CN106848564A - 一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，不仅扩展了天线的工作带宽，同时将天线增益提高了近一倍，并且以柔性介质基板（1）为基础进行设计，将所设计天线阵列印制于柔性介质基板（1）的两面，充分利用了介质基板的面积，结构紧凑，相较于传统天线阵列结构，具有尺寸较小的优点，并且利用柔性介质基板（1）可弯曲的优点，易与弯曲表面共形，并可实现可穿戴的相关应用。

Description

一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列
技术领域
本发明涉及一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，属于天线制造技术领域。
背景技术
天线作为整个通信系统信号的“出入口”，天线性能的好坏直接影响着整个系统的通信过程，而传统的天线形式和功能在一定程度上不能跟上电子器件小型化发展的需求，人们不断追求的天线设计，是朝着小尺寸、宽频带、高效率、大容量、多功能的方向进行，因此，在未来天线的设计将拥有更好的外观设计与性能提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种重量轻、全向特性好、成本低廉、体积小、易与电路板集成等优点的柔性双面对称单极子1×2天线阵列。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，包括柔性介质基板和两组单极子天线，其中，各组单极子天线分别均包括辐射贴片、微带馈电传输线和接地片；其中，以垂直于柔性介质基板的方向作为参考投影方向，各组单极子天线中的辐射贴片分别设置于柔性介质基板的正反两面上，两片辐射贴片在参考投影方向上的投影彼此对应边相互对接，且两片辐射贴片在参考投影方向上以彼此相对接边为轴呈轴对称；各组单极子天线中的微带馈电传输线分别设置在对应辐射贴片所在柔性介质基板的设置面上，且微带馈电传输线的位置不与对应辐射贴片的位置重叠，各根微带馈电传输线的一端分别与对应柔性介质基板相连接，以两片辐射贴片在参考投影方向上的彼此对接边为界，两根微带馈电传输线分别与对应辐射贴片位于界的同侧，且两根微带馈电传输线在参考投影方向上以界为轴呈轴对称，各根微带馈电传输线的另一端分别与其所在柔性介质基板上设置面的边相对接；各组单极子天线中的接地片分别设置于对应微带馈电传输线所在柔性介质基板设置面的另一面上，各片接地片分别在参考投影方向上的投影，分别覆盖对应微带馈电传输线上连接所在柔性介质基板边缘的端部，且两片接地片在参考投影方向上，以两片辐射贴片在参考投影方向上彼此对接边为轴呈轴对称。
作为本发明的一种优选技术方案：所述柔性介质基板为矩形柔性介质基板，所述矩形柔性介质基板上分别与所述各根微带馈电传输线另一端相对接的边彼此平行，且各根微带馈电传输线分别垂直于其所连矩形柔性介质基板的边。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各组单极子天线中的接地片均为矩形接地片，矩形接地片长边的长度与微带馈电传输线所连矩形柔性介质基板边的长度相等，各组单极子天线中矩形接地片的长边分别与其所在矩形柔性介质基板面上连接对应微带馈电传输线另一端的边相重合。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各组单极子天线中的辐射贴片均为矩形辐射贴片，所述各组单极子天线中微带馈电传输线的一端分别与对应矩形辐射贴片一边的中点位置相连接，且微带馈电传输线与其所连边相垂直。
本发明所述一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计的柔性双面对称单极子1×2天线阵列，不仅扩展了天线的工作带宽，同时将天线增益提高了近一倍，并且以柔性介质基板为基础进行设计，将所设计天线阵列印制于柔性介质基板的两面，充分利用了介质基板的面积，结构紧凑，相较于传统天线阵列结构，具有尺寸较小的优点，并且利用柔性介质基板可弯曲的优点，易与弯曲表面共形，并可实现可穿戴的相关应用。
附图说明
图1是本发明所设计柔性双面对称单极子1×2天线阵列的投影结构示意图。
其中，1. 柔性介质基板，2. 辐射贴片，3. 微带馈电传输线，4. 接地片。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
为了满足无线通信产品体积小，携带方便，高稳定性等要求，天线相应的朝着平面化、小型化、宽带化、大容量、多功能等方向发展。而柔性电子技术是一门新兴的电子技术。它建立在柔性和可延性基板之上，以其独特的柔性和延展性以及高效、低成本的制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。其中，柔性衬底是柔性电子技术不同于传统电子技术的最突出的地方。柔性衬底不仅具有传统刚性基板的共同特性：绝缘性高和抗压强，它还具有自身独有的特性：柔韧性和薄膜性。柔韧性指衬底具有可绕曲甚至可折叠的特性；薄膜性指衬底厚度非常薄，这样既可降低材料的成本，又可减轻产品的重量。正因为柔性衬底重量轻、可弯曲、耐冲击、可直接粘贴裁剪，安装应用非常方便，既可以与弯曲表面共形，同时还可以实现可穿戴装备的应用，基于柔性衬底的功能材料与器件日益成为电子与材料等领域的研究与应用热点。
矩形平面单极子天线阻抗带宽大，辐射方向图在阻抗带宽内变化不大，几何形状简单易于调节优化，是一种性能良好的全向天线。其具有重量轻、全向特性好、成本低廉、体积小、易与电路板集成等优点，在现代无线通信系统中应用非常广泛。但是其单个天线增益较低，不适用于某些增益需求高的场合，因此更需其组成阵列来提高天线的增益。
如图1所示，本发明设计了一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列在实际应用当中，具体包括柔性介质基板1和两组单极子天线，其中，各组单极子天线分别均包括辐射贴片2、微带馈电传输线3和接地片4；其中，以垂直于柔性介质基板1的方向作为参考投影方向，各组单极子天线中的辐射贴片2分别设置于柔性介质基板1的正反两面上，两片辐射贴片2在参考投影方向上的投影彼此对应边相互对接，且两片辐射贴片2在参考投影方向上以彼此相对接边为轴呈轴对称；各组单极子天线中的微带馈电传输线3分别设置在对应辐射贴片2所在柔性介质基板1的设置面上，且微带馈电传输线3的位置不与对应辐射贴片2的位置重叠，各根微带馈电传输线3的一端分别与对应柔性介质基板1相连接，以两片辐射贴片2在参考投影方向上的彼此对接边为界，两根微带馈电传输线3分别与对应辐射贴片2位于界的同侧，且两根微带馈电传输线3在参考投影方向上以界为轴呈轴对称，各根微带馈电传输线3的另一端分别与其所在柔性介质基板1上设置面的边相对接；各组单极子天线中的接地片4分别设置于对应微带馈电传输线3所在柔性介质基板1设置面的另一面上，各片接地片4分别在参考投影方向上的投影，分别覆盖对应微带馈电传输线3上连接所在柔性介质基板1边缘的端部，且两片接地片4在参考投影方向上，以两片辐射贴片2在参考投影方向上彼此对接边为轴呈轴对称。
基于上述所设计技术方案，在进一步的具体实施应用当中，我们可以具体针对所述柔性介质基板1，设计为矩形柔性介质基板，所述矩形柔性介质基板上分别与所述各根微带馈电传输线3另一端相对接的边彼此平行，且各根微带馈电传输线3分别垂直于其所连矩形柔性介质基板的边；并且基于矩形柔性介质基板的设计，进一步针对各组单极子天线中的接地片4，均设计采用矩形接地片，矩形接地片长边的长度与微带馈电传输线3所连矩形柔性介质基板边的长度相等，各组单极子天线中矩形接地片的长边分别与其所在矩形柔性介质基板面上连接对应微带馈电传输线3另一端的边相重合；并且针对各组单极子天线中的辐射贴片2，均设计采用矩形辐射贴片，所述各组单极子天线中微带馈电传输线3的一端分别与对应矩形辐射贴片一边的中点位置相连接，且微带馈电传输线3与其所连边相垂直。
如此，所设计柔性双面对称单极子1×2天线阵列在实际应用当中，以矩形柔性介质基板、矩形接地片、矩形辐射贴片进行设计应用，其两片矩形辐射贴片不仅呈对称的形式分别印制于矩形柔性介质基板的两面，并且从平面投影上看，正是由于两个矩形辐射贴片之间无重叠部分，且完全对称于矩形柔性介质基板的两面结构，故其在空间上辐射增强，同相位的辐射叠加，具体表现为H面方向上辐射增强，E面方向有很小一部分辐射抵消，部分方向辐射仍然增强，此设计天线阵列仍然是全向的，由于同一相位方向上辐射增强，故其天线增益增加了近一倍。如若矩形辐射贴片之间有重叠部分，则两天线间耦合增强，不仅会使辐射抵消部分增多还会使天线方向图产生严重的畸变；如若矩形辐射贴片之间有缝隙部分，则无法充分利用矩形柔性介质基板面积，这样不仅使天线阵列尺寸增加，还会使辐射增强程度减弱，减小增益的增加量。而且如此设计矩形平面单极子天线的工作频率，由其矩形辐射贴片的大小决定，因此，调整矩形辐射贴片的面积，可以直接调节天线的工作频率。由于该两组单极天线阵为完全对称的结构，故若要改变天线工作频率，需同时调整两片矩形辐射贴片大小。不仅如此，对应于矩形平面单极子天线的工作频段，其中，针对微带馈电传输线3的长度，进一步设计为为工作频率下波长的四分之一，能够实现较好的匹配性能，并且针对微带馈电传输线3，设计采用SMA电缆线。
本发明所设计柔性双面对称单极子1×2天线阵列在实际的制造当中，其制造工艺可以采用半导体工艺、陶瓷工艺、激光工艺或印刷电路工艺，将天线阵列印制在很轻薄很柔软的矩形柔性介质基板之上；矩形柔性介质基板要采用损耗尽可能低的可弯曲的柔性材料，可以很轻薄很柔软，如：热塑性聚合物（PET、PEN），聚酰亚胺(PI)，液晶聚合物（LCP）等。
本发明所设计柔性双面对称单极子1×2天线阵列在实际应用当中，不仅扩展了天线的工作带宽，同时将天线增益提高了近一倍，并且以柔性介质基板1为基础进行设计，将所设计天线阵列印制于柔性介质基板1的两面，充分利用了介质基板的面积，结构紧凑，相较于传统天线阵列结构，具有尺寸较小的优点，并且利用柔性介质基板1可弯曲的优点，易与弯曲表面共形，并可实现可穿戴的相关应用。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，其特征在于：包括柔性介质基板（1）和两组单极子天线，其中，各组单极子天线分别均包括辐射贴片（2）、微带馈电传输线（3）和接地片（4）；其中，以垂直于柔性介质基板（1）的方向作为参考投影方向，各组单极子天线中的辐射贴片（2）分别设置于柔性介质基板（1）的正反两面上，两片辐射贴片（2）在参考投影方向上的投影彼此对应边相互对接，且两片辐射贴片（2）在参考投影方向上以彼此相对接边为轴呈轴对称；各组单极子天线中的微带馈电传输线（3）分别设置在对应辐射贴片（2）所在柔性介质基板（1）的设置面上，且微带馈电传输线（3）的位置不与对应辐射贴片（2）的位置重叠，各根微带馈电传输线（3）的一端分别与对应柔性介质基板（1）相连接，以两片辐射贴片（2）在参考投影方向上的彼此对接边为界，两根微带馈电传输线（3）分别与对应辐射贴片（2）位于界的同侧，且两根微带馈电传输线（3）在参考投影方向上以界为轴呈轴对称，各根微带馈电传输线（3）的另一端分别与其所在柔性介质基板（1）上设置面的边相对接；各组单极子天线中的接地片（4）分别设置于对应微带馈电传输线（3）所在柔性介质基板（1）设置面的另一面上，各片接地片（4）分别在参考投影方向上的投影，分别覆盖对应微带馈电传输线（3）上连接所在柔性介质基板（1）边缘的端部，且两片接地片（4）在参考投影方向上，以两片辐射贴片（2）在参考投影方向上彼此对接边为轴呈轴对称。
2.根据权利要求1所述一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，其特征在于：所述柔性介质基板（1）为矩形柔性介质基板，所述矩形柔性介质基板上分别与所述各根微带馈电传输线（3）另一端相对接的边彼此平行，且各根微带馈电传输线（3）分别垂直于其所连矩形柔性介质基板的边。
3.根据权利要求2所述一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，其特征在于：所述各组单极子天线中的接地片（4）均为矩形接地片，矩形接地片长边的长度与微带馈电传输线（3）所连矩形柔性介质基板边的长度相等，各组单极子天线中矩形接地片的长边分别与其所在矩形柔性介质基板面上连接对应微带馈电传输线（3）另一端的边相重合。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种柔性双面对称单极子1×2天线阵列，其特征在于：所述各组单极子天线中的辐射贴片（2）均为矩形辐射贴片，所述各组单极子天线中微带馈电传输线（3）的一端分别与对应矩形辐射贴片一边的中点位置相连接，且微带馈电传输线（3）与其所连边相垂直。
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