CN102130379A - 一种小型化微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型化微带天线。所述小型化微带天线包括微带贴片、接地部、介质基板、馈线和谐振单元；所述介质基板位于所述微带贴片和接地部之间；所述谐振单元设置于所述介质基板中；所述馈线与所述谐振单元电性连接。本发明技术方案加载小谐振环的微带天线和普通微带天线对比，普通微带天线的纵向尺寸约为半个波长，基板中加载小谐振环组合后，微带天线的纵向尺寸可以做的更小，这样可以将微带天线的尺寸大大减小，并且带宽会增大。

Description

一种小型化微带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化微带天线。

背景技术

传统的微带天线，是在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地部，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。

传统的微带天线小型化设计方法，主要有以下几种：

1.天线加载，在微带天线上加载短路探针，通过与馈点接近的短路探针在谐振空腔中引入耦合电容以实现小型化。天线的谐振频率主要取决于短路探针的粗细和位置，其缺点是：阻抗匹配极大地依赖于短路探针的位置及其与馈电点的距离、不利于制作、带宽窄。

2.采用特殊材料基片，采用高介电常数(如陶瓷材料)或高磁导率(如磁性材料)的基片可降低谐振频率，从而减小天线尺寸。主要缺陷是：激励出较强的表面波、表面损耗较大、效率降低、带宽窄。

3.表面开槽，当在贴片表面开不同形式的槽或细缝时，切断了原先的表面电流路径，使电流绕槽边曲折流过而路径变长，在天线等效电路中相当于引入了级联电感。这类天线结构简单、成本低廉、加工方便。其特点：随着槽的长度增加，天线谐振频率降低，天线尺寸减小，但尺寸的过分缩减会引起性能的急剧劣化，其中带宽与增益尤为明显，如何破除增益和带宽这两个限制，开发实用化，易调谐的此类天线尚待深入研究。

4.附加有源网络缩小无源天线的尺寸，会导致辐射电阻减小，效率降低.可利用有源网络的放大作用及阻抗补偿技术弥补由于天线尺寸缩小引起的指标下降，有源天线具有以下良好特性：工作频带宽、增益高、方向性好、便于实现阻抗匹配，但有源天线需考虑噪声及非线性失真问题。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题，而提出的一种小型化微带天线。

为实现上述目的，本发明提出一种小型化微带天线，所述小型化微带天线包括微带贴片、接地部、介质基板、馈线和谐振单元；

所述介质基板位于所述微带贴片和接地部之间；

所述谐振单元设置于所述介质基板中；

所述馈线与所述谐振单元电性连接。

进一步地，所述谐振单元是在所属介质基板中进行光刻设计形成。

进一步地，所述谐振单元最少为4个，从最外面的两个谐振单元拉出两根导线作为馈线。

进一步地，所述谐振单元平行放置，保证这些谐振单元处于同一水平位置上，且谐振单元彼此之间留有一定的间隙。

进一步地，所述微带天线采用耦合馈电的方式进行馈电，在微带贴片和接地部之间激励起电磁场，通过微带贴片与缝隙向外辐射。

进一步地，所述谐振单元包括两个对称的半包围矩形环和连接两个矩形环的矩形金属条。

进一步地，所述半包围矩形环的相对两侧各开一个小口，矩形金属条穿过两个小口连接两个半包围矩形环。

进一步地，所述谐振单元材质是铜。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明技术方案加载小谐振环的微带天线和普通微带天线对比，微带天线的纵向尺寸可以做的更小，这样可以将微带天线的尺寸大大减小，并且带宽会增大。

附图说明

图1是本发明实施例微带天线俯视图；

图2是本发明实施例微带天线侧视图；

图3是本发明实施例微带天线剖视图；

图4是本发明实施例谐振环示意图；

图5是本发明实施例微带天线立体示意图；

图6是本发明实施例微带天线反射系数示意图。

具体实施方式

本发明技术方案利用多个小谐振环的谐振特性，组合放置在微带天线的基板中，可以将微带天线的尺寸大大减小，同时增大了天线的带宽。

本发明技术方案的工作原理是，微带天线模型将矩形微带贴片看为沿横向没有变化的传输线谐振器，场沿着纵向驻波变化辐射主要由开路端的边缘场产生，因此微带天线可以表示成为两条平行缝隙，为了满足两端的相位要求，微带天线的纵向场长度要达到半波长，但是在介质基板中加载谐振单元后，可以设计出小于半波长的谐振腔，而且谐振腔的物理尺寸不再受谐振频率的限制。

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案做详细描述。

本发明实施例微带天线的结构如图1、2、5所示，其包括微带贴片1、接地部2、介质基板3、同轴馈线4、谐振单元5和金属连接条6。

微带贴片1作为整个微带天线的辐射部分用于接收和发射信号。所述金属连接条6与同轴馈线4的内导体连接。

如图4所示，可以在介质基板3中进行光刻设计谐振单元5。最外面的两个谐振单元5拉出两根微带线作为馈线，采用耦合馈电的方式进行馈电，在微带贴片1和接地部2之间激励起电磁场，通过微带贴片1与缝隙向外辐射。加载了谐振单元5之后的微带天线在中心频率附近产生了两次谐振，一次是微带天线自身的谐振，另一次是谐振单元5产生的谐振，当两次谐振频率靠的很近时，就增大了天线的带宽。

传统的介质基片材料一般就是自然界中常见的介质，但有个难以解决的问题，当基板的介电常数比较小时，要得到宽频带必须增大贴片面积；当基板介电常数比较大时，贴片面积会变小，但同时带宽也会变小。

如图3所示，是本发明实施例中给传统的基片介质中添加的金属谐振单元5。在本实施例中，谐振单元5通过一个矩形金属条连接两个对称的半包围矩形环组成。半包围矩形环的相对两侧各开一个小口，矩形金属条穿过两个小口连接两个半包围矩形环。整个结构上半部分和下半部分成轴对称。在设 计时候，将多个这样的大小相同的谐振单元5平行放置，如图3所示，保证这些金属谐振单元处于同一水平位置上，且谐振单元3彼此之间留有一定的间隙。

将这样的谐振单元5组合放置在微带天线的介质基片3中，如图4所示，可以在介质基片3中进行光刻设计谐振单元5，最外面的两个谐振单元5拉出两根微带线作为馈线，采用耦合馈电的方式进行馈电。

在本实施例中，将金属刻成图2中所示的谐振单元5，在本实施例中金属用的是铜，厚度为0.016mm。当然，在其他实施例中，可以采用其他金属，谐振单元5的结构也可以是其他经过实验可采用的结构。将5个(在其他实施例中，也可以采取不同数量的谐振单元)这样等大小的谐振单元5平行放置，放在介电常数为2.3的介质基片3里组成，采用耦合馈电的方式进行馈电，在5.7～8GHz之间，由谐振单元5构成的介质基片3的介电常数和磁导率的实部同时为负。同时折射率的实部和虚部随频率的变化而变化。普通微带天线的纵向尺寸约为半个波长，相对带宽约为7％左右。

如图6所示，本发明实施例微带天线的纵向尺寸可以设计到小于1/4波长，相对带宽为12.31％。

通过增加或减小谐振环的个数，可以改变微带天线的工作频率，实验表明，谐振单元5的个数至少在4个以上时效果较好，当增加到7个的时候，天线工作频带为8.68～9.5GHz。

通过以上方面的改进，可以使得微带天线进一步小型化，同时展宽了其工作频带。

本发明技术方案加载小谐振环的微带天线和普通微带天线对比，普通微带天线的纵向尺寸约为半个波长。基板中加载小谐振环组合后，微带天线的纵向尺寸可以做的更小，这样可以将微带天线的尺寸大大减小，并且带宽会增大。

以上所描述的仅为本发明较佳实例，当然不能以此来限定本发明的权利范围，因此，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都可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应当属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型化微带天线，其特征在于，所述小型化微带天线包括微带贴片、接地部、介质基板、馈线和谐振单元；

所述介质基板位于所述微带贴片和接地部之间；

所述谐振单元设置于所述介质基板中；

所述馈线与所述谐振单元电性连接。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述谐振单元是在所属介质基板中进行光刻设计形成。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述谐振单元最少为4个，从最外面的两个谐振单元拉出两根导线作为馈线。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述谐振单元平行放置，保证这些谐振单元处于同一水平位置上，且谐振单元彼此之间留有一定的间隙。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带天线采用耦合馈电的方式进行馈电，在微带贴片和接地部之间激励起电磁场，通过微带贴片与缝隙向外辐射。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述谐振单元包括两个对称的半包围矩形环和连接两个矩形环的矩形金属条。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述半包围矩形环的相对两侧各开一个小口，矩形金属条穿过两个小口连接两个半包围矩形环。

8.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述谐振单元材质是铜。

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