CN106848545B - 单层多频多辐射器天线 - Google Patents

Abstract

单层多频多辐射器天线涉及一种平面天线，该天线包括介质基板(1)、介质基板(1)上的金属地(2)、辐射槽缝(3)、上辐射贴片(4)、下辐射贴片(5)和微带馈线(6)；介质基板(1)的一面是金属地(2)和辐射槽缝(3)，另一面是上辐射贴片(4)、下辐射贴片(5)和微带馈线(6)的导带(11)；金属化过孔阵列把金属地(2)与辐射贴片相连；微带馈线(6)一端是天线端口(10)，微带馈线(4)另一端开路并跨过辐射槽缝(3)并伸展一段长度。该天线是多频带多辐射器工作，各个频带独立可调，辐射特性也可调，天线尺寸和交叉极化小。

Description

单层多频多辐射器天线

技术领域

本发明涉及一种平面天线，尤其是一种单层多频多辐射器天线。

背景技术

平面天线是常用的天线，具有结构简单、加工方便等特性。平面天线一般有槽缝天线和贴片天线两大类。槽缝天线是振子天线的对偶天线，是全向辐射。但是，普通的槽缝天线不仅辐射槽缝的长度要有二分之一波长，而且辐射槽缝周围还需要较大的金属地面积。较大的金属地会使得槽缝天线不适合多输入多输出 (MIMO)应用，导致天线的交叉极化变差，这些都将导致频谱效率和信道容量的下降。同时槽缝的阻抗很大，还使得槽缝天线馈电传输线的阻抗匹配比较困难。贴片天线由于接地面的存在，其辐射主向偏向贴片的一侧。把槽缝天线与贴片天线组合在一起，不仅可以多频多辐射器工作，还充分利用其不同的辐射特性为应用服务，单通常的缝隙耦合贴片天线或者缝隙加载贴片天线中，缝隙是不辐射的。如何把槽缝天线与贴片天线组合在一起仍然是一个挑战性的难题，特别是用单层基板实现更是困难，而且现代通信的发展不仅要求天线可以多频带工作，多个频带可以分别调节，还要求可以调节天线的辐射特性。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提出一种单层多频多辐射器天线，该天线是单介质基板结构，有多个辐射器和多个工作频率；辐射器在介质基板两侧辐射的相对大小可以调节；多个辐射器共用一个馈电端口，不同辐射器的工作频率可以分别调节，而且可以调节到同一频率；该天线可以减小辐射槽缝的长度和金属地的面积，而且具有抑制交叉极化的作用。

技术方案：本发明的单层多频多辐射器天线包括介质基板、设置在介质基板上的金属地、辐射槽缝、上辐射贴片、下辐射贴片和微带馈线；介质基板的一面是金属地，介质基板的另一面是上辐射贴片、下辐射贴片和微带馈线的导带；金属地上有辐射槽缝，辐射槽缝的形状是矩形，辐射槽缝位于金属地的中心；辐射槽缝的两端短路；在辐射槽缝中间部分，其槽缝的两个边缘，分别有上排金属化过孔阵列和下排金属化过孔阵列，上排金属化过孔阵列穿越介质基板，一头与金属地相连，另一头在介质基板的另一面与上辐射贴片相连，下排金属化过孔阵列穿越介质基板，一头与金属地相连，另一头在介质基板的另一面与下辐射贴片相连；上辐射贴片和下辐射贴片的形状是矩形，两者之间有一个缝隙；金属地也是所述的微带馈线的接地面，微带馈线导带的一端是天线的端口，微带馈线导带的另一端跨过辐射槽缝并伸展一段长度至微带馈线终端，微带馈线终端开路。

上排金属化过孔阵列和下排金属化过孔阵列使得辐射槽缝中间部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝，辐射槽缝的其余部分是高阻槽缝；辐射槽缝因此具有阶跃阻抗的特性，产生一个频率较低的低频槽缝工作频带和一个频率较高的高频槽缝工作频带；改变介质基板的厚度磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝和低阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

上辐射贴片和下辐射贴片分别构成两个单独的辐射器，上辐射贴片和下辐射贴片也可以构成一个组合辐射器，改变上辐射贴片和下辐射贴片的长度，可以改变上辐射贴片和下辐射贴片的工作波长，也改变了组合辐射器的工作波长。

改变缝隙的宽度，可以调节上辐射贴片在介质基板两侧的辐射比，可以调节下辐射贴片在介质基板两侧的辐射比，可以调节上辐射贴片和下辐射贴片的组合辐射器在介质基板两侧的辐射比。

上排金属化过孔阵列或者下排金属化过孔阵列中，改变相邻金属化过孔的间距，可以调节低阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

改变辐射槽缝的宽度，可以调节低阻槽缝和高阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

改变微带馈线终端到辐射槽缝的距离，可以调节天线的工作频率、工作频带的带宽。

金属化过孔阵列中，相邻金属化过孔的间距要小于十分之一波长。

单层多频多辐射器天线有辐射槽缝、上辐射贴片和下辐射贴片三个单独的辐射器，上辐射贴片和下辐射贴片还可以组合出一个辐射器，这些辐射器共用一个馈电端口。辐射槽缝和其它辐射贴片的工作频率相互影响很小，因此可以独立调节辐射槽缝的工作频率，也可以独立调节上辐射贴片和下辐射贴片的工作频率。

辐射槽缝是全向辐射，在介质基板的两侧都有主辐射，其低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带主要由辐射槽缝的谐振频率确定，但是金属地的尺寸、微带馈线导带在辐射槽缝的位置、微带馈线的阻抗、微带馈线终端离辐射槽缝的距离也可以对天线的工作频率和匹配程度进行微调。由于辐射槽缝既有低阻槽缝又有高阻槽缝，具有阶跃阻抗的特性，不仅使得天线小型化，也减小了金属地的尺寸，而且也减小了交叉极化，而且还可以使得天线有多个工作频带。

上辐射贴片、下辐射贴片和组合辐射器的辐射特性可以由缝隙调节，当缝隙很小的时，这些辐射主向都朝向介质基板偏向辐射贴片的一侧，即介质基板背离金属地的方向；当缝隙逐渐变宽，朝着介质基板金属地一侧的辐射逐渐增强。

上辐射贴片的工作波长主要由上辐射贴片的长度决定，工作波长大约为上辐射贴片长度的两倍；下辐射贴片的工作波长主要由下辐射贴片的长度决定，工作波长大约为下辐射贴片长度的两倍；组合辐射器的工作波长大约是上辐射贴片和下辐射贴片长度之和的两倍。

有益效果：本发明的单层多频多辐射器天线的有益效果是，该天线是单介质基板，成本低；可以减小整个天线的电尺寸、实现小型化，还具有抑制天线的交叉极化作用；天线有多个共用一个馈电端口的辐射器，这些辐射器具有可调节的不同的辐射方向特性；同时该天线不仅有多个频带，而且多个频带可以分别调节。

附图说明

图1为单层多频多辐射器天线结构示意图。

图中有：介质基板1、金属地2、辐射槽缝3、上辐射贴片4、下辐射贴片5、微带馈线6、上排金属化过孔7、下排金属化过孔8、缝隙9、端口10、导带11 和微带馈线终端12。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的实施方案是：单层多频多辐射器天线包括介质基板1、设置在介质基板1上的金属地2、辐射槽缝3、上辐射贴片4、下辐射贴片5和微带馈线6；介质基板1的一面是金属地2，介质基板1的另一面是上辐射贴片4、下辐射贴片5和微带馈线6的导带11；金属地2上有辐射槽缝3，辐射槽缝3 的形状是矩形，辐射槽缝3位于金属地2的中心；辐射槽缝3的两端短路；在辐射槽缝3中间部分，其槽缝的两个边缘，分别有上排金属化过孔阵列7和下排金属化过孔阵列8，上排金属化过孔阵列7穿越介质基板1，一头与金属地2相连，另一头在介质基板1的另一面与上辐射贴片4相连，下排金属化过孔阵列8穿越介质基板1，一头与金属地2相连，另一头在介质基板1的另一面与下辐射贴片相连5；上辐射贴片4和下辐射贴片5的形状是矩形，两者之间有一个缝隙9；金属地2也是所述的微带馈线6的接地面，微带馈线6导带11的一端是天线的端口10，微带馈线6导带11的另一端跨过辐射槽缝3并伸展一段长度至微带馈线终端12，微带馈线终端12开路。

上排金属化过孔阵列7和下排金属化过孔阵列8使得辐射槽缝3中间部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝，辐射槽缝3的其余部分是高阻槽缝；辐射槽缝3 因此具有阶跃阻抗的特性，产生一个频率较低的低频槽缝工作频带和一个频率较高的高频槽缝工作频带；改变介质基板1的厚度磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝和低阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝3的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

上辐射贴片4和下辐射贴片5分别构成两个单独的辐射器，上辐射贴片4和下辐射贴片5也可以构成一个组合辐射器，改变上辐射贴片4和下辐射贴片5 的长度，可以改变上辐射贴片4和下辐射贴片5的工作波长，也改变了组合辐射器的工作波长。

改变缝隙9的宽度，可以调节上辐射贴片4在介质基板1两侧的辐射比，可以调节下辐射贴片5在介质基板1两侧的辐射比，可以调节上辐射贴片4和下辐射贴片5的组合辐射器在介质基板1两侧的辐射比。

上排金属化过孔阵列7或者下排金属化过孔阵列8中，改变相邻金属化过孔的间距，可以调节低阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝3的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

改变辐射槽缝3的宽度，可以调节低阻槽缝和高阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝3的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

改变微带馈线终端12到辐射槽缝3的距离，可以调节天线的工作频率、工作频带的带宽。

上排金属化过孔阵列7和下排金属化过孔阵列8中，相邻金属化过孔的间距要小于十分之一波长。

单层多频多辐射器天线的辐射槽缝3是全向辐射，在介质基板1的两侧都有主辐射，低频槽缝工作频率和高频槽缝工作频率主要由辐射槽缝3的谐振频率确定，但是金属地2的尺寸、微带馈线6在辐射槽缝3的位置、微带馈线6的宽度也可以对天线的工作频率和匹配程度进行调节。由于辐射槽缝3具有阶跃阻抗的特性，不仅使得天线小型化，减小了交叉极化，也减小了金属地2的尺寸。

单层多频多辐射器天线有辐射槽缝3、上辐射贴片4和下辐射贴片5三个单独的辐射器，上辐射贴片4和下辐射贴片5还可以组合出一个辐射器，这些辐射器共用一个馈电端口10。辐射槽缝3和其它辐射贴片的工作频率相互影响很小，因此可以独立调节辐射槽缝3的工作频率，也可以独立调节上辐射贴片4和下辐射贴片5的工作频率。

上辐射贴片4、下辐射贴片5和组合辐射器的辐射特性可以由缝隙9调节，当缝隙9很小的时，这些辐射主向都朝向介质基板1偏向辐射贴片的一侧，即介质基板1背离金属地2的方向；当缝隙9逐渐变宽，朝着介质基板1金属地2 一侧的辐射逐渐增强。

上辐射贴片4的工作波长主要由上辐射贴片4的长度决定，工作波长大约为上辐射贴片4长度的两倍；下辐射贴片5的工作波长主要由下辐射贴片5的长度决定，工作波长大约为下辐射贴片5长度的两倍；组合辐射器的工作波长大约是上辐射贴片4和下辐射贴片5长度之和的两倍。

在工艺上，单层多频多辐射器天线既可以采用普通的印刷电路板(PCB)工艺，也可以采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺或者CMOS、Si基片等集成电路工艺实现。其中上排金属化过孔阵列7和下排金属化过孔阵列8可以是空心金属通孔也可以是实心金属孔，金属通孔的形状可以是圆形，也可以是方形或者其他形状的。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (7)

1.一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，该天线包括介质基板（1）、设置在介质基板（1）上的金属地（2）、辐射槽缝（3）、上辐射贴片（4）、下辐射贴片（5）和微带馈线（6）；介质基板（1）的一面是金属地（2），介质基板（1）的另一面是上辐射贴片（4）、下辐射贴片（5）和微带馈线（6）的导带（11）；金属地（2）上有辐射槽缝（3），辐射槽缝（3）的形状是矩形，辐射槽缝（3）位于金属地（2）的中心；辐射槽缝（3）的两端短路；在辐射槽缝（3）中间部分，其槽缝的两个边缘，分别有上排金属化过孔阵列（7）和下排金属化过孔阵列（8），上排金属化过孔阵列（7）穿越介质基板（1），一头与金属地（2）相连，另一头在介质基板（1）的另一面与上辐射贴片（4）相连，下排金属化过孔阵列（8）穿越介质基板（1），一头与金属地（2）相连，另一头在介质基板（1）的另一面与下辐射贴片（5）相连；上辐射贴片（4）和下辐射贴片（5）的形状是矩形，两者之间有一个缝隙（9）；金属地（2）也是所述的微带馈线（6）的接地面，微带馈线（6）的导带（11）的一端是天线的端口（10），微带馈线（6）的导带（11）的另一端跨过辐射槽缝（3）并伸展一段长度至微带馈线终端（12），微带馈线终端（12）开路。

2.根据权利要求1所述的一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，所述的上排金属化过孔阵列（7）和下排金属化过孔阵列（8），使得辐射槽缝（3）中间部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝，辐射槽缝（3）的其余部分是高阻槽缝；辐射槽缝（3）因此具有阶跃阻抗的特性，产生一个频率较低的低频槽缝工作频带和一个频率较高的高频槽缝工作频带；改变介质基板（1）的厚度、磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝和低阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝（3）的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

3.根据权利要求1所述的一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，所述的上辐射贴片（4）和下辐射贴片（5）分别构成两个单独的辐射器，上辐射贴片（4）和下辐射贴片（5）也可以构成一个组合辐射器，改变上辐射贴片（4）和下辐射贴片（5）的长度，可以改变上辐射贴片（4）和下辐射贴片（5）的工作波长，也改变了组合辐射器的工作波长。

4.根据权利要求1或3所述的一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，所述的缝隙（9），改变其宽度，可以调节上辐射贴片（4）在介质基板（1）两侧的辐射比，可以调节下辐射贴片（5）在介质基板（1）两侧的辐射比，可以调节上辐射贴片（4）和下辐射贴片（5）的组合辐射器在介质基板（1）两侧的辐射比。

5.根据权利要求2所述的一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，所述的上排金属化过孔阵列（7）或者下排金属化过孔阵列（8），改变相邻金属化过孔的间距，可以调节低阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝（3）的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

6.根据权利要求2所述的一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，所述的辐射槽缝（3），改其宽度，可以调节低阻槽缝和高阻槽缝的特性阻抗，改变辐射槽缝（3）的高低阻抗比，进而改变天线的低频槽缝工作频带和高频槽缝工作频带。

7.根据权利要求1所述的一种单层多频多辐射器天线，其特征在于，所述的微带馈线终端（12），改变其到辐射槽缝（3）的距离，可以调节天线的工作频率、工作频带的带宽。