CN105958199A - 微带天线及微带天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种微带天线及微带天线阵列。微带天线包括第一微带天线本体、第二微带天线本体、天线输入输出接口网络和选择开关；当所述天线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第一微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第二微带天线本体断开；当所述线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第二微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第一微带天线本体断开。本发明实施例提供的微带天线可以在天线的方位面上减少一半的天线转动范围，为固定设备的结构设计和各个部件的布局提供了更大的设计便利，可以减小固定设备的体积，还可以与距离更远的移动目标进行通信，应用场景更广。

Description

微带天线及微带天线阵列

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种微带天线及微带天线阵列。

背景技术

在固定设备和移动目标（例如卫星）进行无线通信的情况下，当移动目标移动至固定设备天线的有效波束范围之外时，固定设备需要调整天线的波束指向来获得与移动目标的通信。目前这类固定设备通常采用定向天线与移动目标通信，如果要求天线波束能覆盖半球空域，则天线在方位上需要实现360°转动，在俯仰上需要实现0°~90°转动。为了满足天线的转动范围，使得固定设备的结构设计非常复杂，甚至有时为了避免天线转动过程中与其他部件发生结构上的干涉，出于折衷考虑，要么加大设备的体积，要么改变设备上其他部件的布局，改变后的部件布局很可能不是最优的布局，可能会牺牲设备的某些性能指标，或者增加结构的复杂性，导致设备成本的上升。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的上述不足，提供一种可实现双向辐射的微带天线及微带天线阵列。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种微带天线，包括第一微带天线本体、第二微带天线本体、天线输入输出接口网络和选择开关；当所述天线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第一微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第二微带天线本体断开；当所述线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第二微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第一微带天线本体断开。

根据本发明实施例，所述第一微带天线本体包括由上而下依次设置的顶层辐射贴片、顶层贴片介质、顶层贴片地面、馈电网络上层介质、顶层贴片馈电网络以及穿过所述顶层贴片介质、所述顶层贴片地面、所述馈电网络上层介质连接所述顶层辐射贴片和所述顶层贴片馈电网络的第一连接件，所述第二微带天线本体包括由上而下依次设置的底层贴片馈电网络、馈电网络下层介质、底层贴片地面、底层贴片介质、底层辐射贴片以及穿过所述馈电网络下层介质、所述底层贴片地面、所述底层贴片介质连接所述底层辐射贴片和所述底层贴片馈电网络的第二连接件。

根据本发明实施例，所述选择开关为单刀双掷开关。进一步优选的，所述单刀双掷开关为单刀双掷射频开关。

根据本发明实施例，所述第一连接件为第一探针，所述顶层贴片介质、所述顶层贴片地面、所述馈电网络上层介质分别设置有供所述第一探针穿过的第一探针过孔；和/或，所述第二连接件为第二探针，所述底层贴片介质、所述底层贴片地面、所述馈电网络下层介质分别设置有供所述第二探针穿过的第二探针过孔。

根据本发明实施例，所述顶层辐射贴片的形状为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形中的任一种，和/或，所述底层辐射贴片的形状为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形中的任一种。

根据本发明实施例，所述顶层辐射贴片为引入几何微扰的贴片，和/或，所述底层辐射贴片为引入几何微扰的贴片。

根据本发明实施例，所述顶层贴片馈电网络为带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络中的任一种，和/或，所述底层贴片馈电网络为带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络中的任一种。

一种微带天线阵列，包括至少两个上述任一所述的微带天线。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明实施例提供的微带天线可以在天线的方位面上减少一半的天线转动范围，应用于固定设备与移动目标通信以及类似的通信系统中，为固定设备的结构设计和固定设备中各个部件的布局提供了更大的设计便利，不仅可以极大地减小固定设备的体积，还可以降低固定设备的结构复杂性，降低生产成本。另一方面，还避免了第一微带天线本体和第二微带天线本体同时工作造成的功率分散，进而避免了因功率分散导致的第一微带天线本体和第二微带天线本体的传输距离受限的问题，本发明实施例提供的微带天线可以与更远距离的移动目标通信，具有更广的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的微带天线的分解结构示意图。

图2为本发明实施例提供的微带天线的侧视剖面示意图。

主要元件符号说明

顶层辐射贴片11；顶层贴片介质12；顶层贴片介质中的探针过孔121；顶层贴片馈电探针13；顶层贴片地面14；顶层贴片地面上的探针过孔141；馈电网络上层介质15；馈电网络下层介质17；底层贴片地面18；底层贴片馈电探针19；底层贴片介质110；底层辐射贴片111；馈电网络上层介质中的探针过孔151；底层贴片馈电网络161；顶层贴片馈电网络162；天线输入输出接口网络163；单刀双掷射频开关164；馈电网络下层介质中的探针过孔171；底层贴片地面上的探针过孔181；底层贴片介质中的探针过孔1101。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种微带天线，包括第一微带天线本体、第二微带天线本体、天线输入输出接口网络和选择开关，天线输入输出接口网络通过选择开关实现与第一微带天线本体或第二微带天线本体连通，通过选择开关的通断状态实现微带天线覆盖范围的切换，即，当所述天线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第一微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第二微带天线本体断开，第一微带天线本体工作，而第二微带天线本体不工作，实现一个空间预定区域信号的接收与发射；当所述线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第二微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第一微带天线本体断开，第二微带天线本体工作，而第一微带天线本体不工作，实现另一个空间预定区域信号的接收与发射。

相比于现有的定向天线，本发明实施例提供的上述微带天线可以在天线的方位面上减少一半的天线转动范围，例如，采用现有天线需要在方位面上360°的转动范围的情况，采用本发明实施例的微带天线可以使天线只转动180°即可覆盖相同的区域。本实施例提供的微带天线应用于固定设备与移动目标通信以及类似的通信系统中，为固定设备的结构设计和固定设备中各个部件的布局提供了更大的设计便利，不仅可以极大地减小固定设备的体积，还可以降低固定设备的结构复杂性，降低生产成本。

为了实现双向辐射，还可以采取另一种实施方案：一种微带天线，包括第一微带天线本体、第二微带天线本体和天线输入输出接口网络，天线输入输出接口网络同时与第一微带天线本体和第二微带天线本体连通，即，第一微带天线本体和第二微带天线本体同时工作，第一微带天线本体工作可以实现一个空间预定区域信号的接收与发射，第二微带天线本体工作可以实现另一个空间预定区域信号的接收与发射。

但是针对该方案，在实验测试时发现，采用该方案的微带天线的固定设备与移动目标进行通信时，相比于使用现有技术的定向天线，移动目标的距离更近，否则接收不到移动目标发射的信号，移动目标也不能接收固定设备发射的信号。移动目标的距离受限，即天线的使用范围受限，这对于天线而言其危害无疑是巨大的，天线的使用价值将大打折扣。

经过细致分析及多次测试，发现可能是由于第一微带天线本体和第二微带天线本体同时工作，使得单个天线本体的功率降低，才导致单个天线本体的信号传输距离缩短。因此，本发明实施例前一方案（通过选择开关实现第一微带天线本体和第二微带天线本体切换工作）的微带天线，还具有另一个意想不到的有益效果：通过选择开关实现第一微带天线本体和第二微带天线本体切换工作，即第一微带天线本体和第二微带天线本体不同时工作，避免了第一微带天线本体和第二微带天线本体同时工作造成的功率分散，进而避免了因功率分散导致的第一微带天线本体和第二微带天线本体的传输距离受限的问题，本发明实施例提供的微带天线可以与更远距离的移动目标通信，具有更广的应用场景。

下面结合附图对本发明实施例提供的微带天线做更为细致的说明。

图1为本发明实施例提供的微带天线的分解结构示意图。图2为本发明实施例提供的微带天线的侧视剖面示意图。请参阅图1、图2，本实施例提供的微带天线，包括第一微带天线本体、第二微带天线本体、天线输入输出接口网络163和选择开关。本实施例中，作为一种具体的可实施方式，所述选择开关为单刀双掷开关，优选为单刀双掷射频开关164，单刀双掷射频开关164为芯片式的开关，更利于微带天线的结构设计和布局，减小微带天线的体积。当然，选择开关也可以有其他实施方式，例如单刀三掷开关等。

本实施例中，作为一种具体的可实施方式，所述第一微带天线本体包括由上而下依次设置的、顶层贴片介质12、顶层贴片地面14、馈电网络上层介质15、顶层贴片馈电网络162，还包括穿过所述顶层贴片介质12、所述顶层贴片地面14、所述馈电网络上层介质15，连接顶层辐射贴片11和顶层贴片馈电网络162的第一连接件。所述第二微带天线本体包括由上而下依次设置的底层贴片馈电网络161、馈电网络下层介质17、底层贴片地面18、底层贴片介质110、底层辐射贴片111，还包括穿过所述馈电网络下层介质17、所述底层贴片地面18、所述底层贴片介质110，连接底层贴片馈电网络161和底层辐射贴片111的第二连接件。

本实施例中，作为一种具体的可实施方式，顶层辐射贴片11和底层辐射贴片111的材质均为印刷电路板上厚度为0.5盎司至1.0盎司的方形铜箔，顶层辐射贴片11位于顶层贴片介质12的上方表面，底层辐射贴片111位于底层贴片介质110的下方表面。

本实施例中，作为一种可实施方式，所述第一连接件为顶层贴片馈电探针13（对应于权利要求中的第一探针），所述顶层贴片介质12、所述顶层贴片地面14、所述馈电网络上层介质15分别设置有相应的探针过孔，以便于顶层贴片馈电探针13可以穿过。探针过孔的孔径可以大于顶层贴片馈电探针13的最大直径，如图1、图2所示，也可以是刚好等于顶层贴片馈电探针13的最大直径，只要顶层贴片馈电探针13能够穿过即可。顶层贴片馈电探针13的形状没有限制，例如可以是圆柱形、长方体形等，探针过孔的形状也没有限制，例如可以是圆形、矩形等。类似地，所述第二连接件为底层贴片馈电探针19（对应于权利要求中的第二探针），所述底层贴片介质110、所述底层贴片地面18、所述馈电网络下层介质17也分别设置有相应的探针过孔，探针过孔的孔径可以大于底层贴片馈电探针19的最大直径，探针过孔及底层贴片馈电探针19的形状没有限制。

具体的，顶层贴片介质12和底层贴片介质110均为印刷电路板的介质部分。顶层贴片馈电探针13穿过顶层贴片介质中的探针过孔121、顶层贴片地面上的探针过孔141、馈电网络上层介质中的探针过孔151，连接顶层辐射贴片11和顶层贴片馈电网络162；底层贴片馈电探针19穿过馈电网络下层介质中的探针过孔171、底层贴片地面上的探针过孔181、底层贴片介质中的探针过孔1101，连接底层辐射贴片111和底层贴片馈电网络161。

作为另一种可实施方式，第一连接件和第二连接件也可以是微带线。探针相对于微带线实施起来更方便，因此优选为探针。

本实施例中，作为一种可实施方式，顶层贴片地面14和顶层辐射贴片，底层贴片地面18和底层辐射贴片，材质均为印刷电路板上厚度为0.5盎司至1.0盎司的方形铜箔。馈电网络上层介质15和馈电网络下层介质17，作为馈电网络的介质部分，材质为印刷电路板的介质部分，位于顶层贴片地面14和底层贴片地面18之间。顶层贴片馈电网络162、底层贴片馈电网络161、单刀双掷射频开关164和天线输入输出接口网络163，均位于馈电网络上层介质15和馈电网络下层介质17之间，顶层贴片馈电网络162、底层贴片馈电网络161和天线输入输出接口网络163均可以为带状线形式，材质为印刷电路板上厚度为0.5盎司至1.0盎司的铜箔，带状线的阻抗主要由铜箔的宽度决定，单刀双掷射频开关164为射频芯片形式，以便于集成在电路之中。整个微带天线可通过多层印制板加工工艺实现。

本实施例提供的微带天线通过控制单刀双掷射频开关164的通断状态，实现天线波束覆盖范围的切换。当单刀双掷射频开关164使天线输入输出接口网络163和顶层贴片馈电网络162接通时，天线输入输出接口网络163和底层贴片馈电网络161是断开的，顶层贴片馈电网络162通过顶层贴片馈电探针13与顶层辐射贴片11相连接，实现上半空间预定区域信号的接收和发射；当单刀双掷射频开关164使天线输入输出接口网络163和底层贴片馈电网络161接通时，天线输入输出接口网络163和顶层贴片馈电网络162是断开的，底层贴片馈电网络161通过底层贴片馈电探针19与底层辐射贴片111相连接，实现下半空间预定区域信号的接收和发射。

本实施例提供的微带天线应用于固定设备与移动目标通信以及类似的通信系统中，可以在天线的方位面上减少一半的天线转动范围，为固定设备的结构设计和固定设备中各个部件的布局提供了更大的设计便利，可以减小固定设备的体积。还避免了第一微带天线本体和第二微带天线本体同时工作导致的第一微带天线本体和第二微带天线本体的信号传输距离受限的问题，本发明实施例提供的微带天线可以与更远距离的移动目标通信，具有更广的应用场景。

容易理解的，多个（至少两个）本实施例提供的微带天线可以组成微带天线阵列。

容易理解的，根据具体的应用场景，所述顶层辐射贴片11的形状可以为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形中的任一种；所述底层辐射贴片111的形状也可以为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形中的任一种，其中，以方形和矩形为优，更利于微带天线结构的设计和布局。

容易理解的，根据具体的应用场景，顶层辐射贴片11可以为引入几何微扰的贴片，底层辐射贴片111也可以为引入几何微扰的贴片，形成圆极化区域。

容易理解的，根据具体的应用场景，所述顶层贴片馈电网络162可以为带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络中的任一种；所述底层贴片馈电网络161也可以为带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络中的任一种。带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络是目前应用较多的馈电网络，当然的，顶层贴片馈电网络162和底层贴片馈电网络161还可以是其他形式的馈电网络。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微带天线，其特征在于，包括第一微带天线本体、第二微带天线本体、天线输入输出接口网络和选择开关；当所述天线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第一微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第二微带天线本体断开；当所述线输入输出接口网络通过所述选择开关与所述第二微带天线本体连通时，所述天线输入输出接口网络与所述第一微带天线本体断开。

2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述第一微带天线本体包括由上而下依次设置的顶层辐射贴片、顶层贴片介质、顶层贴片地面、馈电网络上层介质、顶层贴片馈电网络以及穿过所述顶层贴片介质、所述顶层贴片地面、所述馈电网络上层介质连接所述顶层辐射贴片和所述顶层贴片馈电网络的第一连接件，所述第二微带天线本体包括由上而下依次设置的底层贴片馈电网络、馈电网络下层介质、底层贴片地面、底层贴片介质、底层辐射贴片以及穿过所述馈电网络下层介质、所述底层贴片地面、所述底层贴片介质连接所述底层辐射贴片和所述底层贴片馈电网络的第二连接件。

3.根据权利要求1或2所述的微带天线，其特征在于，所述选择开关为单刀双掷开关。

4.根据权利要求3所述的微带天线，其特征在于，所述单刀双掷开关为单刀双掷射频开关。

5.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述第一连接件为第一探针，所述顶层贴片介质、所述顶层贴片地面、所述馈电网络上层介质分别设置有供所述第一探针穿过的第一探针过孔；和/或，所述第二连接件为第二探针，所述底层贴片介质、所述底层贴片地面、所述馈电网络下层介质分别设置有供所述第二探针穿过的第二探针过孔。

6.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述顶层辐射贴片的形状为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形中的任一种，和/或，所述底层辐射贴片的形状为方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形、三角形中的任一种。

7.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述顶层辐射贴片为引入几何微扰的贴片，和/或，所述底层辐射贴片为引入几何微扰的贴片。

8.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述顶层贴片馈电网络为带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络中的任一种，和/或，所述底层贴片馈电网络为带状线式馈电网络、集成波导式馈电网络、悬置带线式馈电网络中的任一种。

9.一种微带天线阵列，其特征在于，包括至少两个权利要求1-8任一项所述的微带天线。