一次折疊方式可以采用任意角度彎折，例如30°、45°、60°以及90°等角度，為了簡化描述，本實施例兩個金屬片之間采用90°角度的垂直折疊方式。所述尾部金屬片11與底部金屬片12相互垂直折疊連接，底部金屬片12與外側(cè)金屬片13相互垂直折疊連接，外側(cè)金屬片13與頂部金屬片14相互垂直折疊連接、頂部金屬片14與內(nèi)側(cè)金屬片15相互垂直折疊連接，內(nèi)側(cè)金屬片15與中間金屬片16相互垂直折疊連接。所述頂部金屬片14、中間金屬片16與底部金屬片12互相平行設(shè)置，所述外側(cè)金屬片13、內(nèi)側(cè)金屬片15與尾部金屬片11互相平行設(shè)置。

所述折疊金屬片1的尾部往內(nèi)側(cè)折疊一次形成尾部金屬片11，長度H₀為61mm；所述底部金屬片12為所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的底部，長度L₀為150mm；所述外側(cè)金屬片13、頂部金屬片14、內(nèi)側(cè)金屬片15和中間金屬片16的各部分長度依次為H₀＝61mm，L₁＝65mm，H₁＝45mm，L₂＝49mm；每一個金屬片的寬度均為折疊金屬片1的寬度W₀＝60mm，所述折疊金屬片1為金屬銅片，厚度為0.2mm。

參考圖2所示，所述SMA接頭2為一種常見的天線接口，SMA是Sub-Miniature-A的簡稱。在本實施例中，所述SMA接頭2包括地端21以及饋線22，所述SMA接頭2的地端21與底部金屬片12的底部焊接相連。底部金屬片12上開設(shè)有孔洞120，該孔洞120的大小與SMA接頭2的饋線22粗細相匹配。所述孔洞120與底部金屬片12寬邊W₀之間的橫向距離d₀＝45.45，該孔洞120與底部金屬片12的長邊L₀之間的縱向距離為W₀/2＝30mm。SMA接頭2的饋線22穿過底部金屬片12的孔洞120并與中間金屬片16焊接連接，使得所述SMA接頭2的饋線22與中間金屬片16的焊接連接處形成饋電連接點20，從而實現(xiàn)饋電。在本實施例中，由于所述底部金屬片12與中間金屬片16互相平行，因此所述饋電連接點20在中間金屬片16上的位置處于所述孔洞120在底部金屬片12的位置的正上方。

參考圖3所示，所述饋電連接點20的周圍且在所述中間金屬片16上開設(shè)一個挖空的U型縫隙諧振器10。所述U型縫隙諧振器10在2.4GHz頻段(2.4-2.483GHz)時的有效電長度為二分之一波長，可以產(chǎn)生2.4GHz頻段的WiFi工作頻段。在本實施例中，所述U型縫隙諧振器10為一種帶有U型縫隙結(jié)構(gòu)的諧振器，如圖3中的白色部分。該U型縫隙諧振器10的縫隙內(nèi)徑W₁為2.2mm，縫隙長度L₃為34mm，縫隙寬度L₄為15mm。該U型縫隙諧振器10的U型開口端與中間金屬片16的寬邊W₀之間的距離d₁為2mm，該U型縫隙諧振器10的U型封閉端與饋電連接點20之間的距離d₂為5.35mm。中間金屬片16作為饋電平面，本實用新型由于在中間金屬片16上開設(shè)有U型縫隙諧振器10，在不增加天線尺寸的條件下獲得了一個高頻率匹配，從而使得本實用新型折疊式雙頻段天線能夠覆蓋2.4GHz的WiFi工作頻段。

本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線實現(xiàn)了低頻率寬帶(470-790MHz)的工作頻段，因此能夠覆蓋470-790MHz的TVWS工作頻段。此外，通過優(yōu)化天線的饋電結(jié)構(gòu)，在作為饋電平面的中間金屬片16上挖空一個U型縫隙諧振器10，在不增加天線尺寸的條件下獲得了一個高頻率匹配，實現(xiàn)2.4GHz的WiFi工作頻段。本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線相比于通過組合多個天線方式設(shè)計的雙頻天線，可以有效減小天線尺寸，在不需要增加天線尺寸的條件下，能夠獲得470-790MHz的TVWS工作頻段和2.4GHz的WiFi工作頻段的雙頻段功能，并且實現(xiàn)了天線的小型化。

參考圖4所示，圖4是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的反射系數(shù)S₁₁的仿真結(jié)果示意圖。從圖4可以看出，本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線有三個諧振頻率模式：f_m1、f_m2和f_m3。其中，f_m1和f_m2與天線的總體尺寸有關(guān)，f_m3是由U型縫隙諧振器10產(chǎn)生。實用新型所述天線的工作頻率覆蓋TVWS頻段(470-790MHz)和2.4GHz頻段WiFi(2.4-2.483GHz)。在本實施例中，f_m1為天線的最低工作頻率，該頻率f_m1可以通過改變天線的設(shè)計高度H₀來調(diào)節(jié)；f_m2可以通過改變中間金屬片16(天線的最后一個折疊金屬片)的設(shè)計長度L₂來調(diào)節(jié)；f_m3可以通過改變縫隙諧振器10的設(shè)計縫隙長度L₃來調(diào)節(jié)。

參考圖5所示，圖5是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的中間金屬片16的長度L₂對天線的反射系數(shù)S₁₁的影響示意圖。從圖5可以看出，當(dāng)中間金屬片16的設(shè)計長度L₂增長時，f_m2的頻率降低，而f_m1、f_m3保持不變。

參考圖6所示，圖6是本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線的U型縫隙諧振器10的縫隙長度L₃對天線的反射系數(shù)S₁₁的影響示意圖。從圖6可以看出，當(dāng)設(shè)計縫隙長度L₃縮短時，fm3的頻率增大，而f_m1、f_m2保持不變。

參考圖7a、7b和7c所示，圖7a、7b和7c分別為本實用新型基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線在0.51GHz、0.73GHz和2.49GHz三個頻率的仿真方向圖。在本實施例中，本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線在三個頻率的仿真增益值分別為2.3dBi、2.9dBi以及4.8dBi。從圖7a和7b中可以看出，在頻段0.51GHz和0.73GHz時，天線朝上方輻射，即本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線在第一工作頻段(470-790MHz的TVWS工作頻段)內(nèi)朝上方輻射；從圖7c中可以看出，在2.49GHz時，天線朝著0-90°方向輻射，即本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線在第二工作頻段(2.4GHz的WiFi工作頻段)內(nèi)朝天線的前端和尾部的折疊金屬片部分之間輻射，并且具有相對較高的增益特性，該特性有助于電磁信號的定向傳輸，因此適用于室內(nèi)私人WiFi系統(tǒng)。

本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線不僅加工簡單成本低廉，而且可以產(chǎn)生三個基本諧振模式，因此被廣泛應(yīng)用于寬帶和多頻段射頻微波通信中。由于U型縫隙諧振器是在饋電平面上開槽獲得，因此不需要增加額外諧振體，具有縮小本實用新型所述基于U型縫隙結(jié)構(gòu)的折疊式雙頻段天線尺寸的功能。

以上僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效功能變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。