CN102956961A - 平板定向天线 - Google Patents

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隆锡忠
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Abstract

本发明提供了一种平板定向天线，包括：接地层；位于所述接地层上的介质层；位于所述介质层上的信号辐射层。本发明有利于改善天线的前后比，减小体积，降低生产成本。

Description

平板定向天线
技术领域
本发明涉及超高频段的发射器和接收器天线技术，尤其涉及一种平板定向天线。
背景技术
无线通信系统已经被广泛使用，其对信号传输部件提出了较高的要求。发送和接受信号的部件需要足够小，并且易于封装在无线系统中，同时也要控制生产成本。当前主要的传输部件是传输天线。天线需要足够小，而且必须提供较高的增益并具有定向传输的能力。天线定向传输的有效性可以通过前后比(front-to-backratio)来衡量，前后比具体指的是所期望的方向的信号强度与相反方向的信号强度之比。
现有技术中，应用于无线系统中的天线前后比比较小，体积较大，而且生产成本比较高。因此，需要一种新型的天线来改善前后比、体积以及生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种平板定向天线，改善天线的前后比，减小体积，降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种平板定向天线，包括：
接地层；
位于所述接地层上的介质层；
位于所述介质层上的信号辐射层。
可选地，所述介质层为叠层结构。
可选地，所述介质层的材料为FR4绝缘材料、特氟龙(teflon)、陶瓷或其叠层结构。
可选地，所述接地层的平面形状为圆形，其直径大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。
可选地，所述接地层的平面形状为矩形或正方形，其最小边长大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。
可选地，所述信号辐射层的平面面积小于所述接地层的平面面积。
可选地，所述信号辐射层的平面形状为圆形、矩形或正方形。
可选地，所述信号辐射层的平面形状为矩形或正方形，所述信号辐射层的一个顶角和/或其对角具有切角。
可选地，所述平板定向天线还包括同轴(SMA)连接器，其外壳与所述接地层电连接，其中心馈线穿过所述接地层和介质层与所述信号辐射层电连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的平板定向天线包括接地层，位于接地层上的介质层和位于介质层上的信号辐射层，其中介质层可以是多层叠层结构，具有良好的前后比，体积较小，而且由于介质层可以采用通常的PCB板中所使用的绝缘板来形成，因而生产成本也比较低。
进一步地，本发明实施例中的平板定向天线的接地层的平面形状为圆形，其直径大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4；或者接地层的平面形状为矩形或正方形，其最小边长大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4，使得接地层称为良好的反射面，将信号辐射层发出的信号反射回去，有利于改善前后比。
附图说明
图1是本发明实施例的平板定向天线的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的平板定向天线的俯视图；
图3是本发明实施例的平板定向天线的剖面结构示意图；
图4是本发明实施例的平板定向天线的参数S11的对数曲线图；
图5是本发明实施例的平板定向天线的参数S11的Smith图；
图6是本发明实施例的平板定向天线的参数S11的相位曲线图；
图7是本发明实施例的平板定向天线的参数S11的延迟曲线图；
图8是本发明实施例的平板定向天线的参数S11的极坐标(Polar)图；
图9是本发明实施例的平板定向天线的参数S 11的驻波比(SWR)图。
具体实施方式
现有技术中的天线比比较小，体积较大，而且生产成本比较高。
本发明实施例的平板定向天线包括接地层，位于接地层上的介质层和位于介质层上的信号辐射层，其中介质层可以是多层叠层结构，具有良好的前后比，体积较小，而且由于介质层可以采用通常的PCB板中所使用的绝缘板来形成，因而生产成本也比较低。
进一步地，本发明实施例中的平板定向天线的接地层的平面形状为圆形，其直径大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4；或者接地层的平面形状为矩形或正方形，其最小边长大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4，使得接地层称为良好的反射面，将信号辐射层发出的信号反射回去，有利于改善前后比。
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1示出了本实施例的平板定向天线的立体图，图2是对应的俯视图，图3是对应的剖面结构示意图，本实施例的平板定向天线包括：接地层50；位于接地层50上的介质层30；位于介质层30上的信号辐射层20。此外，还包括SMA连接器40，其外壳与接地层50电连接，其中心馈线穿过接地层50和介质层30与信号辐射层20电连接。
具体的，本实施例中介质层30是叠层结构，由多个绝缘层堆叠而成，各个绝缘层的材料可以相同，也可以不同，具体的，可选的材料有FR4绝缘材料、特氟龙、陶瓷或本领域技术人员公知的其他绝缘材料等。本实施例中具体采用的多层堆叠的FR4绝缘材料，该材料是PCB板中常用的材料，有利于降低生产成本。此外，组成介质层30的各个绝缘层的厚度可以相同，也可以不同。
接地层50和信号辐射层的材料都是导电材料，如金属铜等。
接地层50可以将信号辐射层20辐射出的电磁波反射，从而改善整个平板定向天线的前后比。本实施例中在信号辐射层20和接地层50之间加入了介质层30，由于电磁波在介质层30内部的运行速度比在空气中运行的速度小，因而可以使得电磁波产生类似折射的效果，因此所需要的接地层50的面积可以减小，有利于缩减天线的整体体积。总体而言，在其他参数确定的情况下，介质层30的厚度越厚，则整个平板定向天线的尺寸就越小。
作为一个优选的实施例，信号辐射层20的平面面积小于接地层50的平面面积，接地层50的平面特征尺寸大于等于整个平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。接地层50的平面特征尺寸具体指的是，如果接地层50的平面形状为圆形(介质层30和信号辐射层20的形状可以是圆形或矩形等其他形状)，则其直径不小于平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4；如果接地层50的平面形状是矩形或正方形(介质层30和信号辐射层20的形状可以采用与接地层50相同或不同的形状)，则其最小边长大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。
信号辐射层20、介质层30和接地层50的平面形状可以都相同，也可以不全相同，其可选的平面形状包括正方形、长方形、圆形等，本实施例中三者的平面形状都相同，所采用的都是正方形。信号辐射层20的平面形状可以是圆形、矩形或正方形，当其形状采用矩形或正方形时，它的一个顶角和/或该顶角的对角可以具有切角。
具体的，本实施例的平板定向天线的工作频率是915MHz，介质层30和接地层50的平面形状大小相一致，其边长都是120mm；信号辐射层20的平面形状为较小的正方形，其边长为79mm，优选地，其顶角20a及顶角20a的对角20b具有切角(corner cut)，有利于展宽整个天线的带宽；信号辐射层20、介质层30和接地层50的总厚度为2Imm。当然，在其他具体实施例中，也可以是20a和20b之外的其他两个顶角具有切角。
SMA连接器40可以用于与信号传输电缆连接，将外部输入的射频信号输入至信号辐射层20进行发射。根据实际应用的需要，SMA连接器40可以是50或75欧姆，根据不同的阻抗要求，SMA连接器40的中心馈线可以处于信号辐射层20的不同位置上。
发明人经过实际的测量计算，本实施例的平板定向天线的前后比可以达到18～20dB，增益约为6dBi。此外，发明人对本实施例的平板定向天线进行了实测，图4是参数S11的对数曲线图，图5是参数S11的史密斯圆图，图6是参数S11的相位曲线图，图7是参数S11的延迟曲线图，图8是参数S11的Polar图，图9是参数S11的SWR图。具体的，图4的横坐标为频率，纵坐标为参数S11的对数值，图6的横坐标为频率，纵坐标为参数S11的相位；图7的横坐标为频率，纵坐标为参数S11的延迟时间(图7中单位n表示纳秒)；图9的横坐标为频率，纵坐标为驻波比的值。
需要说明的是，虽然本实施例的平板定向天线的工作频率是915MHz，但是，在其他具体实施例中，可以根据实际应用的需要，对信号辐射层、介质层和接地层的尺寸进行调节，以适应所期望的工作频率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种平板定向天线，其特征在于，包括：
接地层；
位于所述接地层上的介质层；
位于所述介质层上的信号辐射层。
2.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述介质层为叠层结构。
3.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述介质层的材料为FR4绝缘材料、特氟龙、陶瓷或其叠层结构。
4.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述接地层的平面形状为圆形，其直径大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。
5.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述接地层的平面形状为矩形或正方形，其最小边长大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。
6.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述接地层、介质层和信号辐射层的平面形状相同，为圆形，矩形或正方形，其直径或最小边长大于等于所述平板定向天线的工作频率所对应的波长的1/4。
7.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述信号辐射层的平面面积小于所述接地层的平面面积。
8.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述信号辐射层的平面形状为圆形、矩形或正方形。
9.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，所述信号辐射层的平面形状为矩形或正方形，所述信号辐射层的一个顶角和/或其对角具有切角。
10.根据权利要求1所述的平板定向天线，其特征在于，还包括同轴连接器，其外壳与所述接地层电连接，其中心馈线穿过所述接地层和介质层与所述信号辐射层电连接。
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