CN100428564C - 具有双l型探针的宽频带贴片天线 - Google Patents

Abstract

所描述的天线包括一个贴片，该贴片位于接地板之上并与之相分隔，及一对L形探针，该探针位于贴片及接地板之间。每一个探针都包括一个与贴片及接地板平行的部分，及一个与贴片及接地板垂直的部分，天线进一步具有以同功率及同相位对两个探针进行激励的方法。

Description

具有双L型探针的宽频带贴片天线

技术领域

本发明涉及贴片天线，特别是涉及由双L型探针馈电的宽频带贴片天线。本发明可进一步扩展到包括多个贴片天线的天线阵。

背景技术

近年来，微带贴片天线在各种领域得到广泛应用。微带贴片天线具有很多优点，包括成本低、尺寸小和重量轻，这使得它们很适合应用于如个人通信系统等中。

传统的微带(microstrip)贴片天线包括一个具有特定几何形状(如圆形，矩形，三角形)的贴片，该贴片与接地板相互分离，并以电介质将其相互分隔。通常应用同轴馈电的方法对贴片进行馈电。

然而，微带贴片天线有一个缺点，即它们的带宽相对较小，一般不适于在带宽较大的条件下应用。近年来，已采取一些方法以尝试增加微带贴片天线的带宽。例如，现有的提议包括，增加一个寄生贴片(parasitic patch)以对被动贴片(driven patch)进行电磁耦合(R.O.Lee，K.F.Lee，J，Bobinchak Electronics Letters，9，24，1987，Vol.23，No.20，1017-1072)；在电容间隙(capacitive gap)中使用较厚的衬底，通过该电容间隙以消除探针的电感(P.S.Hall Electronics Letters，5，21，1987，Vol.23，No.11，606-607)；及在贴片天线中应用一个U形槽(K.F.Lee等IEEProc.Microw.Antennas Propag.，Vol.144 No.5，10，1997)。

然而，针对上述问题所有的现有技术方法都不理想。在被动贴片上面安放寄生贴片会增加天线的厚度，这并不符合人们的希望。电容间隙需要很高精度进行制造。引入U形槽会使天线交叉极化较高，而且不能应用于圆极化辐射。

现有技术的另一个例子如US472443(Nysen)中所示。Nysen描述了一种贴片天线，其中的带状线馈电元件与贴片进行电磁耦合，而且其中微带的一端(与贴片相平行)与同轴电缆(与贴片相垂直)的内导体相连接。在这种设计中，只有微带与贴片相耦合，而天线的带宽并不大。

US6593887(这里以参考的形式并入本文)描述了一种贴片天线，该贴片天线由安放于贴片与接地板之间的L形探针进行驱动。该探针的一部分与贴片及接地板垂直，另一部分与贴片及接地板平行。两部分的长度经过精心选择，以使第一部分的感抗被第二部的容抗所抵消。这种设计很有效，然而US6593887所述的天线可获得仅为大约7.5dBi的增益，而且天线交叉极化在大约-15dB时仍旧很高。因而有必要设计一种新型的贴片天线，以期至少能减轻上述的问题，并且在交叉极化相对较低的同时提供较高的增益。

发明内容

根据本发明提供一种天线，该天线包括一个贴片，该贴片安放于接地板之上并与接地板相分隔，及一对L形探针，探针安放于上述的贴片和上述的接地板之间，每一个上述的探针都包括一个与贴片及接地板平行的部分和一个与贴片及接地板垂直的部分；其中所述探针与传输线相连接，馈电器与传输线在其的中点相连接，探针连接于传输线相对的两端，并与馈电器的距离相等。

在优选的实施例中，每一个探针连接于传输线上，其与传输线各自一端的距离为λ/4，而两个馈电器的分隔距离为λ/2，其中λ为天线预期的中心工作波长。

传输线可以是一条微带线(microstrip line)，与接地板相分隔就更为理想，例如可使用金属或电介质分隔物进行分隔。

在优选的实施例中，探针被定向使得探针的平行部分与贴片的边缘成直角，并向贴片延伸。更为理想的是，探针相对于贴片是对称的，借此，每一个探针均安放于与贴片边缘相同距离的部位。

贴片可以是任何合适的形状，例如圆形或三角形，但矩形最为合适。当贴片为矩形时，其长边的尺寸可为0.7λ到1.1λ，短边的长度可为大约0.4λ，其中λ为天线预期的中心工作波长。

附图说明

此处用示例及参考附图的方法对本发明的一些实施例进行说明，其中：

图1所示为：根据本发明的一个实施例设计的天线的基本几何形状的透视图，

图2所示为图1中的天线的俯视图，

图3(a)和3(b)所示为图2中的天线的侧视图，

图4显示了根据图1至图3的实施例制造的天线的增益(a)和驻波比(b)的实验结果，

图5(a)到(c)所示为馈电探针其它可能的方向，

图6(a)到(c)所示为贴片其它可能的形状，

图7(a)到(c)用示意图显示了应用堆栈贴片的一个实施例。

具体实施方式

首先参见图1，可以看到，根据本发明一个实施例，贴片1与接地板2相分开，但与之平行。贴片是矩形的，其宽度W(见图2)的范围为0.7λ到1.1λ，长度L(见图2)大约为0.4λ，其中λ为天线的中心工作波长。贴片1可由电介质材料，如一对塑料支柱3，来支撑安放于接地板2上，贴片与接地板的间距大约为0.1λ。

贴片1由两个相同的L形探针4进行馈送，每一个探针都有一部分与贴片及接地板垂直(“垂直部分”)，另一部分与贴片及接地板平行(“平行部分”)。对于每一个探针4，垂直部分与平行部分形成一个整体，垂直部分与平行部分两者均与贴片1相耦合。探针4的横截面可为方形、矩形、圆形或任何其它合适的形状。L形探针4是垂直定向的，这样，其垂直部分向贴片1的辐射边垂直延伸，如图1到图3所示。探针4的垂直部分靠近贴片1的辐射边安放；通过一个双向的同相等幅的功率分配器5将输入信号馈送给两个探针4。

然而，如图5(a)到(c)所示，也有可能对馈电探针4按其它方向进行定向。参见图5(a)，馈电探针4与垂直方向按夹角θ进行定向；而且如果这个角度为大约几十度，只要探针位于贴片之下且探针不互相接触，那么天线仍能有效地工作。探针4可如图5(a)所示的那样互相指向对方，也可互相背向对方，或者也可一个探针指向另一个探针，而第二个探针却背向第一个探针。探针4是平直的则更为合适，它们也可是其它的形状，如成某一角度(如图5(b))或是弧形的(图5(c))。

现在回到图1至图3的实施例，功率分配器5是一条直的微带线，该微带线由两个金属块6支撑于接地板2之上，这两个金属块分别位于微带线的两端，这样天线就可直流接地。功率分配器也可选择用介电材料进行支撑，而且实际上安装于接地板之上或之下均可。微带线由同轴馈电器7(coaxial launcher feed)接收输入信号，该同轴馈电器位于微带线的中点。每一个L形探针4与微带线最近的一端之间的距离为λ/4。为了获得较高的增益和较低的交叉极化，两个探针4分开的距离应为大约λ/2。

根据图1至图3的几何图形，按以下尺寸(参见图2及图3)制造了天线：

除了上述的参数之外，微带线5的厚度是0.3mm，而贴片1的厚度也是0.3mm。微带线和贴片两者均可超过此厚度，例如厚达1至2mm。而且，H值，在本例中为0.1λ，可在0.05λ与0.15λ之间变动，而Gw和G_L可分别为大于W和L的任意值。每一个探针的垂直部分的高度可根据贴片的高度H，贴片的宽度W及探针与贴片边缘的距离来确定，但通常探针的垂直部分的高度为0.05λ至0.1λ。

图4(a)和图4(b)分别显示了按以上参数制造的天线的增益和驻波比结果，可以看到该天线在3.4至3.7GHz范围内增益超过9dBi，且交叉极化较低。

参见图6(a)至图6(c)，就注意到贴片并不一定必须是方形或矩形，还可为其它可能的形状，如三角形(图6(a))，梯形(图6(b))或椭圆形(图6(c))。

这样就可看到，至少在优选的情况下，通过给天线提供两个相同的L形探针，且以同相位和同功率对这两个探针进行激励，就可得到较高的增益而且较低的交叉极化。还应注意到这种设计还可与图7(a)至图7(c)所示的堆栈贴片的几何图形相结合。在这个实施例中，在第一个贴片1的上方安放第二个贴片1’，第一个贴片1在接地板上方的高度为H₁，而第二个贴片1’在接地板上方的高度为H₂。通常H₁为0.05λ至0.08λ，而H₂为0.1λ至0.15λ。第二个贴片可比第一个贴片尺寸小或尺寸大，或与第一个贴片大小相同。另一种可能是应用多个双L耦合探针贴片以形成一个高增益天线阵。

Claims (13)

1、一种天线，其包括一个贴片，该贴片安放于接地板之上并与接地板相分隔，及一对L形探针，该探针安放于上述的贴片和上述的接地板之间，每一个上述的探针都包括一个与贴片及接地板平行的部分和一个与贴片及接地板垂直的部分，其中所述探针与传输线相连接，馈电器与上述传输线在其中点相连接，上述探针连接于上述传输线相对的两端，并与上述的馈电器距离相等。

2、根据权利要求1所述的天线，其中每一个上述的探针与上述传输线相连接，探针距传输线的各自相应的一端的距离为λ/4，且其中两个探针相隔距离为λ/2，这里λ为天线预期的中心工作波长。

3、根据权利要求1所述的天线，其中上述的传输线是微带线。

4、根据权利要求3所述的天线，其中上述的微带线与接地板相分隔。

5、根据权利要求4所述的天线，其中微带线与接地板由金属分隔物相分隔。

6、根据权利要求1所述的天线，其中上述的探针被定向，使得所述探针的平行部分与贴片的边缘成直角，并向贴片延伸。

7、根据权利要求6所述的天线，其中上述的探针相对于贴片是对称的，藉此，每一个探针均安放于与贴片侧边距离相同的部位。

8、根据权利要求1所述的天线，其中贴片是矩形的。

9、根据权利要求8所述的天线，其中贴片长边的尺寸是0.7λ到1.1λ，而短边的尺寸是大约0.4λ，这里λ是天线预期的中心工作波长。

10、根据权利要求1所述的天线，其中贴片是三角形的。

11、根据权利要求1所述的天线，其中贴片是梯形的。

12、根据权利要求1所述的天线，其中贴片是椭圆形的。

13、根据权利要求1所述的天线，其进一步包括第二个贴片，该第二个贴片位于上述第一个贴片之上并与之平行。

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