CN106374228A - 一种单片双频宽带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片双频宽带贴片天线，包括接地板，放置于接地板上的电介质板，放置于电介质板上的十字形微带贴片和环绕于十字形微带贴片外周的环形微带贴片。十字形微带贴片与接地板之间设置有电容，十字形微带贴片上设置有馈电过孔，馈电过孔内设置有馈电探针，环形微带贴片与电介质板之间设置有金属圆片，金属圆片与馈电探针之间用水平带状金属线相连接。由此可见，本发明提供的天线只需要单层贴片，处于同一层面的十字形微带贴片与环形微带贴片能够独立产生各自频段的辐射，而且两个辐射频段都具有较大的带宽和增益，可以覆盖在运行四大卫星导航系统的L1和L2频段，有利于精确导航定位终端的小型化发展。

Description

一种单片双频宽带贴片天线

技术领域

本发明涉及射频天线技术领域，特别是涉及一种单片双频宽带贴片天线。

背景技术

微带天线，作为一种广泛应用的天线形式，相比其他形式的天线更易实现小型化。传统的微带天线要实现双频段工作的基本方式可分为两类：单片法与多片法。单片法是用一个贴片的不同模式同时工作或利用加载切角微扰来形成两个不同的谐振频率。多片法利用谐振频率不同的多个贴片来工作，对一层馈电，另一层贴片通过开槽耦合馈电，从而形成两个不同的谐振峰。

对于单片法而言，由于没有采用电容耦合馈电，因此带宽较小，增益较低，并且由于引入切角导致天线的不对称，导致圆极化性能较差。对于双片法而言，虽然带宽比单片法有所提高，但是由于结构上为多层，不同层之间的耦合较弱，因此带宽还是较窄；另外，由于在一层开槽，导致上层会对下层的辐射有一定影响，也会使得辐射的增益降低，并且为多层结构不利于天线的小型化。

综上所述，若想采用单片法实现双频圆极化天线，如何提高天线的带宽并避免开槽带来的增益降低和贴片切角引起的轴比性能差等问题，是亟待解决的关键技术问题；而采用多片法则存在天线体积大、成本高的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种单片双频宽带贴片天线，用于提高天线的带宽并避免开槽带来的增益降低贴片切角引起的轴比性能差等问题，使精确导航定位天线小型化。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单片双频宽带贴片天线，包括设置在底层的接地板，放置于所述接地板上的电介质板，放置于所述电介质板上，用于产生第一频段的十字形微带贴片和环绕于所述十字形微带贴片外周，用于产生第二频段环形微带贴片；

所述十字形微带贴片与所述接地板之间设置有电容，所述十字形微带贴片上设置有馈电过孔，所述馈电过孔内设置有馈电探针，所述电介质板设置有用于所述电容和所述馈电探针穿过的通孔，所述电容与所述十字形微带贴片之间留有预定间距；

所述环形微带贴片与所述电介质板之间设置有金属圆片，所述电介质板设置有凹槽，用于容纳所述金属圆片，所述金属圆片与所述馈电探针之间通过水平带状金属线相连接。

优选地，所述电容的数量为4个，则相应地所述金属圆片的数量为4个，所述电容分别设置在所述十字形微带贴片的4个分支的末端的正下方且相对于所述十字形微带贴片的中心对称分布。

优选地，所述接地板为方形，中心处设置有短路探针，所述短路探针穿透所述电介质板和所述十字形微带贴片的中心。

优选地，所述馈电探针以所述短路探针为中心，顺时针对称分布，且输入功率相同，输入相位分别为0°，90°，180°和和270°；

其中，所述馈电过孔的直径大于对应的馈电探针的直径。

优选地，所述电容与所述馈电过孔所在的连线与所述水平带状金属线在水平方向上的夹角为45°。

优选地，所述接地板上设置有4个槽，4个所述槽对称分布于所述接地板的中心周围。

本发明所提供的单片双频宽带贴片天线，十字形微带贴片与环形微带贴片为两个独立的贴片，同时设置在一块电介质板上，二者通过水平带状金属线连接，十字形微带贴片单独工作可以产生第一频段，环形微带贴片独立工作时产生第二频段，在接地板与十字形微带贴片之间增加电容，可以降低天线的工作频率，同时十字形微带贴片与环形微带贴片在同一平面内，也能实现小型化设计。由此可见，本发明提供的天线只需要单层贴片，处于同一层面的十字形微带贴片与环形微带贴片能够独立产生各自频段的辐射，而且两个辐射频段都具有较大的带宽和增益，可以覆盖在运行四大卫星导航系统的L1和L2频段，有利于精确导航定位终端的小型化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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为本发明实施例提供的一种单片双频宽带贴片天线的俯视图；

图2为本发明实施例提供的一种单片双频宽带贴片天线的侧视图；

图3为本发明实施例提供的一种十字形贴片的俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种接地板的俯视图；

图5为本发明实施例提供的一种天线的回波损耗图；

图6为本发明实施例提供的一种天线在1.174GHz-1.284GHz频段范围内xz和xy截面上的增益方向图；

图7为本发明实施例提供的一种天线在最大增益方向时的轴比；

图8为本发明实施例提供的一种天线在1.550GHz-1.634GHz频段范围内xz和xy截面上的增益方向图；

图9为本发明实施例提供的另一种天线在最大增益方向时的轴比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种单片双频宽带贴片天线，用于避免开槽带来的增益降低的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种单片双频宽带贴片天线的俯视图。图2为本发明实施例提供的一种单片双频宽带贴片天线的侧视图。图3为本发明实施例提供的一种十字形贴片的俯视图。图4为本发明实施例提供的一种接地板的俯视图。

单片双频宽带贴片天线包括设置在底层的接地板8，放置于接地板8上的电介质板3，放置于电介质板3上，用于产生第一频段的十字形微带贴片1和环绕于十字形微带贴片1外周，用于产生第二频段环形微带贴片2；

十字形微带贴片1与接地板8之间设置有电容5，十字形微带贴片1上设置有馈电过孔7，馈电过孔内设置有馈电探针6，电介质板3设置有用于电容5和馈电探针6穿过的通孔，电容5与十字形微带贴片1之间留有预定间距；

环形微带贴片2与电介质板3之间设置有金属圆片4，电介质板3设置有凹槽，用于容纳金属圆片4，金属圆片4与馈电探针6之间设置有水平带状金属线9。

如图4所示，在具体实施中，接地板8的大小可以根据实际情况设定，例如接地板8可以设置为方形。

电介质板3可以设置为圆柱形。可以理解的是，接地板8如果是方形，则边长L3可以为50mm，电介质板3的半径R3可以为30mm。作为优选地实施方式，电介质板3为圆柱形单层双面覆铜板。电介质板3的厚度为W2，W2为5mm。电介质板3可以选用TP_2微波材料，相对介电常数为4.5，正切损耗为0.001。

十字形微带贴片1每一块长L为9.175mm，宽W为10mm，则十字形微带贴片1的整体长度为28.35mm。

电容5可以为圆柱形金属，电容5分布在十字形微带贴片1的下方，电容5的一端通过电介质板3与地板8连接，另一端与十字形微带贴片1留有预定间距，在一种具体实施方式中，电容5如果为圆柱形金属，则直径R5为4mm；预定间距可以为0.5mm，如图2中W4为电容5的高度，W4近似为4.5mm，电介质板3的厚度为W2，W2为5mm。

环形微带贴片2环绕于十字形微带贴片1的外周，内半径R1为17.8mm，外半径R2为22.8mm。金属圆片4设置在环形微带贴片2的下方，如图1所示，金属圆片4的直径为R4为5mm，厚度为0.1mm。水平带状金属线9，用于连接金属圆片4和馈电探针6，在一种具体实施方式中，水平带状金属线9的长度为L2为19mm，宽为0.5mm，厚度为0.1mm的金属引线。如图2所示，馈电探针6的高度W5为6mm。

在具体实施中，十字形微带贴片1能够单独产生第一频段和环形微带贴片2能够单独产生第二频段，二者之间的谐振也会产生耦合，耦合的效果会产生两个频段，而两块贴片又分别各自有馈电输入，这样通过适当的调节，就能使得两个频段的带宽相应地增大。

通过设置电容5使得十字形微带贴片1产生的第一频段在一个可调的范围，如果没有该电容，那么两块贴片产生的频段间隔就是固定的，而增设了电容5后就会使得第一频段降低，可根据自己的需求任意调节频段，例如，通过调节使得频段满足卫星导航的频段要求，但不限于卫星导航，其它频段也适用。

可以理解的是，图1中，电容5对称设置有4个只是其中的一种具体实施方式，在其它实施例中，还可以是2个电容5，只不过4个电容5相对于2个电容5来说带宽较高，并且圆极化性能较好。

本实施例提供的单片双频宽带贴片天线，十字形微带贴片与环形微带贴片为两个独立的贴片，同时设置在一块电介质板上，二者通过水平带状金属线连接，十字形微带贴片单独工作可以产生第一频段，环形微带贴片独立工作时产生第二频段，在接地板与十字形微带贴片之间增加电容，可以降低天线的工作频率，同时十字形微带贴片与环形微带贴片在同一平面内，也能实现小型化设计。由此可见，本发明提供的天线只需要一块电介质板，并且十字形微带贴片与环形微带贴片无需开槽就可以实现双频段工作，且增益较高。

作为优选地实施方式，电容5的数量为4个，则相应地金属圆片4的数量为4个，电容5分别设置在十字形微带贴片1的4个分支的末端的正下方且相对于十字形微带贴片1的中心对称分布。

可以理解的是，电容5的参数都是相同的。具体实施方式参见上文描述。

作为优选地实施方式，接地板8为方形，中心处设置有短路探针10，短路探针10穿透电介质板3和十字形微带贴片1的中心。

短路探针10与馈电探针6的尺寸相同，连接接地板8与十字形微带贴片1，使中心点电位为0，从而控制相位中心的稳定。

作为优选地实施方式，馈电探针6以短路探针10为中心，顺时针对称分布，且输入功率相同，输入相位分别为0°，90°，180°和和270°；

其中，馈电过孔7的直径R7大于对应的馈电探针6的直径R6。

在具体实施中，金属圆片4其实是一种电容耦合馈电方式，相当于从接地板8给输入信号，一部分通过同轴探针6给十字形微带贴片1馈电，另一部分通过水平带状金属线9连接金属圆片4给环形微带贴片2馈电；而两种馈电方式都不是直接连接到贴片上的，十字形微带贴片1上留有馈电过孔7，该孔要比馈电探针6内径宽，两者不接触，留有空隙构成电容耦合馈电；对于环形微带贴片2而言，金属圆片4与环形微带贴片2之间留有空隙构成电容耦合馈电。

本实施例中，馈电探针6为4个，采用四点耦合馈电，极大地提高了天线的圆极化性能。

作为优选地实施方式，电容5与馈电过孔7所在的连线与水平带状金属线9在水平方向上的夹角为45°。

如图1所示，电容5和馈电过孔7在竖直的Y轴上，水平带状金属线9与Y轴上的夹角θ为45°。可以理解的是，该夹角θ为45°只是其中的一种具体实施方式，在其它实施例中，还可以是其它数值，经过仿真研究表明，只要θ≤50°的圆极化性能均较好。

作为优选地实施方式，金属圆片4的直径与环形微带贴片2的宽度相同。

如图1所示，金属圆片4的直径R4为5mm，环形微带贴片2的宽度也为5mm。

作为优选地实施方式，接地板8上设置有4个槽11，4个槽11对称分布于接地板8的中心周围。

可以理解的是，接地板的中心就是短路探针10的位置，4个槽11为柱形槽直径R11为3mm，厚度为1mm。通过增4个圆柱形槽可以加载激励。

作为优选地实施方式，金属圆片4与环形微带贴片2的间距为1mm。

如图2所示，电介质板3厚度为5mm，金属圆片4与电介质板3的地板的间距W3为近似为4mm，则金属圆片4与环形微带贴片2的间距为1mm。

为了验证本发明中提供的天线的性能，下文中对于天线的性能进行仿真测试。

图5为本发明实施例提供的一种天线的回波损耗图。如图5所示在1.174GHz-1.284GHz频段范围内，射频端口的S11小于-10dB，中心频率1.225GHZ，射频端口的S11小于-30dB；在1.550GHz-1.634GHz频段范围内，射频端口的S11小于-10dB，中心频率1.582GHz处，射频端口的S11小于-25dB。

图6为本发明实施例提供的一种天线在1.174GHz-1.284GHz频段范围内xz和xy截面上的增益方向图。如图6所示，在以1.225GHZ为中心频率的该频段内，水平方向范围内均能实现360°全方位覆盖。最大增益为5.34dB，xz和xy截面的增益方向图基本一致，表现出一致地对称性。

图7为本发明实施例提供的一种天线在最大增益方向时的轴比。如图7所示，在仰角θ≤50°范围内，轴比均小于1dB。说明具有很好的圆极化性能。

图8为本发明实施例提供的一种天线在1.550GHz-1.634GHz频段范围内xz和xy截面上的增益方向图。如图8所示，在以1.582GHz为中心频率的该频段内，水平方向范围内均能实现360°全方位覆盖。最大增益为5.27dB，xz和xy截面的增益方向图基本一致，表现出一致地对称性。

图9为本发明实施例提供的另一种天线在最大增益方向时的轴比。由图可知，在仰角θ≤50°范围内，轴比均小于2dB。轴比性能良好。

以上对本发明所提供的单片双频宽带贴片天线进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种单片双频宽带贴片天线，其特征在于，包括设置在底层的接地板，放置于所述接地板上的电介质板，放置于所述电介质板上，用于产生第一频段的十字形微带贴片和环绕于所述十字形微带贴片外周，用于产生第二频段环形微带贴片；

所述十字形微带贴片与所述接地板之间设置有电容，所述十字形微带贴片上设置有馈电过孔，所述馈电过孔内设置有馈电探针，所述电介质板设置有用于所述电容和所述馈电探针穿过的通孔，所述电容与所述十字形微带贴片之间留有预定间距；

所述环形微带贴片与所述电介质板之间设置有金属圆片，所述电介质板设置有凹槽，用于容纳所述金属圆片，所述金属圆片与所述馈电探针之间通过水平带状金属线相连接。

2.根据权利要求1所述的单片双频宽带贴片天线，其特征在于，所述电容的数量为4个，则相应地所述金属圆片的数量为4个，所述电容分别设置在所述十字形微带贴片的4个分支的末端的正下方且相对于所述十字形微带贴片的中心对称分布。

3.根据权利要求2所述的单片双频宽带贴片天线，其特征在于，所述接地板为方形，中心处设置有短路探针，所述短路探针穿透所述电介质板和所述十字形微带贴片的中心。

4.根据权利要求3所述的单片双频宽带贴片天线，其特征在于，所述馈电探针以所述短路探针为中心，顺时针对称分布，且输入功率相同，输入相位分别为0°，90°，180°和和270°；

其中，所述馈电过孔的直径大于对应的馈电探针的直径。

5.根据权利要求4所述的单片双频宽带贴片天线，其特征在于，所述电容与所述馈电过孔所在的连线与所述水平带状金属线在水平方向上的夹角为45°。

6.根据权利要求3所述的单片双频宽带贴片天线，其特征在于，所述接地板上设置有4个槽，4个所述槽对称分布于所述接地板的中心周围。