CN101106215B - 半u型开槽叠层宽频带微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种半U型开槽叠层宽频带微带天线。它包括有3层基板、2层泡沫、一层反射板和一支馈电探针。在最上层基板的下表面附有半U型开槽金属贴片辐射器，中间层基板上表面也附半U型开槽金属贴片辐射器，中间层基板下表面整个附有金属接地层，在上层基板与中间层基板之间夹有绝缘介质层，下层基板的下表面为天线的馈电结构，探针与中间层基板上表面的辐射器和下层基板下表面的馈电线分别焊接，形成馈电辐射通路。本发明可以有效的提高微带天线带宽，满足UWB带宽要求；大幅减小天线体积从而降低生产成本，满足与更多轻便产品、移动通信产品的整合；另外增益相对于传统的微带天线也有一定的提高。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种双导线微波传输线的辐射终端，涉及一种微带天线，属于谐振式微带天线领域。
(二)背景技术
移动通信事业飞速发展的当代，无线化通信日益成为了通信的主流模式。应无线通信的需求，通信产品向着轻薄短小、小型化方向发展。作为移动通信的辐射终端，天线的小型化决定了通信设备的小型化。
目前广泛应用的各种天线中，微带天线有体积小重量轻适合与载体共形等特点，但现有的贴片微带天线(Patch Microstrip)尺寸约为波长的二分之一长度。更有效的减缩微带天线尺寸成了很重要的课题。
决定天线性能的参数指标主要有工作带宽(Working bandwidth)、辐射方向图(Radiation Pattern)、回波损耗(Return Loss)和天线增益(Antenna Gain)。其中工作带宽是微带天线很难突破一个技术瓶颈。而现代通信的大信息量多点通信甚至是超宽频带通信(UWB)又要求天线应该保证足够的带宽。
因此迫切的需求一种微带天线，以极小的天线尺寸承载宽频的带宽要求。
对于目前已有的解决方案，例如200510077524.1的专利申请发明方案，本发明有更宽的相对带宽和更小的尺寸，其中长边为波长的1/3，短边为波长的1/5。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小，生产成本低，能增加工作带宽、满足UWB带宽要求的半U型开槽叠层宽频带微带天线。
本发明的目的是这样实现的：
它包括有3层基板、2层泡沫、一层反射板和一支馈电探针，在最上层基板的下表面附有半U型开槽金属贴片辐射器，辐射器呈矩形，中间层基板上表面也附半U型开槽金属贴片矩形辐射器，中间层基板下表面整个附有金属接地层，在金属接地层中心偏左位置有可使探针通过的圆形小孔；在上层基板与中间层基板之间夹有低介电常数绝缘介质层；紧贴着中间层基板下表面为下层基板；下层基板的下表面为天线的馈电结构，直径小于下层基板上表面圆形开孔直径的探针在基板的中心偏左位置贯穿中间层和下层基板，探针的长度等于两基板的厚度和，探针与中间层基板上表面的辐射器和下层基板下表面的馈电线分别焊接，形成馈电辐射通路，下层基板下表面紧贴第2层低介电常数绝缘介质层，在低介电常数绝缘介质层的下层为由金属构成的反射板。
本发明还可以包括这样一些特征：
1、所述的附在最上层基板的下表面的半U型开槽金属贴片辐射器的半U型开槽为两直线型开槽垂直拼接而成，其中一直线型开槽未与另一直线开槽拼接端延伸至辐射器一边，另一直线型开槽未与另一直线开槽拼接端未延伸至矩形辐射器的另一边；中间层基板上表面的半U型开槽金属贴片辐射器上的开槽结构与上层金属辐射器相同，尺寸比上层辐射器小；
2、所述的下层基板下表面的天线的馈电结构主要由两条矩形金属微带线拼接构成。其中一条为馈电线，由基板一端延伸至基板中心偏左位置在此处呈矩形焊盘。另一条微带线为匹配线，由焊盘下沿2.2mm微带馈电线处垂直引出，延伸10mm后转90度角继续延伸5.8mm，其转角部分有一等腰三角形的切角结构。
本发明的半U型开槽叠层微带天线，包括有3层基板(FR4介质，或作用等同的相同介电常数介质)，2层泡沫(foam)，一层反射板和一支馈电探针，采用印制电路板工艺。本发明天线采用多层结构，最上层基板在下表面附有半U型开槽金属贴片辐射器。辐射器呈矩形，半U型开槽为两直线型开槽垂直拼接而成，其中一直线型开槽未与另一直线开槽拼接端延伸至辐射器一边；另一直线型开槽未与另一直线开槽拼接端未延伸至矩形辐射器的另一边。中间层基板上表面也附半U型开槽金属贴片辐射器，其开槽结构情况与上层金属辐射器相同，只是尺寸比上层辐射器小。中间层基板下表面整个附有金属接地层，在金属接地层中心偏左位置光刻出圆形小孔。在上层基板与中间层基板之间夹有低介电常数绝缘介质层(泡沫)。紧贴着中间层基板下表面的为下层基板。下层基板的下表面为天线的馈电结构，主要由两条矩形金属微带线拼接构成。其中一条为馈电线，由基板一端延伸至基板中心偏左位置，在此处由于焊接需要做成矩形焊盘。另一条微带线为匹配线，由焊盘下沿2.2mm微带馈电线处垂直引出延伸10mm后转90度角继续延伸5.8mm。为了减少回波损耗其转角部分有一等腰三角形的切角结构。直径小于下层基板上表面圆形开孔直径的探针在基板中心偏左位置贯穿中间层和下层基板，探针的长度等于两基板的厚度和。探针与中间层基板上表面的辐射器和下层基板下表面的馈电线分别焊接，形成馈电辐射通路。下层基板下表面紧贴第2层低介电常数绝缘介质层(泡沫)，在低介电常数绝缘介质层(泡沫)的下层为由金属构成的反射板。上述的所有金属贴片辐射器、接地板、微带馈线及其基板均采用印制电路板工艺实现。基板与低介电常数绝缘介质层(泡沫)的粘合采用低介电常数粘胶溶剂，或外部紧固形式。
应用本发明可以有效的提高微带天线带宽，满足UWB带宽要求。另一方面可以大幅减小天线体积从而降低生产成本满足与更多轻便产品、移动通信产品的整合。另外天线的增益相对于传统的微带天线也有一定的提高，对增加发射效率提高接收灵敏度起了很大的有益效果。
(四)附图说明
图1是本发明的一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明的一种实施方式的上层基板的结构示意图；
图3是本发明的一种实施方式的中间层基板上表面的结构示意图；
图4是本发明的一种实施方式的中间层基板下表面的结构示意图；
图5是本发明的一种实施方式的下表面的结构示意图；
图6是本发明的一种实施方式的关于驻波比的测量数据图；
图7是本发明的一种实施方式的在5.55GHz处的天线E面H面增益方向图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
图1是本发明的半U型开槽叠层宽频带微带天线的叠层结构示意图。其中200、400、600为基板，厚度均为1.5mm。基板200、600介电常数均为ε＝2.2，基板400介电常数ε＝2.9。800、1000为介电常数ε＝1.07的泡沫。1100为金属反射板，可用类似铜箔等金属薄片实现。图2为基板200的自顶向下透视图，100为附着在基板200下表面的金属贴片，厚度0.043mm，W＝11，L＝18.6。金属贴片上有反“L”型孔槽110，槽孔暴露出基板200的下表面部分。其中d＝2mm，h＝12.5mm，h1＝3.3mm，h2＝3.6mm。其中金属贴片、槽孔部分以及基板部分采用印制电路板工艺实现。结合图3，此图是基板400的自顶向下透视图。300为附着在基板400上表面的金属贴片，厚度0.043mm，W＝8.5，L＝16。金属贴片上有反“L”型孔槽310，槽孔暴露出基板400的上表面部分。其中d＝0.9mm，h＝6.6mm，h1＝3.4mm，h2＝1mm。其中金属贴片、槽孔部分以及基板部分采用印制电路板工艺实现。在相对于点o坐标为(0.5，7.8)mm处直径为0.5mm的金属探针900垂直贯穿基板400与附着在表面的金属薄片300，并与金属薄片焊接，金属探针为圆柱形，表面光洁导电性良好。焊接时保证连接处连接良好，焊点在金属薄片内部并尽量平整小巧。图4为基板400下表面自顶向下透视图，在基板400下表面上全部附着金属贴片500，厚度0.043mm。在相对于。点坐标(0.5，7.8)mm处，金属薄片开有直径为1mm的圆孔510，圆孔510暴露出基板400的下表面部分。其中基板400上、下表面的金属贴片以及槽孔部分采用印制电路板工艺实现。参照图5，此图为基板600下表面的自顶向下透视图。700为微带馈电线，附着在基板600下表面，其焊盘710的中心与坐标(0.5，7.8)重合。微带馈线各个部分尺寸参数为：d1＝2.6mm，d＝1.4mm，d2＝0.4mm，11＝18.3mm，12＝3mm，13＝5.8mm，h1＝10mm。900为金属探针在相对于o点坐标(0.5，7.8)mm处同时垂直贯穿基板600与微带馈线700。金属探针900与微带馈线之间采用焊接连接，焊接工艺应保证表面光洁导电性良好。保证连接良好焊点在金属薄片内部并尽量平整小巧。其中金属贴片、微带馈线、接地板、槽孔部分以及基板部分采用印制电路板工艺实现。结合图1基板600与反射板1100之间夹有泡沫1000，介电常数ε＝1.07，厚度为6.5mm。1100为反射板，材质为导电金属，可以用铜箔实现。所有基板、泡沫、反射板长宽一致，长为23.7mm宽为16.5mm。并且长宽可以根据应用环境要求任意放大或略微减小。只需保证中心位置一致，并延长微带馈电线700即可。
由于本发明的非对称性，所以与之对称的镜像结构应属于本发明的权利要求的保护范围。
此发明半U型开槽叠层微带天线有良好的天线特性。请参照图6，为本发明第一种较佳实施例的半U型开槽叠层微带天线关于驻波比的测量数据图。当天线工作中心频率为5.55GHz若以驻波比VSWR<2为基准从5.01GHz到6.09GHz达到了1.08GHz，相对带宽达到19.5％，根据FCC关于UWB的定义，本发明满足UWB带宽要求。
图7为本发明第一种较佳实施例的半U型开槽叠层微带天线与5.55GHz时的的方向图数据图。从图中可得知，本发明第一种较佳实施例的半U型开槽叠层微带天线有相当优良的指向性辐射场，足以满足使用者的需求。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种半U型开槽叠层宽频带微带天线，它包括有3层基板、2层泡沫、一层反射板和一支馈电探针，其特征是：在最上层基板的下表面附有半U型开槽金属贴片辐射器，辐射器呈矩形，中间层基板上表面也附有半U型开槽金属贴片矩形辐射器，中间层基板下表面整个附有金属接地层，在金属接地层中心偏左有圆形小孔；在上层基板与中间层基板之间夹有第一层泡沫层；紧贴着中间层基板下表面为下层基板；下层基板的下表面为天线的馈电结构，直径小于中间层基板下表面金属接地层上的圆形小孔直径的探针在与金属接地层同样的中心偏左位置垂直贯穿中间层和下层基板，探针的长度刚好等于两基板的厚度和，探针与中间层基板上表面的辐射器和下层基板下表面的馈电微带线分别焊接，形成馈电辐射通路，下层基板下表面紧贴第二层泡沫层，在第二层泡沫层的下面为由金属构成的反射板。
2.根据权利要求1所述的半U型开槽叠层宽频带微带天线，其特征是：附在最上层基板的下表面的半U型开槽金属贴片辐射器的半U型开槽由两直线型开槽垂直拼接而成，其中第一直线型开槽未与第二直线开槽拼接端延伸至辐射器一边，第二直线型开槽未与第一直线开槽拼接端未延伸至矩形辐射器的另一边；中间层基板上表面的半U型开槽金属贴片辐射器上的开槽结构与附在最上层基板的下表面的半U型开槽金属贴片辐射器的开槽结构相同，但中间层基板上表面的半U型开槽金属贴片辐射器上的开槽结构尺寸比附在最上层基板的下表面的半U型开槽金属贴片辐射器的开槽结构小。
3.根据权利要求1或2所述的半U型开槽叠层宽频带微带天线，其特征是：所述的下层基板下表面的馈电微带线结构主要由两条矩形金属微带线拼接构成，其中一条为馈电线，由基板一端延伸至基板中心偏左位置在此处呈矩形焊盘，另一条微带线为匹配线，由焊盘下沿2.2mm微带馈电线处垂直引出延伸10mm后转90度角继续延伸5.8mm，其转角部分有一等腰三角形的切角结构。
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