CN104953263A - 无线电天线设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线中的一种无线电天线设备。本发明提供了一种无线电天线设备，包括金属微带贴片、金属接地板和位于所述金属微带贴片、金属接地板之间的介质板，介质板设有连接所述金属微带贴片、金属接地板的金属化孔，金属微带贴片为方形，金属微带贴片的四个角分别设有沿其对角线方向延伸设置的第一矩形槽孔、第二矩形槽孔、第三矩形槽孔和第四矩形槽孔。本发明的有益效果是：可激励出两个相互垂直，幅度相等并且相位相差近似90度的表面电流，从而产生圆极化波，能够在两个相邻的频点都激励出圆极化波，从而在保证小型化的同时，还大幅增加了工作带宽，提高了天线的性能，并降低了在实际应用中的调试难度。

Description

无线电天线设备

【技术领域】

本发明涉及天线，尤其涉及天线中的一种无线电天线设备。

【背景技术】

近年来，随着卫星定位通信系统（如GPS，北斗）的快速发展，圆极化贴片天线得到越来越多的关注。圆极化贴片天线具有尺寸小、重量轻、低剖面、易于加工、对天气环境适用性强等特点。而随着无线通信终端设备的体积不断变小，对天线的尺寸也有更高要求。为此，设计人员提出了很多方案来实现天线的小型化。对于圆极化贴片天线来说，实现小型化的主要方法有两种，第一：通过在贴片上挖各种形状的槽来减小天线的尺寸。第二：将贴片覆在高介电常数的材料（如陶瓷）上来减小天线的尺寸。

虽然这些方法能够有效的减小圆极化贴片天线的尺寸，却使得圆极化贴片天线的工作带宽变得很窄，从而影响了天线的性能并增加了在实际应用中的调试难度。

【发明内容】                                                              

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种无线电天线设备。

本发明提供了一种无线电天线设备，包括金属微带贴片、金属接地板和位于所述金属微带贴片、金属接地板之间的介质板，所述介质板设有连接所述金属微带贴片、金属接地板的金属化孔，所述金属微带贴片为方形，所述金属微带贴片的四个角分别设有沿其对角线方向延伸设置的第一矩形槽孔、第二矩形槽孔、第三矩形槽孔和第四矩形槽孔，所述金属微带贴片设有将其一分为二的第五矩形槽孔，通过所述第五矩形槽孔将所述金属微带贴片分为第一金属微带贴片和第二金属微带贴片，其中，所述第一矩形槽孔、第二矩形槽孔位于所述第一金属微带贴片上，所述第一矩形槽孔、第二矩形槽孔的夹角为90度，所述第三矩形槽孔、第四矩形槽孔位于所述第二金属微带贴片上，所述第三矩形槽孔、第四矩形槽孔的夹角为90度，所述第一金属微带贴片位于所述第一矩形槽孔的位置处延伸有第一短截线，所述第一金属微带贴片位于所述第二矩形槽孔的位置处延伸有第二短截线，所述第二金属微带贴片位于所述第三矩形槽孔的位置处延伸有第三短截线，所述第二金属微带贴片位于所述第四矩形槽孔的位置处延伸有第四短截线。

作为本发明的进一步改进，所述第一短截线、第二短截线、第三短截线和第四短截线的长度各不相等，其中，所述第一短截线的长度大于所述第二短截线的长度，所述第三短截线的长度大于所述第四短截线的长度。

作为本发明的进一步改进，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述第一短截线包括于所述第一矩形槽孔的位置处分别向所述第一金属微带贴片的两边延伸的第一矩形金属尾状物和第二矩形金属尾状物，所述第一矩形金属尾状物的长度为L1，所述第二矩形金属尾状物的长度为L2，其中，L1=L2=0.4～0.8L。

作为本发明的进一步改进，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述第二短截线包括于所述第二矩形槽孔的位置处分别向所述第一金属微带贴片的两边延伸的第三矩形金属尾状物和第四矩形金属尾状物，所述第三矩形金属尾状物的长度为L3，所述第四矩形金属尾状物的长度为L4，其中，L3=L4<0.3L。

作为本发明的进一步改进，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述第三短截线包括于所述第三矩形槽孔的位置处分别向所述第二金属微带贴片的两边延伸的第五矩形金属尾状物和第六矩形金属尾状物，所述第五矩形金属尾状物的长度为L5，所述第六矩形金属尾状物的长度为L6，其中，L5=L6=0.25L。

作为本发明的进一步改进，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述第四短截线包括于所述第四矩形槽孔的位置处分别向所述第二金属微带贴片的两边延伸的第七矩形金属尾状物和第八矩形金属尾状物，所述第七矩形金属尾状物的长度为L7，所述第八矩形金属尾状物的长度为L8，其中，L7= 0.4～0.7L，L8= 0.15～0.5L。

作为本发明的进一步改进，所述金属接地板为方形，所述金属接地板的边长大于所述金属微带贴片的边长，所述金属接地板设有第六矩形槽孔，所述第六矩形槽孔位于所述第五矩形槽孔的正下方，所述第一金属微带贴片与所述第二金属微带贴片沿所述第五矩形槽孔对称设置。

作为本发明的进一步改进，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述金属接地板为正方形，其边长为G，所述第六矩形槽孔的槽长为L12，其中，G>L，L12= 0.8～1.2L。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属微带贴片上设有同轴馈点，所述金属接地板上设有同轴接线口，所述金属化孔位于所述第一金属微带贴片上的孔口为第一矩形金属化孔口，所述金属化孔位于所述金属接地板上的孔口为第二矩形金属化孔口，所述第一矩形金属化孔口与所述第一矩形槽孔、第二矩形槽孔的延长线相交，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述第一矩形金属化孔口的槽长为L9，其中，L9= 0.2～0.6L。

作为本发明的进一步改进，所述金属微带贴片为正方形，其边长为L，所述第一矩形槽孔、第二矩形槽孔、第三矩形槽孔和第四矩形槽孔沿所述金属微带贴片的对角方向的槽长均相等，并均为L13，其中，L13= 0.2～0.5L。

本发明的有益效果是：通过上述方案，可激励出两个相互垂直，幅度相等并且相位相差近似90度的表面电流，从而产生圆极化波，能够在两个相邻的频点都激励出圆极化波，从而在保证小型化的同时，还大幅增加了工作带宽，提高了天线的性能，并降低了在实际应用中的调试难度。

【附图说明】

图1是本发明一种无线电天线设备的主视图。

图2是本发明所述无线电天线设备的右视图。

图3是本发明所述无线电天线设备的后视图。

图4是本发明所述无线电天线设备的表面电流流向示意图。

图5是对本发明所述无线电天线设备进行测试的驻波比与轴比（最大辐射方向上）随频率变化曲线图。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

图1至图5中的附图标号为：金属微带贴片1；第一金属微带贴片101；第二金属微带贴片102；第五矩形槽孔103；第一矩形金属尾状物11；第二矩形金属尾状物12；第三矩形金属尾状物13；第四矩形金属尾状物14；第五矩形金属尾状物15；第六矩形金属尾状物16；第七矩形金属尾状物17；第八矩形金属尾状物18；第一矩形槽孔191；第二矩形槽孔192；第三矩形槽孔193；第四矩形槽孔194；金属化孔2；第一矩形金属化孔口21；第二矩形金属化孔口22；金属接地板3；第六矩形槽孔31；同轴馈点41；同轴接线口42；同轴线5。

如图1至图4所示，一种无线电天线设备，包括金属微带贴片1、金属接地板3和位于所述金属微带贴片1、金属接地板3之间的介质板，所述介质板可以为F4BM、FR4、CER-10、陶瓷等，所述介质板设有连接所述金属微带贴片1、金属接地板3的金属化孔2，所述金属微带贴片1为方形，所述金属接地板3也为方形，并且，所述金属接地板3的边长要大于所述金属微带贴片1的边长，其中，所述金属微带贴片1可以优选为正方形，其边长为L，所述金属接地板3可以优选为正方形，其边长为G，则G>L。

如图1至图4所示，所述金属微带贴片1的四个角分别设有沿其对角线方向延伸设置的第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192、第三矩形槽孔193和第四矩形槽孔194，即第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192、第三矩形槽孔193和第四矩形槽孔194相当于所述金属微带贴片1的二条对角线的四个端，所述金属微带贴片1设有将其一分为二的第五矩形槽孔103，通过所述第五矩形槽孔103将所述金属微带贴片1分为第一金属微带贴片101和第二金属微带贴片102，具体为，通过所述第五矩形槽孔103将正方形的所述金属微带贴片1分为矩形的第一金属微带贴片101和矩形的第二金属微带贴片102，其中，所述第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192位于所述第一金属微带贴片101上，所述第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192的夹角为90度，所述第三矩形槽孔193、第四矩形槽孔194位于所述第二金属微带贴片102上，所述第三矩形槽孔193、第四矩形槽孔194的夹角为90度，所述第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192、第三矩形槽孔193和第四矩形槽孔194沿所述金属微带贴片1的对角方向的槽长均相等，并均为L13，其中，L13= 0.2～0.5L，所述第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192、第三矩形槽孔193、第四矩形槽孔194和第五矩形槽孔103均为狭长矩形槽孔，所述第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192、第三矩形槽孔193、第四矩形槽孔194和第五矩形槽孔103的槽宽取值范围均为0.2～1毫米。

如图1至图4所示，所述第一金属微带贴片101位于所述第一矩形槽孔191的位置处延伸有第一短截线，所述第一金属微带贴片101位于所述第二矩形槽孔192的位置处延伸有第二短截线，所述第二金属微带贴片102位于所述第三矩形槽孔193的位置处延伸有第三短截线，所述第二金属微带贴片102位于所述第四矩形槽孔194的位置处延伸有第四短截线。

如图1至图4所示，所述第一短截线、第二短截线、第三短截线和第四短截线的长度各不相等，其中，所述第一短截线的长度大于所述第二短截线的长度，所述第三短截线的长度大于所述第四短截线的长度。

如图1至图4所示，所述第一短截线包括于所述第一矩形槽孔191的位置处分别向所述第一金属微带贴片101的两边延伸的第一矩形金属尾状物11和第二矩形金属尾状物12，所述第一矩形金属尾状物11与所述第一金属微带贴片101的一边相平行，所述第二矩形金属尾状物12与所述第一金属微带贴片101的另一边相平行，即，第一矩形金属尾状物11和第二矩形金属尾状物12的夹角为90度，第一矩形金属尾状物11和第二矩形金属尾状物12包裹所述第一金属微带贴片101的其中一角，所述第一矩形金属尾状物11的长度为L1，所述第二矩形金属尾状物12的长度为L2，其中，L1=L2=0.4～0.8L，第一矩形金属尾状物11和第二矩形金属尾状物12的宽度取值范围均为0.2～1毫米。

如图1至图4所示，所述第二短截线包括于所述第二矩形槽孔192的位置处分别向所述第一金属微带贴片101的两边延伸的第三矩形金属尾状物13和第四矩形金属尾状物14，所述第三矩形金属尾状物13与所述第一金属微带贴片101的一边相平行，所述第四矩形金属尾状物14与所述第一金属微带贴片101的另一边相平行，即，第三矩形金属尾状物13和第四矩形金属尾状物14的夹角为90度，第三矩形金属尾状物13和第四矩形金属尾状物14包裹所述第一金属微带贴片101的其中一角，所述第三矩形金属尾状物13的长度为L3，所述第四矩形金属尾状物14的长度为L4，其中，L3=L4<0.3L，第三矩形金属尾状物13和第四矩形金属尾状物14的宽度取值范围均为0.2～1毫米。

如图1至图4所示，所述第三短截线包括于所述第三矩形槽孔193的位置处分别向所述第二金属微带贴片102的两边延伸的第五矩形金属尾状物15和第六矩形金属尾状物16，所述第五矩形金属尾状物15与所述第二金属微带贴片102的一边相平行，所述第六矩形金属尾状物16与所述第二金属微带贴片102的另一边相平行，即，第五矩形金属尾状物15和第六矩形金属尾状物16的夹角为90度，第五矩形金属尾状物15和第六矩形金属尾状物16包裹所述第二金属微带贴片102的其中一角，所述第五矩形金属尾状物15的长度为L5，所述第六矩形金属尾状物16的长度为L6，其中，L5=L6=0.25L，第五矩形金属尾状物15和第六矩形金属尾状物16的宽度取值范围均为0.2～1毫米。

如图1至图4所示，所述第四短截线包括于所述第四矩形槽孔194的位置处分别向所述第二金属微带贴片102的两边延伸的第七矩形金属尾状物17和第八矩形金属尾状物18，所述第七矩形金属尾状物17与所述第二金属微带贴片102的一边相平行，所述第八矩形金属尾状物18与所述第二金属微带贴片102的另一边相平行，即，第七矩形金属尾状物17和第八矩形金属尾状物18的夹角为90度，第七矩形金属尾状物17和第八矩形金属尾状物18包裹所述第二金属微带贴片102的其中一角，所述第七矩形金属尾状物17的长度为L7，所述第八矩形金属尾状物18的长度为L8，其中，L7= 0.4～0.7L，L8= 0.15～0.5L，第七矩形金属尾状物17和第八矩形金属尾状物18的宽度取值范围均为0.2～1毫米，并且，本发明最优选的方案是L7=L8，但为了实现小型化的目的，使得第八矩形金属尾状物18在结构上不得不为了避让第一矩形金属尾状物11，而采用第八矩形金属尾状物18略短于第七矩形金属尾状物17的结构。

如图1至图4所示，所述金属接地板3设有第六矩形槽孔31，所述第六矩形槽孔31位于所述第五矩形槽孔103的正下方，所述第一金属微带贴片101与所述第二金属微带贴片102沿所述第五矩形槽孔103对称设置，即第五矩形槽孔103相当于所述金属微带贴片1的垂直中心线，所述第一金属微带贴片101与所述第二金属微带贴片102为形状相同的矩形，所述第一金属微带贴片101的宽度为L10，所述第二金属微带贴片102的宽度为L11，所述第六矩形槽孔31的槽长为L12，其中，L10=L11， L12= 0.8～1.2L，所述第六矩形槽孔31的槽宽取值范围为0.2～1毫米。

如图1至图4所示，所述第一金属微带贴片101上设有同轴馈点41，所述金属接地板3上设有同轴接线口42，通过所述同轴接线口42连接有50欧姆的同轴线5，所述金属化孔2位于所述第一金属微带贴片101上的孔口为第一矩形金属化孔口21，所述金属化孔2位于所述金属接地板3上的孔口为第二矩形金属化孔口22，所述第一矩形金属化孔口21与所述第一矩形槽孔191、第二矩形槽孔192的延长线相交，所述金属微带贴片1为正方形，其边长为L，所述第一矩形金属化孔口21的槽长为L9，其中，L9= 0.2～0.6L。

如图1至图4所示，本发明提供的一种无线电天线设备的工作原理为：

所述无线电天线设备的表面电流流向路径1：从金属微带贴片1的中心流向第一短截线。

所述无线电天线设备的表面电流流向路径2：从第二短截线流向金属微带贴片1的中心。

所述无线电天线设备的表面电流流向路径3：从金属微带贴片1的中心流向第三短截线。

所述无线电天线设备的表面电流流向路径4：从第四短截线流向金属微带贴片1的中心。

在第一金属微带贴片101里，沿路径1和沿路径2的表面电流相互垂直，幅度相等，并且其相位差值由第一短截线1和第二短截线的长度差值决定，通过优化第一短截线和第二短截线的长度差值，来使路径1和路径2在指定频点f1上相位相差90度，从而第一金属微带贴片101在频点f1上激励出圆极化工作模式，同理，在第二金属微带贴片102里，沿路径3和沿路径4的表面电流相互垂直，幅度相等，通过优化第三短截线和第四短截线的长度差值，来使路径3和路径4在指定频点f2上相位相差90度，从而第二金属微带贴片102在频点f2上激励出圆极化工作模式。所以，整个无线电天线设备能在两相邻频点（f1, f2, f1<f2）都激励出圆极化工作模式，从而大幅增加天线的工作带宽。

为了进一步说明本发明提供的一种无线电天线设备的工作性能，在上述结构参数的基础上，进行测试，测试结构如图5所示，图5为测试的驻波比与轴比（最大辐射方向上）随频率变化曲线图，从轴比曲线可以看出，所述无线电天线设备有两个临近的圆极化谐振点（谐振点1，谐振点2），从而拥有大约3.8%（2.560-2.660 GHz）的轴比带宽（轴比3dB）；从驻波比曲线可以看出，所述无线电天线设备的阻抗带宽（驻波比2）大约为6.8%（2.490-2.667 GHz），它覆盖了天线的轴比带宽。因此，所述无线电天线设备的工作带宽（驻波比2，轴比3dB）为3.8%（2.560-2.660 GHz），与传统的小尺寸圆极化天线相比，有明显的改善。

本发明提供的一种无线电天线设备具有以下优点：

1. 结构简单、尺寸小，易于加工，可批量生产。

2. 工作带宽有很大改进，能同时覆盖两个卫星通信频段，相比传统的小尺寸圆极化贴片天线，由于只存在一个圆极化谐振点，工作带宽很窄（一般小于1%），而本发明提供的无线电天线设备能在两相邻频点激励出两个圆极化谐振点，能大幅度的改善天线的轴比带宽，其工作带宽大约是传统圆极化贴片天线的2-3倍，可以同时接受GPS,，北斗两种卫星通信系统的信号。

3. 在结构上，对介质板以及制作工艺水平的适用性较强。由于材料偏差和制作工艺偏差会对天线的性能，特别会对工作频点产生较大影响。传统的小尺寸圆极化天线由于工作带宽窄，对这些因素所造成的误差适用性较差，对工艺的要求较高，而本发明所提出的无线电天线设备的结构，其工作带宽大约是传统圆极化贴片天线的2-3倍，所以其对介质板材料偏差和制作工艺偏差的适应性较强，即对工艺的要求较差，可有效降低成本。

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 (8)

1.一种无线电天线设备，其特征在于：包括金属微带贴片（1）、金属接地板（3）和位于所述金属微带贴片（1）、金属接地板（3）之间的介质板，所述介质板设有连接所述金属微带贴片（1）、金属接地板（3）的金属化孔（2），所述金属微带贴片（1）为方形，所述金属微带贴片（1）的四个角分别设有沿其对角线方向延伸设置的第一矩形槽孔（191）、第二矩形槽孔（192）、第三矩形槽孔（193）和第四矩形槽孔（194），所述金属微带贴片（1）设有将其一分为二的第五矩形槽孔（103），通过所述第五矩形槽孔（103）将所述金属微带贴片（1）分为第一金属微带贴片（101）和第二金属微带贴片（102），其中，所述第一矩形槽孔（191）、第二矩形槽孔（192）位于所述第一金属微带贴片（101）上，所述第一矩形槽孔（191）、第二矩形槽孔（192）的夹角为90度，所述第三矩形槽孔（193）、第四矩形槽孔（194）位于所述第二金属微带贴片（102）上，所述第三矩形槽孔（193）、第四矩形槽孔（194）的夹角为90度，所述第一金属微带贴片（101）位于所述第一矩形槽孔（191）的位置处延伸有第一短截线，所述第一金属微带贴片（101）位于所述第二矩形槽孔（192）的位置处延伸有第二短截线，所述第二金属微带贴片（102）位于所述第三矩形槽孔（193）的位置处延伸有第三短截线，所述第二金属微带贴片（102）位于所述第四矩形槽孔（194）的位置处延伸有第四短截线，所述第一短截线、第二短截线、第三短截线和第四短截线的长度各不相等，所述第一短截线的长度大于所述第二短截线的长度，所述第三短截线的长度大于所述第四短截线的长度，所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述第三短截线包括于所述第三矩形槽孔（193）的位置处分别向所述第二金属微带贴片（102）的两边延伸的第五矩形金属尾状物（15）和第六矩形金属尾状物（16），所述第五矩形金属尾状物（15）的长度为L5，所述第六矩形金属尾状物（16）的长度为L6，其中，L5=L6=0.25L。

2.根据权利要求1所述的无线电天线设备，其特征在于：所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述第一短截线包括于所述第一矩形槽孔（191）的位置处分别向所述第一金属微带贴片（101）的两边延伸的第一矩形金属尾状物（11）和第二矩形金属尾状物（12），所述第一矩形金属尾状物（11）的长度为L1，所述第二矩形金属尾状物（12）的长度为L2，其中，L1=L2=0.4～0.8L。

3.根据权利要求1所述的无线电天线设备，其特征在于：所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述第二短截线包括于所述第二矩形槽孔（192）的位置处分别向所述第一金属微带贴片（101）的两边延伸的第三矩形金属尾状物（13）和第四矩形金属尾状物（14），所述第三矩形金属尾状物（13）的长度为L3，所述第四矩形金属尾状物（14）的长度为L4，其中，L3=L4<0.3L。

4.根据权利要求1所述的无线电天线设备，其特征在于：所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述第四短截线包括于所述第四矩形槽孔（194）的位置处分别向所述第二金属微带贴片（102）的两边延伸的第七矩形金属尾状物（17）和第八矩形金属尾状物（18），所述第七矩形金属尾状物（17）的长度为L7，所述第八矩形金属尾状物（18）的长度为L8，其中，L7= 0.4～0.7L，L8= 0.15～0.5L。

5.根据权利要求1所述的无线电天线设备，其特征在于：所述金属接地板（3）为方形，所述金属接地板（3）的边长大于所述金属微带贴片（1）的边长，所述金属接地板（3）设有第六矩形槽孔（31），所述第六矩形槽孔（31）位于所述第五矩形槽孔（103）的正下方，所述第一金属微带贴片（101）与所述第二金属微带贴片（102）沿所述第五矩形槽孔（103）对称设置。

6.根据权利要求5所述的无线电天线设备，其特征在于：所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述金属接地板（3）为正方形，其边长为G，所述第六矩形槽孔（31）的槽长为L12，其中，G>L，L12= 0.8～1.2L。

7.根据权利要求1所述的无线电天线设备，其特征在于：所述第一金属微带贴片（101）上设有同轴馈点（41），所述金属接地板（3）上设有同轴接线口（43），所述金属化孔（2）位于所述第一金属微带贴片（101）上的孔口为第一矩形金属化孔口（21），所述金属化孔（2）位于所述金属接地板（3）上的孔口为第二矩形金属化孔口（22），所述第一矩形金属化孔口（21）与所述第一矩形槽孔（191）、第二矩形槽孔（192）的延长线相交，所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述第一矩形金属化孔口（21）的槽长为L9，其中，L9= 0.2～0.6L。

8.根据权利要求1所述的无线电天线设备，其特征在于：所述金属微带贴片（1）为正方形，其边长为L，所述第一矩形槽孔（191）、第二矩形槽孔（192）、第三矩形槽孔（193）和第四矩形槽孔（194）沿所述金属微带贴片（1）的对角方向的槽长均相等，并均为L13，其中，L13= 0.2～0.5L。