CN102683853A - 参差驻波合成对偶极振子天线 - Google Patents

Abstract

一种差驻波合成对偶极振子天线包括：一介质基板，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；一第一偶极天线振子和一第二偶极天线振子，设置于所述介质基板的第一表面和第二表面上；一馈电结构，包括第一导电部、第二导电部及一对导电柱，所述第一导电部和第二导电部分别电连接一导电柱，每一导电柱同时与第一偶极天线振子的其中之一振子和第二偶极天线振子的其中之一振子电连接。通过将使用两对偶极天线振子将传统谐振的频段相对带宽是10％提升谐振的频段相对带宽接近20％；进一步将两对偶极天线振子分别设置低损耗介质基板相对两表面，在有限空间的多振子阵列的振子间耦合影响大大降低。

Description

参差驻波合成对偶极振子天线

技术领域

本发明涉及射频天线领域，更具体地说，涉及一种小型化的参差驻波合成对偶极振子天线。

背景技术

传统的微带天线应用许多无线设备，诸如蜂窝电话、智能用户终端及遥控设备等，微带天线由于占据较小的空间，因此被大量应用于各种通讯领域。

天线是用于无线信号有效接收和发射的一种电子设备。现代无线宽带通信的发展对天线设计提出了相应的带宽要求，而传统天线设计方法对相对带宽的拓展往往是很有限的，在许多应用场合典型的传统天线难以达到设计需求，因而需要在天线带宽方面有更多的实现方式。

对于传统的偶极天线，其谐振的频段的相对带宽是10％，对于要求谐振的频段相对带宽是接近20％的系统需求时，天线无法通过加大偶极振子的横截面积实现带宽要求，即使这样实现了带宽要求，也会带来交叉极化提高和占用的空间增加，但是在有限空间的多振子阵列的振子间耦合影响增大将使得天线辐射效率大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，降低在有限空间的多振子阵列的振子间耦合的影响，以提高天线辐射效率。因此，本发明提供一种小型化的参差驻波合成对偶极振子天线。

一种差驻波合成对偶极振子天线包括：

一介质基板，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

一第一偶极天线振子和一第二偶极天线振子，设置于所述介质基板的第一表面和第二表面上；

一馈电结构，包括第一导电部、第二导电部及一对导电柱，所述第一导电部和第二导电部分别电连接一导电柱，每一导电柱同时与第一偶极天线振子的其中之一振子和第二偶极天线振子的其中之一振子电连接。

进一步地，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.008的电损耗正切量。

进一步地，所述差驻波合成对偶极振子天线还包括一同轴信号线，同轴信号线的外导体电连接于所述第一导电部；同轴信号线内导体电连接于所述第二导电部。

进一步地，所述第一偶极天线振子设置于第一表面上；所述第二偶极天线振子设置于第二表面上。

进一步地，所述第一偶极天线振子呈“T”字状，且轴对称地分布于所述第一表面；所述第二偶极天线振子呈“山”字状，且轴对称地分布于所述第二表面。

进一步地，所述第一偶极天线振子和所述第二偶极天线振子为变形的偶极天线振子。

进一步地，所述第一偶极天线振子设置于第一表面上；所述第二偶极天线振子设置于第二表面上。

进一步地，所述第一导电部和第二导电部设置于所述第二表面。

进一步地，所述第一导电部和第二导电部分别设置于介质基板上的相对的两表面上。

进一步地，所述参差驻波合成对偶极振子天线谐振频率为5.1GHz-5.9GHz，其中所述第一偶极天线振子和第二偶极天线振子将5.1GHz-5.9GHz频段进行任意比例分段谐振。

相对现有技术，通过将使用两对偶极天线振子将传统谐振的频段相对带宽是10％提升谐振的频段相对带宽接近20％；进一步将两对偶极天线振子分别设置低损耗介质基板相对两表面，在有限空间的多振子阵列的振子间耦合影响大大降低，在提升天线或系统的频段相对带宽的同时，保持天线的体积不变。另外，双偶极天线(或变形的偶极振子)的长度以实现频段接近，合成驻波能形成宽带内的驻波平坦。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明参差驻波合成对偶极振子天线的横截面示意图；

图2为图1所示参差驻波合成对偶极振子天线的第一表面的俯视图；

图3为图1所示参差驻波合成对偶极振子天线的第二表面的俯视图；

图4为图1所示参差驻波合成对偶极振子天线的一实施方式去除介质基板的立体透视图；

图5为图4所示参差驻波合成对偶极振子天线从第一表面的俯视透视图；

图6为图4所示参差驻波合成对偶极振子天线的S11仿真参数图。

具体实施方式

现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法。过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

请一并参阅图1、图2及图3，为本发明参差驻波合成对偶极振子天线的横截面示意图、第一表面的俯视图及第二表面的俯视图。所述参差驻波合成对偶极振子天线包括一介质基板3、第一偶极天线振子4、第二偶极天线振子5、馈电结构6。所述参差驻波合成对偶极振子天线通过一同轴信号线(图中未示)传送电信号，即所述参差驻波合成对偶极振子天线将接收的电磁波信号转换为电信号，或者射频器件将电信号通过同轴信号线传送至所述参差驻波合成对偶极振子天线，其将电信号转换为电磁波信号。

在本实施方式中，所述介质基板3包括第一表面31和与所述第一表面31相对的第二表面32。所述第一偶极天线振子4设置于第一表面31上；所述第二偶极天线振子5设置于第二表面32上。

所述馈电结构6包括第一导电部8、第二导电部9及一对导电柱7，所述第一导电部8和第二导电部9分别电连接一导电柱7。在本实施方式中，所述导电柱7贯穿在所述介质基板3之中，以使得每一导电柱7同时与第一偶极天线振子4的其中之一振子和第二偶极天线振子5的其中之一振子电连接。

在本实施方式中，所述同轴信号线的外导体电连接于所述第一导电部8；其内导体电连接于所述第二导电部9。

在本实施方式中，所述第一偶极天线振子4呈“T”字状，且轴对称地分布于所述第一表面31；所述第二偶极天线振子5呈“山”字状，且轴对称地分布于所述第二表面32。在其他方式中，所述第一偶极天线振子4和所述第二偶极天线振子5为变形的偶极天线振子。

所述第一导电部8和第二导电部9设置于介质基板3的同一表面。在本实施方式中，所述第一导电部8和第二导电部9设置于所述第二表面32。在其他方式中，所述第一导电部8和第二导电部9分别设置于介质基板3上的相对的两表面上。

请一并参阅图4和图5，为所述参差驻波合成对偶极振子天线的一实施方式去除介质基板的立体透视图及从第一表面的俯视透视图。所述第一偶极天线振子4的尺寸大于第二偶极天线振子5的尺寸，天线尺寸大小决定了天线的谐振频率。因此所述第一偶极天线振子4所对应的谐振频率高于第二偶极天线振子5的对应的谐振频率。在本实施方式中，所述参差驻波合成对偶极振子天线谐振频率为5.1GHz-5.9GHz，其中所述第一偶极天线振子4对应的谐振频段为5.1GHz-5.43GHz；第二偶极天线振子5对应的谐振频段为5.43GHz-5.9GHz。在其他实施方式中，所述第一偶极天线振子4和第二偶极天线振子5将5.1GHz-5.9GHz频段进行任意比例分段谐振。如所述第一偶极天线振子4对应的谐振频段为5.1GHz-5.39GHz；第二偶极天线振子5对应的谐振频段为5.4GHz-5.9GHz。

介质基板3的设计：

为了降低天线单元的能量损耗，提高整个天线的性能，采用低介电常数低损耗的介质基板，所述介质基板3在1GHz频率下工作，具有≤4.0的标称介电常数和≤0.008的电损耗正切量。所述介质基板包括玻纤布、环氧树脂及包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物。所述介质基板第一类实施方式如下：

所述介质基板制作工艺如下：首先，提供一浸润溶液包括：第一组份，包含有环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。其中第一组份和第二组份按照一定比例配置混合。

所述浸润溶液经过搅拌后、将所述一玻纤布浸润所述浸润溶液中使第一组份与第二组份吸附在玻纤布中或者表面上；然后烘拷所述玻纤布使所述一种或者多种溶剂挥发，并使第一组份与第二组份相互化合交联形成半固化片或者固化片。半固化片是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较低环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的软性混合物。固化物是指将吸附第一组份与第二组份的玻纤布在烘拷温度相对较高环境中，第一组份包含环氧树脂与第二组份包含化合物部分发生化合交联反应的相对较硬的混合物。

在本实施方式中，所述浸润过的玻纤布通过低温烘烤形成半固化物(呈片状)，然后所述半固化物剪裁成剪裁片，根据厚度需要将所述多片剪裁片叠合并进行热压成本实施所述的多层介质基板(即多层层压板或片)。

在具体的实施例中，所述第二组份的化合物可选用包含由极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，如苯乙烯马来酸酐共聚物。可以理解的是，可以与环氧树脂发生化合交联反应的共聚物均可用于本实施方式的配方成份。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、8个苯乙烯或者任意个数。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合，从而使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合。

在具体的实施例中，通过加入一定的促进剂促使上述浸润溶液200-400秒时间内胶化(选用胶化环境温度171℃)，其中促进上述浸润溶液胶化时间260秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较好。所述促进剂可选用包括但不限于叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述两种以上溶剂之间混合形成的混合溶剂。

在另一实施例中，所述浸润溶液包括：第一组份，包含环氧树脂；第二组份，包含与所述环氧树脂发生交联反应的化合物；及一种或者多种溶剂。所述第二组份的化合物选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。其中所述氰酸酯预聚体浓度75％。促进剂选用二甲基咪唑；所述溶剂选用丁酮。该实施方式浸润溶液具体配方如下表：

在上述配方中同时加入了苯乙烯马来酸酐共聚物和氰酸酯预聚体，两者均与环氧树脂均能发生化合交联反应。

第二类实施方式如下：

在本发明第二类实施方式中，所述低介电常数低损耗的介质基板制造过程还包括如下工艺：首先，将第二组份包含与所述环氧树脂发生交联的反应的化合物与所述环氧树脂按照官能值的比例进行配制，然后加入一定量的溶剂配成溶液。在具体的实施例中，所述化合物包含极性高分子与非极性高分子化合的共聚物，其中较佳实施例的共聚物可以选用苯乙烯马来酸酐共聚物。所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物混合工艺采用常规设备进行加工，如普通搅拌桶以及反应釜使环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物均匀混合。其中本实施方式的苯乙烯马来酸酐共聚物，其分子式如下：

在上述苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含4个苯乙烯。在其他实施方式中，可以选择相应分子量，如苯乙烯马来酸酐共聚物分子式中包含6、或8个苯乙烯。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

在其他的实施例中，所述第二组份的化合物还可以选用氰酸酯预聚体或者选用苯乙烯马来酸酐共聚物与氰酸酯预聚体按照任意比例混合的混合物。

在具体的实施例中，使所述溶液中的环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物在一定条件下能进行化合交联反应，发生化合交联反应后依附于所述玻纤布，从而形成本发明的介质基板。

所述一种或者多种溶剂可以选用包括但不限于丙酮、丁酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇甲醚、甲苯中任意一种或上述之间混合溶剂。

所述溶液一具体实施例各种成分比例如下表：

上述溶液配方包括环氧树脂、苯乙烯马来酸酐共聚物、氰酸酯预聚体、促进剂二甲基咪唑及一种溶剂丁酮。在上述配方中同时加入了苯乙烯马来酸酐共聚物和氰酸酯预聚体，两者均与环氧树脂能化合交联。

然后，从上述溶液中提取所述少量测试样本，在某一特定温度环境测试所述溶液胶化时间，通过添加促进剂来调节所述溶液在该定温度环境胶化时间。可以通过加入一种或多种促进剂促使上述溶液在200-400秒时间内胶化，其中所述某一特定温度环境可是单一一温度值或者一选定的特定温度范围，在本实施方式，通过设定在171摄氏度环境进行胶化时间，使得上述溶液在胶化时间260秒左右(如258-260秒、或250-270秒等)效果较佳。所述促进剂可选用包括但不限于选用叔胺类，咪唑类以及三氟化硼单乙胺中的任意一类或他们之间混合物。

第三步，当上述测试样本在200-400秒时间范围内胶化时，将玻纤布在所述溶液中浸润后取出烘干，形成组合物。在该具体步骤中，将玻纤布浸入溶液中充分浸润保证所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物吸附在玻纤布中或者表面上，然后浸入溶液的玻璃布通过悬挂于鼓风干燥箱在180℃烘烤5分钟左右，目的就是将溶剂丁酮充分挥发，并且使得所述环氧树脂与苯乙烯马来酸酐共聚物化合交联反应，玻璃布与所述化合交联反应的产物制得半固化组合物。可以理解的是，延长烘烤时间和或提高烘烤温度，即可形成固化组合物。一般大量工业生产采用垂直上胶机中浸胶子系统和烘箱子系统中完成。

最后，将烘干的化组合物与导电箔进行压合。在该具体步骤中，将烘干的化组合物(半固化板或半固化片)与导电箔在真空热压机中压合。所述导电箔选用包含铜、银、金、铝或上述材料合金材料等制得的导电材料。由于铜材料的价格相对较低，因此选用铜制成的导电箔适用产业化。

请参阅图6，参差驻波合成对偶极振子天线的S11仿真参数图。具体来看，所述参差驻波合成对偶极振子天线从频率为5.1GHz-5.9GHz频段均有很好参数性能。具体参见下述表格：

频点	频率(GHz)	驻波比	频点	频率(GHz)	驻波比
						m1	5.5000	1.5694	m4	6.0000	2.9096
m2	5.2000	1.3790	m5	5.8500	1.6709
						m3	5.1000	1.5084	m6	5.9000	2.2858

在本发明中，通过将使用两对偶极天线振子将传统谐振的频段相对带宽是10％提升谐振的频段相对带宽接近20％；进一步将两对偶极天线振子分别设置低损耗介质基板相对两表面，在有限空间的多振子阵列的振子间耦合影响大大降低，在提升天线或系统的频段相对带宽的同时，保持天线的体积不变。另外，双偶极天线(或变形的偶极振子)的长度以实现频段接近，合成驻波能形成宽带内的驻波平坦。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，差驻波合成对偶极振子天线包括：

一介质基板，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

一第一偶极天线振子和一第二偶极天线振子，设置于所述介质基板的第一表面和第二表面上；

一馈电结构，包括第一导电部、第二导电部及一对导电柱，所述第一导电部和第二导电部分别电连接一导电柱，每一导电柱同时与第一偶极天线振子的其中之一振子和第二偶极天线振子的其中之一振子电连接。

2.根据权利要求1所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.008的电损耗正切量。

3.根据权利要求2所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述差驻波合成对偶极振子天线还包括一同轴信号线，同轴信号线的外导体电连接于所述第一导电部；同轴信号线内导体电连接于所述第二导电部。

4.根据权利要求3所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述第一偶极天线振子设置于第一表面上；所述第二偶极天线振子设置于第二表面上。

5.根据权利要求4所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述第一偶极天线振子呈“T”字状，且轴对称地分布于所述第一表面；所述第二偶极天线振子呈“山”字状，且轴对称地分布于所述第二表面。

6.根据权利要求5所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述第一偶极天线振子和所述第二偶极天线振子为变形的偶极天线振子。

7.根据权利要求6所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述第一偶极天线振子设置于第一表面上；所述第二偶极天线振子设置于第二表面上。

8.根据权利要求7所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述第一导电部和第二导电部设置于所述第二表面。

9.根据权利要求8所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述第一导电部和第二导电部分别设置于介质基板上的相对的两表面上。

10.根据权利要求9所述的差驻波合成对偶极振子天线，其特征在于，所述参差驻波合成对偶极振子天线谐振频率为5.1GHz-5.9GHz，其中所述第一偶极天线振子和第二偶极天线振子将5.1GHz-5.9GHz频段进行任意比例分段谐振。

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