CN106816699A - 一种微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带天线，用于解决现有技术中圆极化微带天线的带宽较窄的技术问题。该微带天线包括辐射贴片，用于辐射电磁波；第一介质板，包括相对的第一表面和第二表面；其中，所述辐射贴片设置于所述第一表面；至少一个金属片，设置于所述第二表面，且位于与所述辐射贴片相对的位置；所述至少一个金属片与所述辐射贴片形成至少一个电容，所述至少一个电容用于补偿所述微带天线的感抗。

Description

一种微带天线

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。

背景技术

微带天线由于具有剖面低、重量轻、体积小等优点，被广泛应用于测量和通讯等各个领域。

在应用中，要求微带天线能够辐射或接收处于任何方向的电磁波，这就要求微带天线具有圆极化特性。微带天线实现圆极化的关键是激励并产生两个幅度相等且相位相差90°的正交线极化波，微带天线要实现圆极化，常采用的馈电方法为单馈法。对于单馈法，只需在微带天线的辐射板中选择适当的馈电位置，使得微带天线产生正交线极化波即可。

天线可以等效成一个电阻及一个电感的串联电路，而天线的Q值，也就是天线所构成的谐振回路的Q值，与电感成正比，与电容成反比。由于微带天线本身呈感性，而单馈法只是在辐射板上选择了合适的馈电位置，并没有改变微带天线本身所呈现的感性，因此圆极化微带天线的Q值较高，而天线的Q值越高，则天线的带宽就越窄。所以单馈圆极化微带天线的缺点是带宽较窄，即圆极化带宽较窄，这就导致微带天线不能满足在更宽的频带上进行通信的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种微带天线，用于增加圆极化微带天线的带宽。

本发明实施例提供了一种微带天线，该微带天线包括：

辐射贴片，用于辐射电磁波；

第一介质板，包括相对的第一表面和第二表面；其中，所述辐射贴片设置于所述第一表面；

至少一个金属片，设置于所述第二表面，且位于与所述辐射贴片相对的位置；至少一个所述金属片与所述辐射贴片形成至少一个电容，所述至少一个电容用于补偿所述微带天线的感抗。

可选的，当所述至少一个金属片为至少两个金属片时，所述金属片的数量为偶数，且所述微带天线包括的所述金属片在所述第二表面上相对于所述辐射贴片的中心呈中心对称分布。

可选的，所述金属片的直径是根据所述微带天线的感抗确定的。

可选的，所述天线还包括第二介质板以及至少一个支撑件，每个所述支撑件两端分别固定在所述第二介质板和所述第一介质板上，以对所述第二介质板和所述第一介质板进行紧固。

可选的，所述第二介质板包括相对的第三表面和第四表面，所述第二表面和所述第三表面之间相距第一距离以形成间隙，所述间隙内充斥空气，以通过空气降低所述微带天线的介电常数。

可选的，所述第二面和所述第三面之间的距离位于第一距离范围内，其中，所述第一距离范围根据所述微带天线的带宽确定。

可选的，所述微带天线还包括设置于所述第四表面的电阻，所述电阻的一端与所述第二表面上的任意一个所述金属片连接，另一端与所述第四表面的接地点连接，用于补偿所述微带天线的感抗。

可选的，所述电阻的阻值位于第一阻值范围内，所述第一阻值范围使得所述微带天线在带宽范围内满足宽频匹配。

可选的，所述第二介质板的介电常数小于所述第一介质板的介电常数，以减小所述微带天线的介电常数。

本发明实施例提供了一种微带天线，该微带天线中的至少一个金属片与辐射贴片形成至少一个电容，由于微带天线本身呈现感性，那么通过至少一个电容能够补偿该微带天线的感抗，从而达到增加微带天线的带宽的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的微带天线的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的微带天线的一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的微带天线的一种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的微带天线的结构剖面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，轴比不大于3dB的带宽定义为天线的圆极化带宽。本发明实施例中微带天线的带宽称为圆极化带宽。

辐射贴片的形状包括圆形、方形、多边形等，本发明实施例以辐射贴片的形状是方形为例。辐射天线的作用就是辐射电磁波。

微带天线的Q值，是指微带天线所构成的谐振回路的Q值。谐振回路的Q值与微带天线的带宽成反比，谐振回路的Q值越高，微带天线的带宽越窄。微带天线可以等效成一个电阻及一个电感的串联电路，而天线的Q值与电感成正比，与电容成反比。现有技术中，由于微带天线呈感性，所以微带天线的Q值较高，相应地，微带天线的带宽就比较窄。

下面将结合说明书附图对上述技术方案进行详细地说明。

请参见图1，本发明实施例提供一种微带天线，该微带天线包括辐射贴片11、第一介质板12和至少一个金属片13。其中，第一介质板12具有相对的第一表面和第二表面，第一表面是第一介质板12的上表面，上表面指的是以图1中所示箭头方向俯视第一介质板12可以看到的表面，第二表面是第一介质板12的下表面，对应地，下表面指的是第一介质板12的背面。辐射贴片11设置于第一表面上，至少一个金属片13设置于第二表面上，且辐射贴片11和至少一个金属片13在第一介质板12上的位置相对。这里的位置相对指的是，辐射贴片11在第二表面上的投影区域包括了至少一个金属片13所在的位置。至少一个金属片13与辐射贴片11能够形成至少一个电容，其中一个金属片13与辐射贴片11形成一个电容，形成的至少一个电容能够补偿微带天线的感抗，降低微带天线的Q值，从而可以达到增加微带天线的带宽的效果。

任意一个金属片13与辐射贴片11可以看成是所形成的电容的两个极板，而第一介质板11可以视为两个极板之间填充的电介质，那么每个金属片13与辐射贴片11所形成的电容可以用如下公式计算：

C＝εS/4πkd (1)

公式(1)中，ε为该第一介质板的介电常数，S为该任意一个金属片13的面积，k为静电常数，d为该任意一个金属片13与辐射贴片11之间的距离。根据公式(1)可知，在该任意一个金属片13与辐射贴片11之间的距离不变的情况下，该任意一个金属片13与辐射贴片11所形成的电容与该任意一个金属片13的面积成正比，所以至少一个电容可以根据至少一个金属片13的面积确定，也就是至少一个电容可以根据至少一个金属片13中的每个金属片13的直径确定。

在可能的实施方式中，至少一个金属片13中的每个金属片13的直径可以位于第一直径范围内。根据如前的分析可知，每个金属片13与辐射贴片11所形成的电容均用来补偿微带天线的感抗，那么第一直径范围可以根据微带天线的感抗确定。例如，第一直径范围能够使得至少一个金属片13与辐射贴片11所形成的至少一个电容足以补偿微带天线的感抗。

当只有一个金属片13时，该金属片13与辐射贴片11所形成的电容可能不足以补偿微带天线的感抗，因此可以设置多个金属片13，以与辐射贴片11形成多个电容。因此，至少一个金属片13的数量可以大于或等于2。具体的，微带天线包括的金属片13的数量可以根据微带天线要实现的圆极化带宽来设置。

由于天线辐射电磁波是有方向性的，通常用天线的辐射方向性图来表示。辐射方向性图是指用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射(或接收)电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性的示意图。微带天线要实现圆极化，那么微带天线的电场矢量末端的轨迹为圆形，且微带天线的辐射方向性图将是对称的，对称指的是辐射方向性图中用于指示电场矢量末端的轨迹是对称的，且电场矢量末端的轨迹为圆形。这就要求至少一个金属片13作用在微带天线后还能够使得微带天线的电场矢量末端的轨迹为圆形。因此，若微带天线包括的金属片13的数量为偶数，则该微带天线包括的金属片13在第二表面上相对于辐射贴片11的中心呈中心对称分布，如图2所示，这样微带天线的电场矢量末端的轨迹就能够成为圆形。

图2中，以该微带天线包括两个金属片13为例，这两个金属片13可以设置在辐射贴片11的两端，如辐射贴片的四个角中任意两个角的位置，且两个金属片13相对于辐射贴片11的中心呈中心对称分布。又例如，至少两个金属片13的数量为4，那么4个金属片13可以分别相对于辐射贴片11设置在四个角的位置，其中的两个金属片13处于辐射贴片11的一条对角线上，另外两个金属片处于辐射贴片11的另一条对角线上。这样当至少两个金属片13在第二表面上相对于辐射贴片11的呈中心对称分布时，通过至少两个金属片13激励辐射贴片11，辐射贴片11的电场分布将是对称的，从而实现的微带天线的辐射方向性图也将是对称的。

请参见图3，为了进一步增加微带天线的圆极化带宽，本发明实施例提供的微带天线还包括第二介质板31，第二介质板31具有相对的第三表面和第四表面。其中，第三表面是第二介质板31的上表面，与第一介质板12的第二表面相对，第四表面是第二介质板31的下表面，在第四表面铺设有一层金属层，用于作为微带天线的金属底板。第一介质板12和第二介质板31之间可以通过至少一个支撑件14(由于图3是俯视图，实际上支撑件14是看不见的，所以图3以虚线示意支撑件14)进行支撑，每个支撑件14的两端分别固定在第一介质板12和第二介质板31上，对第一介质板12和第二介质板31进行紧固，以加强微带天线的结构强度，保证第一介质板12和第二介质板31之间的位置关系。支撑件14可以通过金属柱或金属探针，或其他可能的金属件的方式实现。

微带天线的带宽与介电常数成反比，因此，为了增加微带天线的圆极化带宽，第二介质板31的介电常数小于第一介质板12的介电常数，以减小微带天线整体的介电常数，从而增加微带天线的圆极化带宽。

第三表面和第二表面之间相距第一距离，以形成间隙，在所形成的间隙内可以充斥空气，由于空气的介电常数较低，所以该微带天线所包括的介质材料的介电常数会降低，而微带天线的带宽与介质材料的介电常数成反比，因此设置空气层可以增加微带天线的带宽。第一距离越大，即空气层的厚度越厚，所得到的微带天线的带宽就越宽，但是也可能导致微带天线输入电压的驻波比性能变差。请继续参见图3，本发明实施例所提供的微带天线可以通过射频同轴连接器(Sub-Miniature-A，SMA)实现馈电，将SMA接头与至少一个金属片13中的任意一个金属片13连接作为馈电端口。在这种情况下，空气层越厚，也就是第一介质板12和第二介质板31之间的间距越大，则第一介质板12和第二介质板31之间的SMA接头所包括的馈电探针就越长，由馈电探针引入的输入电感也越大，这将使得微带天线输入电压的驻波比性能变差。因此，第二表面和第三表面之间的第一距离的确定，是为了在满足微带天线带宽的同时，尽量减小微带天线输入电压的驻波比。

在可能的实施方式中，第二表面和第三表面之间的第一距离可以位于第一距离范围内，即空气层的厚度可以位于第一距离范围内。第一距离范围可以根据微带天线的带宽确定。第一距离范围可以是[0，第二距离]，第二距离可以根据微带天线的带宽确定，空气层的厚度可以小于第二距离范围中的任意一个值。微带天线的带宽通常用相对带宽来表示，相对带宽指的是微带天线的带宽与微带天线的中心频率的比值，那么通过中心频率就可以确定第二距离。例如，微带天线的带宽为800MHz，相对带宽可以为中心频率的15.6％，第二距离可以为0.14λ，λ为中心频率对应的波长，通过调整空气层的厚度可以使得微带天线的带宽尽可能地增大。

请参见图4，本发明实施例所提供的微带天线还包括设置于第二介质板31的第四表面的电阻41，电阻41的一端与第四表面的接地点连接，另一端与至少一个金属片13中的一个金属片13连接，可以是与作为馈电端口的金属片13连接，也可以是除了作为馈电端口的金属片13的其他金属片13中的任意一个金属片13，图4以电阻41的一端与第四表面的接地点连接，另一端与不是作为馈电端口的金属片13连接为例。图4中，23用于表示射频同轴连接器接头，由于第一介质板12和第二介质板31之间所包括的馈电探针影响微带天线的输入电阻和输入电抗，使得微带天线不能够较好地实现宽频匹配，所以通过设置电阻41可以调整微带天线的输入电阻，使得微带天线在工作频率范围(带宽)内的输入电抗在预设范围内，如[-10Ω，+10Ω]，从而取得微带天线的电压驻波比小于阈值，如1.3的宽频匹配的效果。电阻41的阻值可以位于第一阻值范围内，第一阻值范围可以根据微带天线在工作频率范围内所要求的输入电阻范围确定，以使得微带天线的驻波电压比小于某个阈值的情况下，满足宽频匹配的效果。例如，微带天线的输入电阻为50Ω，误差不超过8Ω，第一阻值范围可以为[45KΩ，55KΩ]，电阻41的阻值可以是第一阻值范围内的任一阻值。

本发明实施例提供了一种微带天线，该微带天线包括通过设置在第一介质板12上第一表面的至少一个金属片13和设置在第一介质板12上第二表面的辐射贴片11，且至少一个金属片13和辐射贴片11在第一介质板12上相对设置，其中，至少一个金属片13与辐射贴片11形成至少一个电容，由于微带天线本身呈现感性，那么通过至少一个电容11能够补偿该微带天线的感抗，从而实现增加微带天线的带宽的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种微带天线，包括：

辐射贴片，用于辐射电磁波；

第一介质板，包括相对的第一表面和第二表面；其中，所述辐射贴片设置于所述第一表面；

至少一个金属片，设置于所述第二表面，且位于与所述辐射贴片相对的位置；至少一个所述金属片与所述辐射贴片形成至少一个电容，所述至少一个电容用于补偿所述微带天线的感抗。

2.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述金属片的数量为偶数，且所述微带天线包括的所述金属片在所述第二表面上相对于所述辐射贴片的中心呈中心对称分布。

3.如权利要求1或2所述的微带天线，其特征在于，所述金属片的直径是根据所述微带天线的感抗确定的。

4.如权利要求3所述的微带天线，其特征在于，所述天线还包括第二介质板以及至少一个支撑件，每个所述支撑件的两端分别固定在所述第二介质板和所述第一介质板上，以对所述第二介质板和所述第一介质板进行紧固。

5.如权利要求4所述的微带天线，其特征在于，所述第二介质板包括相对的第三表面和第四表面，所述第二表面和所述第三表面之间相距第一距离，以形成间隙，所述间隙内充斥空气，以通过空气降低所述微带天线的介电常数。

6.如权利要求4所述的微带天线，其特征在于，所述第二表面和所述第三表面之间的距离位于第一距离范围内，其中，所述第一距离范围是根据所述微带天线的带宽确定的。

7.如权利要求5所述的微带天线，其特征在于，所述微带天线还包括设置于所述第四表面的电阻，所述电阻的一端与所述第二表面上的任意一个所述金属片连接，另一端与所述第四表面的接地点连接，用于补偿所述微带天线的感抗。

8.如权利要求7所述的微带天线，其特征在于，所述电阻的阻值位于第一阻值范围内，所述第一阻值范围使得所述微带天线在带宽范围内满足宽频匹配。

9.如权利要求8所述的微带天线，其特征在于，所述第二介质板的介电常数小于所述第一介质板的介电常数，以减小所述微带天线的介电常数。