CN104466366A - 双向辐射微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种双向辐射微带天线，包括：导电顶层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电顶层介质的上面；馈电层，设置在所述双向辐射微带天线中的第二非导电顶层介质的下面；导电底层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电底层介质的下面，并且设置带缝隙导电顶层地和带缝隙导电底层地。一路激励信号进入馈电层，激励导电顶层贴片和导电底层贴片，使单个微带天线实现双向辐射的功能，且易于得到各种极化的电磁波和所需要的方向图，集成度高。

Description

双向辐射微带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双向辐射微带天线。

背景技术

天线作为通信系统中无线电设备的一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响无线电设备的性能。微带天线是做在带有金属基板的介质基片上，在实际使用中介质基片的相对介电常数一般为2.5左右，贴片导体选用铜或金等导电物质，并把辐射贴片单元做成规则的几何形状。

与常规的微波天线相比，微带天线的一些主要优点是：重量轻、体积小、剖面薄，可以做成共形天线；制造简单、成本低，易于大量生产；容易实现双频、多频段工作等。微带天线适合于组合式设计(固体器件，如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上)；馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。因而，在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用。

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别技术）技术，是无线通讯领域中的一个分支，主要包括读写器、电子标签、系统软件等三部分组成，其工作原理是读写器通过读写器天线来发射和接收电磁波，读取附着在物品上的电子标签内部数据信息，并将数据传递到计算机或者后台系统，从而实现对物品的数据收集和管理。RFID应用范围较广，在多通道门禁系统如图书馆、商场、档案馆等，超高频RFID可实现书籍、物品或者档案的管理。在此类系统中，读写器天线多采用微带天线，实现对电磁信号的发射和接收。传统微带天线多为定向天线，在多通道门禁中，通过在两个门的公共端架设两个天线的方式，实现双向辐射。

上述现有技术中的微带天线的缺点为：目前的微带天线，最大辐射方向在天线一侧，并未实现双向辐射。如果想实现双向辐射，往往需要使用两套微带天线，增加了空间和成本，且操作起来不方便，结构相对复杂。

发明内容

本发明的实施例提供了一种双向辐射微带天线，以实现通过微带天线自身结构完成双向辐射的工作特点。

一种双向辐射微带天线，其特征在于，包括：

导电顶层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电顶层介质的上面；

馈电层，设置在所述双向辐射微带天线中的第二非导电顶层介质的下面；

导电底层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电底层介质的下面。

所述第一非导电顶层介质下方设置有带缝隙导电顶层地，所述带缝隙导电顶层地的下方设置有第二非导电顶层介质。

所述第一非导电底层介质上方设置有带缝隙导电底层地，所述带缝隙导电底层地的上方设置有第二非导电底层介质。

所述导电顶层贴片或导电底层贴片的形状为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形。

所述导电顶层贴片或导电底层贴片为引入几何微扰的贴片。

所述缝隙的形状为矩形、圆形、椭圆形、正方形、三角形、菱形。

所述缝隙的数量可以为一个或者正交的两个。

所述馈电层为微带线馈电、T型功分器、3dB电桥或者威尔金森功分器。

所述带缝隙导电顶层地和所述带缝隙导电底层地通过具备导电性质的过孔或者柱相连。

多个所述双向辐射微带天线组成双向辐射天线阵形式。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过将微带天线结构设置为：导电顶层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电顶层介质的上面；馈电层，设置在所述双向辐射微带天线中的第二非导电顶层介质的下面；导电底层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电底层介质的下面，并且设置带缝隙导电顶层地和带缝隙导电底层地。实现了电性能多样化，使单个微带天线实现可以双向辐射的功能，易于得到各种极化的电磁波和所需要的方向图，集成度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的单缝隙耦合双向辐射微带天线的分解结构示意图，图中，导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，缝隙131，第二非导电顶层介质14，过孔141，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，缝隙171，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19；

图2为本发明实施例一提供的单缝隙耦合双向辐射微带天线的组合剖面示意图，图中，导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，缝隙131，第二非导电顶层介质14，连接柱142，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，缝隙171，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19；

图3为本发明实施例一提供的单缝隙耦合双向辐射微带天线的各部件示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图10，导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，缝隙131，第二非导电顶层介质14，过孔141，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，缝隙171，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19；

图4为本发明实施例二提供的双缝隙耦合双向辐射微带天线的各部件示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图20，导电顶层贴片21，非导电顶层介质22，带缝隙导电顶层地23，缝隙231，缝隙232，导电顶层介质24，过孔241，馈电层25，导电底层介质26，过孔261，带缝隙导电底层地27，缝隙271，缝隙272，非导电底层介质28，导电底层贴片29；

图5为本发明实施例三提供的双向辐射微带天线的结构示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图30，馈电层31；

图6为本发明实施例四提供的双向辐射微带天线的结构示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图40，馈电层41。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本实施例提供一种双向辐射微带天线，包括：导电顶层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电顶层介质的上面；馈电层，设置在所述双向辐射微带天线中的第二非导电顶层介质的下面；导电底层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电底层介质的下面。

带缝隙导电顶层地设置在所述第一非导电顶层介质下方，所述带缝隙导电顶层地的下方设置有第二非导电顶层介质。带缝隙导电底层地设置在所述第一非导电底层介质上方，所述带缝隙导电底层地的上方设置有第二非导电底层介质。一路激励信号进入馈电层，激励导电顶层贴片和导电底层贴片，以实现通过单个双向辐射微带天线单元实现双向辐射的功能。

图1为本发明实施例一提供的单缝隙耦合双向辐射微带天线的分解结构示意图，图中，导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，缝隙131，第二非导电顶层介质14，过孔141，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，缝隙171，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19。

图2为本发明实施例一提供的单缝隙耦合双向辐射微带天线的组合剖面示意图，图中，导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，缝隙131，第二非导电顶层介质14，连接柱142，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，缝隙171，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19。

图3为本发明实施例一提供的单缝隙双向辐射微带天线的各部件示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图10，导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，缝隙131，第二非导电顶层介质14，过孔141，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，缝隙171，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19。

图1，图2，图3所示，本实施例中的双向辐射微带天线从上到下的结构为：导电顶层贴片11，第一非导电顶层介质12，带缝隙导电顶层地13，第二非导电顶层介质14，馈电层15，第二非导电底层介质16，带缝隙导电底层地17，第一非导电底层介质18，导电底层贴片19。上述带缝隙导电顶层地13上带有缝隙131，带缝隙导电底层地17上带有缝隙171，并且上述带缝隙导电顶层地13和带缝隙导电底层地17通过过孔141或者连接柱142连接。本设计中的馈电层15也可以为馈电网络，而同时激励两个导电顶层贴片11和导电底层贴片19，分别在导电顶层贴片11和导电底层贴片19方向形成易于控制的方向图。所述馈电层15可以为微带线馈电、T型功分器、3dB电桥或者威尔金森功分器。

导电顶层贴片11和导电底层贴片19，为微带天线辐射主体。导电顶层贴片11的尺寸主要由工作的频段、第一非导电顶层介质12的厚度和介电常数等决定，导电底层贴片19的尺寸主要由工作的频段、第一非导电底层介质18的厚度和介电常数等决定。导电顶层贴片11和导电底层贴片19，可为多层导电材料，形状可为矩形、圆形、椭圆形、正方形、三角形、菱形或其他形状，同时导电顶层贴片11和导电底层贴片19可以通过切角等几何微扰方式实现天线的圆极化。

第一非导电顶层介质12和第一非导电底层介质18的介电常数和厚度还会影响天线的整体尺寸和工作带宽，其介质损耗影响天线的整体增益，其材料可为空气或非导电介质板材等。缝隙131和缝隙171的宽度和长度将直接影响双向辐射微带天线的输入阻抗实部部分以及电磁耦合强度和后瓣大小。上述缝隙131和缝隙171的形状为矩形、圆形、椭圆形、正方形、三角形、菱形。

馈电层15中，在馈电层15起始端馈入信号时候，馈电层15将信号行至馈线末端，通过缝隙131和缝隙171分别同时耦合激励导电顶层贴片11和导电底层贴片19。馈电层的15的馈线宽度，可根据双向辐射微带天线的输入阻抗、结构、第二非导电顶层14和第二非导电底层介质16的介电常数、介质厚度计算得出；馈电层15的馈线末端开路长度，影响双向辐射微带天线的输入阻抗虚部部分。第二非导电顶层介质14和第二非导电底层介质16的厚度介电常数、介质损耗还决定馈电层15的损耗。带缝隙导电顶层地13和带缝隙导电底层地17通过具备导电性质的过孔141或者连接柱142连接，实现两个地的等电位。

图4为本发明实施例二提供的双缝隙双向辐射微带天线的各部件示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图20，导电顶层贴片21，非导电顶层介质22，带缝隙导电顶层地23，缝隙231，缝隙232，导电顶层介质24，过孔241，馈电层25，导电底层介质26，过孔261，带缝隙导电底层地27，缝隙271，缝隙272，非导电底层介质28，导电底层贴片29。

图4所示，20为双缝隙耦合双向辐射微带天线的俯视图，该结构从上到下的结构依次为：导电顶层贴片21，非导电顶层介质22，带缝隙导电顶层地23，导电顶层介质24，馈电层25，导电底层介质26，带缝隙导电底层地27，非导电底层介质28，导电底层贴片29，上述带缝隙导电顶层地23上带有缝隙231和缝隙232，导电顶层介质24上带有过孔241，导电底层介质26上带有过孔261，带缝隙导电底层地27上带有缝隙271和缝隙272。

上述导电顶层贴片21和导电底层贴片29的形状为方形、圆形或者其他形状，结构可以为多层金属等导电性质体结构。带缝隙导电顶层地23有两个正交的缝隙，缝隙231和缝隙232，带缝隙导电底层地27上有两个正交的缝隙，缝隙271和缝隙272。馈电层25的馈线网络由一个T型功率分配器构成，激励信号从T型分配器的输入端251进入，能量等分，二分之一强度信号进入T型分配器的左臂252，另二分之一强度信号进入T型分配器的右臂253；右臂253比左臂252长四分之一波长的电长度，这样在两个端口，端口252和端口253形成两个等幅，并且相位相差90度的信号。

一方面T型分配器端口252和端口253两个信号通过带缝隙导电顶层地23中的两个缝隙，缝隙231和缝隙232激励导电顶层贴片21，从而形成向上辐射的圆极化电磁波；另一方面T型分配器端口252和253两个信号通过带缝隙导电底层地27中的两个缝隙，缝隙271和缝隙272激励导电底层贴片29，从而形成向上和向下辐射的圆极化电磁波。

馈电网络层中馈电网络也可由其他实现方式，如3dB电桥、威尔金森功分器，图5为本发明实施例三提供的双向辐射微带天线的结构示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图30，馈电层31。在馈线输入端口输入信号，在两个输出端口形成幅度相等相位相差90度的信号分量。馈电层为威尔金森功分器，其它层的结构和原理和上述实施例二中相同，故不再加以赘述。

图6为本发明实施例四提供的双向辐射微带天线的结构示意图，图中，双向辐射微带天线的俯视图40，馈电层41。馈电层为3dB电桥，其它层的结构和原理和上述实施例二中相同，故不再加以赘述。

本领域技术人员应能理解上述双向辐射微带天线的组合类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的双向辐射微带天线的组合类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

综上所述，本发明实施例通过将微带天线结构设置为：导电顶层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电顶层介质的上面；馈电层，设置在所述双向辐射微带天线中的第二非导电顶层介质的下面；导电底层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电底层介质的下面，并且设置带缝隙导电顶层地和带缝隙导电底层地。使单个微带天线实现可以双向辐射的功能，易于得到各种极化的电磁波和所需要的方向图，集成度高，且多个所述双向辐射微带天线可以组成双向辐射天线阵形式，实现了电性能多样化，辐射范围更广。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双向辐射微带天线，其特征在于，包括：

导电顶层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电顶层介质的上面；

馈电层，设置在所述双向辐射微带天线中的第二非导电顶层介质的下面；

导电底层贴片，设置在所述双向辐射微带天线中的第一非导电底层介质的下面。

2.根据权利要求1所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述第一非导电顶层介质下方设置有带缝隙导电顶层地，所述带缝隙导电顶层地的下方设置有第二非导电顶层介质。

3.根据权利要求2所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述第一非导电底层介质上方设置有带缝隙导电底层地，所述带缝隙导电底层地的上方设置有第二非导电底层介质。

4.根据权利要求1所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述导电顶层贴片或导电底层贴片的形状为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形。

5.根据权利要求4所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述导电顶层贴片或导电底层贴片为引入几何微扰的贴片。

6.根据权利要求3所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述缝隙的形状为矩形、圆形、椭圆形、正方形、三角形、菱形。

7.根据权利要求6所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述缝隙的数量可以为一个或者正交的两个。

8.根据权利要求5所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述馈电层为微带线馈电、T型功分器、3dB电桥或者威尔金森功分器。

9.根据权利要求3所述的双向辐射微带天线，其特征在于，所述带缝隙导电顶层地和所述带缝隙导电底层地通过具备导电性质的过孔或者柱相连。

10.根据权利要求1至9任一项所述的双向辐射微带天线，其特征在于，多个所述双向辐射微带天线组成双向辐射天线阵形式。