CN107302126B - 微型贴片天线 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多槽贴片天线。该多槽贴片天线包括：具有切角的中心贴片；具有变化宽度的多个条带，所述多个条带围绕所述中心贴片；以及具有变化宽度的多个槽，所述多个槽位于所述多个条带中的每一个条带之间，其中，所述多个槽中的一个槽位于所述多个条带中的第一条带和所述中心贴片之间。

Description

微型贴片天线
技术领域
在此描述的主题的实施例总体上涉及贴片天线（patch antenna）。更具体地，本主题的实施例涉及微型化定向贴片天线。
背景技术
现有技术充满了射频（RF）和微波天线的设计、结构和配置。这种天线用于许多不同的应用中，以无线地发送和接收传送信息或数据的信号。例如，现代建筑物、车辆、消费电子设备可以利用接收整个RF频谱上的信号的多个天线。通常，天线被设计为适应某些技术规范，并且期望的天线特性（例如，高的前后辐射比、更宽的带宽）通常需要更大尺寸的天线。天线尺寸是用于特定应用的关键参数，并且较大尺寸的天线可能限制可以使用天线的应用。
因此，期望的是对于较小天线期望天线特性最大化。此外，结合附图和前述技术领域和背景技术，从随后的详细描述和所附权利要求，其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种多槽贴片天线。该多槽贴片天线具有切角，且包括：中心贴片；具有变化宽度的多个条带，所述多个条带围绕中心贴片；以及具有变化宽度的多个槽，所述多个槽位于所述多个条带中的每一个条带之间，其中所述多个槽中的一个槽位于所述多个条带中的第一条带和所述中心贴片之间。
本发明的一些实施例提供一种贴片天线。该贴片天线包括具有切角的方形贴片，该正方形贴片包括：中心贴片；包括金属材料的多个环绕条带；以及包括介电材料的多个c形槽，所述多个c形槽中的每一个槽位于所述多个环绕条带中的两个条带之间。
提供本发明内容，以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选择。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
当结合以下附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以得出对主题的更完整的理解，其中在所有附图中相同的附图标记表示相似的元件。
图1是根据所公开的实施例的微型贴片天线的实施例的俯视图；
图2是根据所公开的实施例的微型贴片天线的实施例的侧视图；以及
图3是根据所公开的实施例的用于微型贴片天线的辐射图样的示图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是说明性的，并且不旨在限制本主题的实施例或这些实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。这里作为示例性描述的任何实施方式不一定解释为比其他实施方式优选或有利。此外，并不意图受在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
以本文所描述的方式配置的微型贴片天线可用于在针对可用于天线放置的空间有限的环境中接收和/或发射信号。微型贴片天线的相关应用可包括，但不限于，家庭和/或办公室应用、汽车应用、飞行器机载应用、消费电子应用、物联网（IoT）应用和/或微型贴片天线可以兼容的任何其他应用。
现在转到附图，图1是根据所公开的实施例的微型贴片天线100的实施例的俯视图。应当理解，图1描绘了微型贴片天线100的简化实施例，并且微型贴片天线100的一些实施方式可以包括其他的元件或部件。通常，贴片天线是在接地平面上方间隔开的单个矩形（或圆形）导电板。贴片天线由于其低外形和易于制造而具有吸引力。微型贴片天线100被配置为利用高的前后比来最大化效率、带宽和可扩展性，同时保持小的天线实现尺寸。以下描述提供关于这些特性的其他细节。
微型贴片天线100可利用铜或任何其他射频（RF）基质材料来实现。可使用特定材料来提高微型贴片天线100的天线效率。微型贴片天线100可以实现为刚性或共形（conformal）贴片天线。微型贴片天线100的示例性实施例产生百分之七十或更大的效率，并且具有适用波长（λ）的五分之一（1/5）至六分之一（1/6）的尺寸。
如图所示，微型贴片天线100是具有四个切角102的方形贴片天线。贴片中角部切割的尺寸被优化以使天线微型化。微型贴片天线100包括由多个条带104包围的中心贴片108。中心贴片108用于产生微型贴片天线100的主谐振。在某些实施例中，中心贴片108可以实现为不规则的多边形。例如，所示出的中心贴片108包括十个侧面，然而，应当理解，中心贴片108的其他实施方式可以包括更多或更少的多边形侧面。
多个条带104围绕中心贴片108。所示出的实施例包括围绕中心贴片108的三个条带104。然而，应当理解，其他实施例可以包括任何数目的条带104。特定数目（即，数量）的条带104用于微型贴片天线100，以获得高的前后比并且保持更小的尺寸。多个条带104具有变化的宽度（即，条带104不是线性的），并且通常利用用金属材料来实现。多个槽106中的每一个槽位于（i）中心贴片108和多个条带104中的一个条带之间或者（ii）多个条带104中的两个条带之间。类似于多个条带104，多个槽106具有变化的宽度。多个槽106通常利用介电材料来实现。多个槽106是“c形”的，并且所示出的实施例包括三个c形槽106。多个条带104、多个槽106和中心贴片108产生多谐振结构，这增加了天线带宽。条带104之间的间隙（即，多个槽106）被定义为调谐槽。这里，条带宽度（即，多个条带104中的每一个条带的宽度）和槽宽度（即，多个槽106中的每一个槽的宽度）是被优化以减少微型贴片天线100的天线后瓣辐射的参数。
多个条带104和多个槽106以周期性的交替图样定位。条带104和槽106的周期性图样是辐射材料（例如，条带104）和介电材料（例如，槽106）的重复图样，其产生高阻抗接地平面效应。条带104用作用于高阻抗接地平面的反射器，以将波反射回中心贴片108。多个条带104阻碍从微型贴片天线100的中心贴片108朝向外边缘110的波（即，发射信号）的传播。（如图所示，外边缘110围绕微型贴片天线100（包括中心贴片108、多个条带104和多个槽106）的外部）。
多个槽106中的每一个槽被配置为产生非常接近中心贴片108的谐振频率。这里，多个槽106的数量产生彼此非常接近并且与中心贴片108非常接近的相同数量的谐振频率，从而扩展微型贴片天线100的带宽。多个槽106被配置为扩展微型贴片天线100的带宽，并且还对微型贴片天线100的图样增添方向性。多个槽106中的每一个槽具有变化的宽度，并且每个槽106的宽度被优化以对微型贴片天线100的功能增添方向性。多个槽106中的每一个槽在一个方向上引导辐射信号，同时抑制另一个方向上的辐射。天线部件（中心贴片108和环绕条带104）被优化以增加主瓣辐射。三个C形槽可用作辐射元件，以保持辐射指向天线的前侧，而不是朝向后瓣辐射。
微型贴片天线100被配置为利用高的前后比来最大化效率、带宽和可扩展性，同时保持小的天线实现尺寸。微型贴片天线100的尺寸被选择为保持对位于微型贴片天线100周围的任何材料（例如印刷电路板）的高度隔离。该特征有助于提高微型贴片天线100的效率。
效率
天线效率也可以称为辐射效率，并且定义为天线辐射的总功率与天线从所连接的发射器接收的净功率之比。效率可以表示为百分比（小于100），并且是频率相关的。效率也可以用分贝来描述。效率经常随着天线尺寸的减小而减小。微型贴片天线100的实施例与大于百分之七十（>70％）的辐射效率水平相关联。在发送侧，显著的效率表示不需要为产生相同的信号强度而向微型贴片天线100提供更大量的功率。在接收侧，效率直接影响噪声性能。
带宽
在某些实施例中，微型贴片天线100使用2.4 GHz-2.48 GHz的中心频率。该频率范围表示当前由IEEE 802.11 Wi-Fi和IEEE 802.15.1蓝牙规范使用的频率范围。50-70 MHz的带宽与使用2.4 GHz的中心频率的微型贴片天线100的实施例相关联。然而，根据微型贴片天线100所使用的中心频率的可扩展性，绝对带宽是可变化的。
小尺寸/可扩展性
微型贴片天线100是可扩展的。微型贴片天线100的宽度和长度由中心频率和中心波长来确定。如上所述，微型贴片天线100的一些实施例被调谐到2.4 GHz的中心频率。然而，微型贴片天线100的其他实施例可以使用其他的中心频率和中心波长。在这些其他实施例中，中心波长和中心频率的比率保持相同，但是微型贴片天线100的长度和宽度的实际尺寸放大或缩小。例如，将微型贴片天线100减小到十分之一的尺寸，使得微型贴片天线100的可操作性为频率的十倍，而微型贴片天线100的所有其他特性保持相同。
微型贴片天线100的尺寸是可扩展的，并且被确定为适用波长的一部分。在某些实施例中，微型贴片天线100的尺寸为波长的八分之一（1/8）（即，λ/8，其中λ=波长）的长度。在一些实施例中，微型贴片天线100的尺寸为波长的七分之一（1/7）（即，λ/7）的长度。例如，当微型贴片天线100的尺寸为λ/7的长度并且被调谐到2.4 GHz的频率和12 cm的波长时，则微型贴片天线100的尺寸（即，长度）约为1.7-1.8 cm。然而，当微型贴片天线100被调谐到10GHz的频率和3 cm的波长时，可以应用相同的设计，那么微型贴片天线100的尺寸大约为4mm。
前后比
利用某些参数来限制辐射传播到后部，并且形成到微型贴片天线100的前部的能量。这些参数可以包括但不限于：条带104的特定数目（即，数量）、条带104的特定长度、以及条带104的特定宽度。图2是根据所公开的实施例的微型贴片天线200的实施例的侧视图。应当注意，微型贴片天线200可以利用图1中所示的微型贴片天线100来实现。在这点上，微型贴片天线200更详细地示出了微型贴片天线100的某些元件和部件。在所示出的实施例中，微型贴片天线200的前部在前向方向202上传播信号，同时限制信号在后向方向204上的传播。微型贴片天线200在前向方向202上比在后向方向204显著更多地辐射。这种高的前后比适用于微型贴片天线200的发射和接收功能。
图3是根据所公开的实施例的用于微型贴片天线的辐射图样300的示图。通常，辐射图样300根据远离天线的方向来定义天线所辐射的功率的变化。辐射图样300以极坐标中的图样示出，并且包括主瓣302、后瓣304和旁瓣306。瓣可以定义为由辐射图样300的相对较弱的辐射区域围绕的任何部分，并且各个瓣被示出为从辐射图样300突出的曲线图的任何部分。如图所示，辐射图样300指向主瓣302，示出了微型贴片天线是定向天线，其朝向天线的前部比朝向天线的后部更有效地辐射其能量。
在此可以根据功能和/或逻辑块组件，并且参考可以由各种计算组件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示，来描述工艺和技术。这样的操作、任务和功能有时被称为计算机执行、计算机化、软件实现或计算机实现。在实践中，一个或多个处理器设备可以通过操纵表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其他处理，来执行所描述的操作、任务和功能。维持数据位的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光或有机特性的物理位置。应当理解，附图中所示的各种块组件可以由被配置为执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如，系统或组件的实施例可以采用各种集成电路组件（例如存储器元件，数字信号处理元件，逻辑元件，查找表等），其可以在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。
本发明涉及“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用的，除非另有明确说明，“连接”是指一个元件/节点/特征直接接合到另一元件/节点/特征（或直接地与其通信），而不一定是机械地接合。同样地，除非另有明确说明，否则“耦接”是指一个元件/节点/特征直接或间接地接合到另一个元件/节点/特征（或直接或间接地与其通信），而不一定是机械地接合。
此外，仅为了参考目的，也可以在本发明中使用某些术语，因此不旨在限制。例如，诸如“上”、“下”、“上方”和“下方”的术语是指参考附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后面”，“侧”，“外侧”和“内侧”的术语描述了在一致但任意的参考系中的组件的部分的取向和/或方位，这通过参考描述所讨论的组件的上下文和相关附图而变得清楚。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、其派生词和类似含义的词语。类似地，除非上下文清楚地指出，否则术语“第一”、“第二”和其他这样的指代结构的数字术语不暗示序列或顺序。
为了简洁起见，在此不详细描述与射频（RF）天线设计和RF信号传播相关的常规技术。此外，本领域技术人员将理解，本文所描述的微型贴片天线的实施例可以结合任何数目的应用和安装来实施。
虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，本文所描述的一个或多个示例性实施例不旨在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的一个或多个实施例的方便的路线图。应当理解，在不背离由权利要求限定的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变，这些改变包括在提交本专利申请时已知的等同物和可预见的等同物。

Claims (10)

1.一种多槽贴片天线，所述多槽贴片天线具有切角，所述多槽贴片天线包括：
中心贴片；
具有变化宽度的多个条带，所述多个条带围绕所述中心贴片；以及
具有变化宽度的多个槽，所述多个槽包括位于所述多个条带中的相邻的条带之间的槽以及位于所述多个条带中的第一条带和所述中心贴片之间的一个槽。
2.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多个条带中的每一个条带包括金属材料；并且
其中，所述多个槽中的每一个槽包括介电材料。
3.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多个槽的每一个槽为c形槽。
4.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多个槽包括三个c形槽。
5.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多槽贴片天线的尺寸长度为六分之一波长。
6.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多槽贴片天线的尺寸长度为五分之一波长。
7.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多槽贴片天线被配置为使用2.4-2.48 GHz的中心频率范围。
8.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多个条带布置为使得每一个条带的宽度都不是线性的。
9.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多个条带和所述多个槽以包括辐射材料和介电材料的重复图样的周期性图样布置；并且
其中，所述周期性图样产生高阻抗接地平面效应。
10.根据权利要求1所述的多槽贴片天线，其中，所述多槽贴片天线为共形多槽贴片天线。
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