CN104638352A - 超宽带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带贴片天线，包括介质基板，所述介质基板上层设有多个贴片天线单元和至少一个低通滤波器，相邻的贴片天线单元通过低通滤波器相连，所述低通滤波器的截止频率小于所述贴片天线单元的谐振频率。本发明能大幅提高天线的带宽，同时保持较低的天线厚度。

Description

超宽带贴片天线

技术领域

本发明涉及天线技术，特别是涉及一种超宽带贴片天线。

背景技术

传统的贴片天线辐射带宽较窄，随着频率的升高，贴片天线的电尺寸变大，天线的方向图会发生畸变。贴片天线的带宽BW与品质因数QT之间存在着如下关系：

$\mathrm{BW}=\frac{\mathrm{\ρ}-1}{Q_T\sqrt{\mathrm{\ρ}}}$

上式中ρ为电压驻波比，品质因数QT与介质基板的相对介电常数εr和厚度h之间存在着如下关系：

$Q_T=C\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r}{{\mathrm{\μ}}_{0}h}$

上式中C为常数，μ0为真空中的磁导率。

由上两式可得到以下关系：

$\mathrm{BW}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0(\mathrm{\ρ}-1)h}{C\sqrt{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ϵ}}_r}$

可见当介质基板的介电常数εr一定时，天线的频率带宽与介质基板的厚度呈正比。

现有技术通常通过加大介质基板的厚度来提高贴片天线的带宽，但这会使得天线的尺寸变大，重量增加，而这样的缺点也导致天线带宽的增加受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超宽带贴片天线，不用增加天线介质基板的厚度就能大幅提高天线的带宽。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超宽带贴片天线，包括介质基板，所述介质基板上层设有多个贴片天线单元和至少一个低通滤波器，相邻的贴片天线单元通过低通滤波器相连，所述低通滤波器的截止频率小于所述贴片天线单元的谐振频率。

进一步地,多个贴片天线单元排布成阵列，所述阵列的每一行中相邻的两个贴片天线单元间隔至少一个低通滤波器，所述阵列的每一列中相邻的两个贴片天线单元间隔至少一个低通滤波器。

进一步地,所述多个贴片天线单元的整体尺寸至少达到使天线在其最低工作频率下工作所需达到的最小天线尺寸。

进一步地,至少位于馈点上的贴片天线单元的尺寸不超过使天线在其最高工作频率下工作所不能超过的最大天线尺寸。

进一步地,所述多个贴片天线单元具有单一馈点或多个馈点。

进一步地,所述多个低通滤波器中有一个或多个低通滤波器的截止频率不同于其他低通滤波器的截止频率，其中位于馈点上的贴片天线单元至少连接有一个截止频率最高的低通滤波器。

进一步地,所述贴片天线单元的谐振频率为f，所述多个低通滤波器至少包括截止频率为f/2的第一截止频率低通滤波器以及截止频率为f/3的第二截止频率低通滤波器。

进一步地,包括至少一个由多个贴片天线单元阵列排布组成的阵列块，在所述阵列块中心的贴片天线单元位于馈点上，所述阵列块具有四个对称分布的方形子区块，其中，至少一个子区块中的贴片天线单元是通过第一截止频率低通滤波器相连，而所述子区块中的贴片天线单元与其他贴片天线单元以及其他贴片天线单元之间是通过第二截止频率低通滤波器相连。

进一步地,所述阵列块由9个贴片天线单元阵列排布组成。

进一步地,还包括位于所述介质基板下层的反射板。

进一步地,所述反射板为金属板。

本发明的贴片天线多个贴片天线单元，相邻的贴片天线单元通过低通滤波器相连，当在馈点输入与贴片天线单元谐振频率一致的高频信号时，由于低通滤波器的截止频率小于贴片天线单元的谐振频率，低通滤波器处于阻带，只有馈点上的贴片天线单元工作，而当在馈点输入低于或等于低通滤波器截止频率的低频信号时，低通滤波器处于通带，信号通过低通滤波器从馈点上的贴片天线单元传播到馈点周围至少一个贴片天线单元，馈点上的贴片天线单元与馈点周围的贴片天线单元共同组成一个大尺寸的贴片天线，从而使天线的有效长度始终对应天线的谐振频率，有效地拓展了贴片天线的带宽，并且本发明的贴片天线能够保持较低的天线厚度。

附图说明

图1为本发明实施例的超宽带贴片天线截面示意图；

图2为本发明实施例的超宽带贴片天线结构示意图；

图3为本发明一种具体实施例的超宽带贴片天线结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1和图2，在一些实施例中，超宽带贴片天线包括介质基板5，所述介质基板5上层设有多个贴片天线单元1，相邻的贴片天线单元1通过低通滤波器2相连，低通滤波器2的截止频率小于所述贴片天线单元1的谐振频率。如图1所示，在一些实施例中，超宽带贴片天线还可以包括位于所述介质基板5下层的反射板4，所述反射板4优选为金属板。

如图2所示，在优选的实施例中,多个贴片天线单元1排布成阵列，所述阵列的每一行中相邻的两个贴片天线单元1间隔一个低通滤波器2，所述阵列的每一列中相邻的两个贴片天线单元1间隔一个低通滤波器2。

在优选的实施例中，所述多个贴片天线单元2的整体尺寸至少达到使天线在其最低工作频率下工作所需达到的最小天线尺寸，而单个贴片天线单元2的尺寸不超过使天线在其最高工作频率下工作所不能超过的最大天线尺寸，更优选地，至少位于馈点上的贴片天线单元的尺寸不超过所述最大天线尺寸。

在优选的实施例中，在多个贴片天线单元中采用单一馈点。在另一些实施例中，贴片天线也可以具有多个馈点。

在优选的实施例中，所述多个低通滤波器中有一个或多个低通滤波器的截止频率不同于其他低通滤波器的截止频率，即多个低通滤波器有多种不同截止频率，同时，在与位于馈点上的贴片天线单元连接的低通滤波器中，至少有一个低通滤波器的截止频率是最高的。例如,在一个实施例里，贴片天线单元的谐振频率取为f，所述多个低通滤波器至少包括截止频率为f/2的第一截止频率低通滤波器以及截止频率为f/3的第二截止频率低通滤波器。

如图3所示，在一个具体实施例里，贴片天线包括至少一个由9个贴片天线单元1、12、13阵列排布组成的阵列块，在阵列块中心的贴片天线单元1位于馈点上，所述阵列块具有四个对称分布的方形子区块，其中，至少一个子区块（图中为左上子区块）的贴片天线单元1、12是通过第一截止频率低通滤波器2相连，而该子区块中的贴片天线单元1、12与其他贴片天线单元13以及其他贴片天线单元13之间是通过第二截止频率低通滤波器3相连。例如，若贴片天线单元具有谐振频率f，可选择第一截止频率低通滤波器2和第二截止频率低通滤波器3的截止频率分别为f/2、f/3。对贴片天线单元1单独馈电，当输入信号频率为f时，贴片天线单元1单独进行工作，第一截止频率低通滤波器2和第二截止频率低通滤波器3均处于断路状态，贴片天线单元12、13均不工作；当输入信号频率为f/2时，第一截止频率低通滤波器2处于通路状态，而第二截止频率低通滤波器3处于断路状态，子区块中的贴片天线单元1、12共同工作；当输入信号频率为f/3时，第一截止频率低通滤波器2和第二截止频率低通滤波器3均处于通路状态，阵列块中的贴片天线单元1、12、13共同工作。通过在馈点处的贴片天线单元周围增加贴片天线单元和低通滤波器后，贴片天线从原来的单频点谐振（f）转为多频点谐振（f，f/2，f/3），带宽明显增加。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种超宽带贴片天线，包括介质基板，其特征在于,所述介质基板上层设有多个贴片天线单元和至少一个低通滤波器，相邻的贴片天线单元通过低通滤波器相连，所述低通滤波器的截止频率小于所述贴片天线单元的谐振频率。

2.如权利要求1所述的超宽带贴片天线，其特征在于,多个贴片天线单元排布成阵列，所述阵列的每一行中相邻的两个贴片天线单元间隔至少一个低通滤波器，所述阵列的每一列中相邻的两个贴片天线单元间隔至少一个低通滤波器。

3.如权利要求1所述的超宽带贴片天线，其特征在于,所述多个贴片天线单元的整体尺寸至少达到使天线在其最低工作频率下工作所需达到的最小天线尺寸。

4.如权利要求1所述的超宽带贴片天线，其特征在于,至少位于馈点上的贴片天线单元的尺寸不超过使天线在其最高工作频率下工作所不能超过的最大天线尺寸。

5.如权利要求1所述的超宽带贴片天线，其特征在于,所述多个贴片天线单元具有单一馈点或多个馈点。

6.如权利要求1至5任一项所述的超宽带贴片天线，其特征在于,所述多个低通滤波器中有一个或多个低通滤波器的截止频率不同于其他低通滤波器的截止频率，其中位于馈点上的贴片天线单元至少连接一个截止频率最高的低通滤波器。

7.如权利要求6所述的超宽带贴片天线，其特征在于,所述贴片天线单元的谐振频率为f，所述多个低通滤波器至少包括截止频率为f/2的第一截止频率低通滤波器以及截止频率为f/3的第二截止频率低通滤波器。

8.如权利要求7所述的超宽带贴片天线，其特征在于,包括至少一个由多个贴片天线单元阵列排布组成的阵列块，在所述阵列块中心的贴片天线单元位于馈点上，所述阵列块具有四个对称分布的方形子区块，其中，至少一个子区块中的贴片天线单元是通过第一截止频率低通滤波器相连，而所述子区块中的贴片天线单元与其他贴片天线单元以及其他贴片天线单元之间是通过第二截止频率低通滤波器相连。

9.如权利要求8所述的超宽带贴片天线，其特征在于,所述阵列块由9个贴片天线单元阵列排布组成。

10.如权利要求1至5任一项所述的超宽带贴片天线，其特征在于,还包括位于所述介质基板下层的反射板。

11.如权利要求10所述的超宽带贴片天线，其特征在于,所述反射板为金属板。