CN107248617A - 微带贴片天线 - Google Patents

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苏道
苏道一
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Abstract

本发明涉及一种微带贴片天线，包括第一电路板、第一馈电电缆、第二馈电电缆、第二电路板、第三电路板及辐射贴片，第一射频信号通过第一馈电电缆传输到第一微带线路，经由所述第一传输线路耦合到所述第一耦合段，再经由第一耦合段耦合至第二电路板的上沿，通过辐射贴片辐射至空间；第二射频信号通过第二馈电电缆传输到第二微带线路，经由第二传输线路耦合到第二耦合段，再经由第二耦合段耦合至第三电路板的上沿，通过辐射贴片辐射至空间。通过耦合的方式将第一、第二射频信号耦合到第二、第三电路板上沿，再通过耦合的方式耦合到辐射贴片，大大展宽了天线的工作带宽，而且采用微带贴片天线的方式，体积小、质量轻。

Description

微带贴片天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种微带贴片天线。
背景技术
近些年来，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备，在功能、设计及制造工艺上都发生了巨大变化。通信设备的体积越来越小，基站的铁塔上的天线越来越多，铁塔也不堪重负要求天线必须小型化。
微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形、易于制造、成本低、易于与有源器件和电路集成，在移动通信和个人通信以及无人机设备和智能家居设备中，得到了广泛的应用，拥有巨大的市场价值。
无线通信系统的迅速发展，要求新的无线装置和系统满足多个不同的用户需求，需要有多个频率和模式的装置，如移动电话、无线局域网(WLAN)以及无线个人网(WPAN)，对天线的要求是：相对带宽宽，增益较高，小的物理尺寸，具有多功能、满足嵌入安装等等。而频带窄恰恰是微带天线的主要缺点，典型的微带天线相对带宽为1％，远不能满足目前系统的要求。因此，急需设计一种兼具微带天线体积小、重量轻又具有相对带宽宽的天线。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种体积小、重量轻且具有相对带宽较宽的微带贴片天线。
一种微带贴片天线，包括：
第一电路板，形成有相互独立的第一微带线路及第二微带线路；
第一馈电电缆及第二馈电电缆，分别设置于所述第一电路板上，所述第一馈电电缆与所述第一微带线路电连接，所述第二馈电电缆与所述第二微带线路电连接；
第二电路板及第三电路板，相互交叉设置，所述第二电路板与所述第三电路板分别垂直设置于所述第一电路板上，所述第二电路板上形成有第一传输线路及第一耦合段，所述第一传输线路与所述第一微带线路电连接，第一射频信号经由所述第一传输线路耦合到所述第一耦合段，再经由所述第一耦合段耦合至所述第二电路板的上沿，所述第三电路板上形成有第二传输线路及第二耦合段，所述第二传输线路与所述第二微带线路电连接，第二射频信号经由所述第二传输线路耦合到所述第二耦合段，再经由所述第二耦合段耦合至所述第三电路板的上沿；及
辐射贴片，设置于所述第二电路板与所述第三电路板的上沿，所述第一射频信号及所述第二射频信号通过所述辐射贴片辐射至空间。
在其中一个实施例中，所述第二电路板与所述第三电路板垂直相交设置。
在其中一个实施例中，所述第一传输线路与所述第二电路板的上沿具有间距。
在其中一个实施例中，所述第二传输线路与所述第三电路板的上沿具有间距。
在其中一个实施例中，所述辐射贴片为金属片或者覆铜的介质板。
在其中一个实施例中，还包括金属板，所述第一电路板固定于所述金属板上。
在其中一个实施例中，所述第二电路板的底部开设有桥型缺口。
在其中一个实施例中，所述第二电路板与所述第三电路板均为两面覆铜的高频介质PCB板。
在其中一个实施例中，所述第一馈电电缆与所述第二馈电电缆分别通过锡焊焊接的方式固定于所述第一电路板上。
在其中一个实施例中，所述第一电路板上还设置有第一接地线路及第二接地线路，所述第一接地线路与所述第一微带线路电连接，所述第二接地线路与所述第二微带线路电连接。
上述微带贴片天线至少具有以下优点：
第一馈电电缆与第一微带线路电连接，因此第一射频信号通过第一馈电电缆传输到第一微带线路，经由所述第一传输线路耦合到所述第一耦合段，再经由第一耦合段耦合至第二电路板的上沿，通过辐射贴片辐射至空间；第二馈电电缆与第二微带线路电连接，因此第二射频信号通过第二馈电电缆传输到第二微带线路，经由第二传输线路耦合到第二耦合段，再经由第二耦合段耦合至第三电路板的上沿，通过辐射贴片辐射至空间。通过耦合的方式将第一、第二射频信号耦合到第二、第三电路板上沿，再通过耦合的方式耦合到辐射贴片，大大展宽了天线的工作带宽，而且采用微带贴片天线的方式，体积小、质量轻。第一、第二馈电电缆分别馈电，天线可以辐射两种极化正交的电磁波。
附图说明
图1为一实施方式中的微带贴片天线的结构示意图；
图2为图1所示微带贴片天线的侧视图；
图3为图1所示微带贴片天线的俯视图；
图4为图1所示微带贴片天线的电压驻波比仿真曲线图；
图5为图1所示微带贴片天线在多个频率下的辐射方向图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
请一并参阅图1及图3，为一实施方式中的微带贴片天线10。该微带贴片天线10体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形又具有相对带宽大于40％。具体到本实施方式中，微带贴片天线10包括第一电路板100、第一馈电电缆200、第二馈电电缆300、第二电路板400、第三电路板500及辐射贴片600。
第一电路板100上形成有相互独立的第一微带线路110及第二微带线路120。第一电路板100可以为PCB板，采用印制的方式印刷第一微带线路110及第二微带线路120。当然，在其它的实施方式中，第一电路板100也可以为导电的电路板即可，采用其它的方式在第一电路板100上形成第一微带线路110与第二微带线路120。
具体到本实施方式中，第一电路板100上还形成有第一接地电路130及第二接地电路140，第一接地线路130与第一微带线路110电连接，第二接地线路140与第二微带线路120电连接。第一接地线路130与第二接地线路140分别接地，以起到直流保护作用。
第一馈电电缆200及第二馈电电缆300分别设置于第一电路板100上。具体地，第一馈电电缆200及第二馈电电缆300分别通过锡焊焊接的方式固定于第一电路板100上，使第一馈电电缆200及第二馈电电缆300更稳固地固定于第一电路板100上。第一馈电电缆200与第一微带线路110电连接，因此第一射频信号通过第一馈电电缆200传输到第一微带线路110。第二馈电电缆300与第二微带线路120电连接，因此第二射频信号通过第二馈电电缆300传输到第二微带线路120。
具体到本实施方式中，第一馈电电缆200及第二馈电电缆300分别馈电，第一馈电电缆200与第二馈电电缆300输入的信号相位差为0，因此通过相互垂直的第二电路板400与第三电路板500保证输入的第一射频信号和第二射频信号以两种极化的电磁波辐射出去。当然，在其它的实施方式中，第一馈电电缆200与第二馈电电缆300输入的信号相位差为90°，天线辐射圆极化电磁波。因此，可以根据需要改变辐射电磁波的极化方式。
第二电路板400及第三电路板500相互交叉设置，第二电路板400与第三电路板500分别垂直设置于第一电路板100上，第二电路板400与第三电路板500可以为两面覆铜的高频介质PCB板。需要指出的是，第二电路板400与第三电路板500并非一定完全垂直于第一电路板100，应当允许一定的误差范围，只要符合要求即可。第二电路板400与第三电路板500垂直相交，以形成相互垂直放置的巴伦，以保证输入的两个射频信号以两种极化的电磁波辐射出去。当然，在其它的实施方式中，第二电路板400与第三电路板500还可以呈其它夹角相交设置。
第二电路板400上形成有第一传输线路410及第一耦合段420，第一传输线路410与第一微带线路110电连接，第一射频信号经由第一传输线路410耦合到第一耦合段420，再经由第一耦合段420耦合至第二电路板400的上沿。第一传输线路410与第二电路板400的上沿具有间距L。可以通过调整间距L的大小，来改变天线工作中心频率和阻抗带宽。
第二电路板400的底部开设有桥型缺口400a，延长了电流的传输路径，进一步降低了天线的整体高度。
具体到本实施方式中，第一耦合段420的直径小于第一传输线路410的直径，因此第一耦合段420的阻抗较大，带宽较宽，容易匹配。可以通过调节第一耦合段420的长度和宽度，改变天线的中心频率。第一耦合段420可以为包括多段线段的折线，因此可以加长工作的中心频率变化。第一耦合段420的路程越长，波长越大。当然，在其它的实施方式中，第一耦合段420也可以为直线。
第三电路板500上形成有第二传输线路510及第二耦合段520，第二传输线路510与第二微带线路120电连接，第二射频信号经由第二传输线路510耦合到第二耦合段520，再经由第二耦合段520耦合至第三电路板500的上沿。第二传输线路510与第三电路板500的上沿具有间距。
具体到本实施方式中，第二耦合段520的直径小于第二传输线路510的直径，因此第二耦合段520的阻抗较大，带宽较宽，容易匹配。可以通过调节第二耦合段520的长度和宽度，改变天线的中心频率。第二耦合段520可以为包括多段线段的折线，因此可以加长工作的中心频率变化。第二耦合段520的路程越长，波长越大。当然，在其它的实施方式中，第二耦合段520也可以为直线。
辐射贴片600设置于第二电路板400与第三电路板500的上沿，且辐射贴片600与第一电路板100相互平行设置，第一射频信号及第二射频信号通过辐射贴片600辐射至空间。具体到本实施方式中，辐射贴片600可以为金属片或者覆铜的介质板。
具体到本实施方式中，辐射贴片600大致呈矩形，辐射贴片600的两条对角线分别与第二电路板400及第三电路板500相平行，以减小天线的整体尺寸。例如，第二电路板400与第三电路垂直相交时，辐射贴片600为正方形，辐射贴片600的两条对角线分别与第二电路板400与第三电路板500相平行。
具体到本实施方式中，还包括金属板700，第一电路板100固定于金属板700上。然后整个天线通过金属板700固定于目标物上。
请参阅图4及图5，本实施方式中，微带贴片天线的整体高度低于20mm，在保证辐射方向图满足要求的情况下，微带贴片天线的频段为1.65GHz-2.57GHz范围内的电压驻波比<2.0，相对带宽为43.6％。图4中，横向X轴表示频段，竖向Y轴表示电压驻波比。图5中，曲线A表示在1.7GHz频段的天线方向图，曲线B表示在1805GHz频段的天线方向图，曲线C表示在1.9GHz频段的天线方向图，曲线D表示在2.0GHz频段的天线方向图，曲线E表示在2.3GHz频段的天线方向图，曲线F表示在2.6GHz频段的天线方向图。
上述微带贴片天线10至少具有以下优点：
第一射频信号通过第一馈电电缆200传输到第一微带线路110，经由所述第一传输线路410耦合到所述第一耦合段420，再经由第一耦合段420耦合至第二电路板400的上沿，通过辐射贴片600辐射至空间。第二射频信号通过第二馈电电缆300传输到第二微带线路120，经由第二传输线路510耦合到第二耦合段520，再经由第二耦合段520耦合至第三电路板500的上沿，通过辐射贴片600辐射至空间。通过耦合的方式将第一、第二射频信号耦合到第二、第三电路板500上沿，再通过耦合的方式耦合到辐射贴片600，大大展宽了天线的工作带宽，而且采用微带贴片天线10的方式，体积小、质量轻。第一、第二馈电电缆300分别馈电，天线可以辐射两种极化正交的电磁波。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微带贴片天线，其特征在于，包括：
第一电路板，形成有相互独立的第一微带线路及第二微带线路；
第一馈电电缆及第二馈电电缆，分别设置于所述第一电路板上，所述第一馈电电缆与所述第一微带线路电连接，所述第二馈电电缆与所述第二微带线路电连接；
第二电路板及第三电路板，相互交叉设置，所述第二电路板与所述第三电路板分别垂直设置于所述第一电路板上，所述第二电路板上形成有第一传输线路及第一耦合段，所述第一传输线路与所述第一微带线路电连接，第一射频信号经由所述第一传输线路耦合到所述第一耦合段，再经由所述第一耦合段耦合至所述第二电路板的上沿，所述第三电路板上形成有第二传输线路及第二耦合段，所述第二传输线路与所述第二微带线路电连接，第二射频信号经由所述第二传输线路耦合到所述第二耦合段，再经由所述第二耦合段耦合至所述第三电路板的上沿；及
辐射贴片，设置于所述第二电路板与所述第三电路板的上沿，所述第一射频信号及所述第二射频信号通过所述辐射贴片辐射至空间。
2.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第二电路板与所述第三电路板垂直相交设置。
3.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第一传输线路与所述第二电路板的上沿具有间距。
4.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第二传输线路与所述第三电路板的上沿具有间距。
5.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片为金属片或者覆铜的介质板。
6.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，还包括金属板，所述第一电路板固定于所述金属板上。
7.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第二电路板的底部开设有桥型缺口。
8.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第二电路板与所述第三电路板均为两面覆铜的高频介质PCB板。
9.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第一馈电电缆与所述第二馈电电缆分别通过锡焊焊接的方式固定于所述第一电路板上。
10.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第一电路板上还设置有第一接地线路及第二接地线路，所述第一接地线路与所述第一微带线路电连接，所述第二接地线路与所述第二微带线路电连接。
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