CN108550976B - 超宽带微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带微带天线，包括底板、馈电线、电路板和外罩，外罩罩设于底板外，电路板设于底板与外罩之间，馈电线一端穿过底板与电路板相连接，电路板上设有高频辐射单元和低频辐射单元，高频辐射单元和低频辐射单元分别设置于电路板的正、反两面，馈电线一端依次与低频辐射单元、高频辐射单元连接，高频辐射单元上开设有第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙与第二缝隙的长度不同，第一缝隙和第二缝隙设置于高频辐射单元的边缘，低频辐射单元上开设有第五缝隙，第五缝隙设置于低频辐射单元的边缘。上述天线的辐射方向图不会发生畸变，信号一致性好，大大提高了通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及通信信号天线，特别涉及一种超宽带微带天线。
背景技术
随着通信技术的迅猛发展，天线作为无线信号发射、接收的关键设备，在功能、体积、重量上发生了巨大的变化。通信设备的体积越来也小、功能越来越复杂，必然要求所带天线越来越薄，覆盖的频段越来越多，增益较高，满足嵌入式安装需求。微带超宽带天线现已成为研究热点，其体积小、重量轻、低剖面、成本低、能与载体共形、易与有源器件、电路集成为统一的组件等优势，在移动通信和个人无线设备中得到广泛的应用。
现有的超宽带微带天线在实现超宽带的同时，其方向图随着频带的增加出现了畸变这一现象一直没有得到很好的解决，例如专利号为201210116720.5公开了一种具有带阻特性的小型超宽带微带天线，其工作频段达到3~10.9GHz，在4.9~5.9GHz形成阻带效应，其阻带效应通过在介质板（20）的背面引入椭圆贴片实现。但在图3中9GHz的方向图明显产生畸变，由理论上的圆型呈现一大一小的8字形。
此外，专利201310134927.X提出双阻带超宽带微带天线的思路，利用在辐射单元3上开两条槽4和槽5实现在3.0~3.8及5.0~5.8两个频段内的掐波功能，但其方向图在4GHz和6GHz仍畸变明显。由于方向图的畸变使得在同一地点接收到的信号强度高低频不一致，甚至出现盲区，造成通信质量的下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、频带宽、结构紧凑、一致性好、通信质量好的超宽带微带天线，至少能够解决上述问题之一。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种超宽带微带天线，包括底板、馈电线、电路板和外罩，外罩罩设于底板外，电路板设于底板与外罩之间，馈电线一端穿过底板与电路板相连接，电路板上设有高频辐射单元和低频辐射单元，高频辐射单元和低频辐射单元分别设置于电路板的正、反两面，馈电线一端依次与低频辐射单元、高频辐射单元连接，高频辐射单元上开设有第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙与第二缝隙的长度不同，第一缝隙和第二缝隙设置于高频辐射单元的边缘，低频辐射单元上开设有第五缝隙，第五缝隙设置于低频辐射单元的边缘。
由此，本发明采用超薄印制的电路板代替体积较大的喇叭等体积较大的接收器，使得内部空间大大减小，占用空间小；电路板的正反两面分别设置高频辐射单元和低频辐射单元，且高频辐射单元上开设有第一缝隙和第二缝隙，使得天线在相应的频段上谐振，从而增加天线工作的带宽；低频辐射单元上开设有第五缝隙，第五缝隙可以引起一陷波，使得天线在低频与高频之间不需要工作的频段呈阻带效应，代替滤波器有效滤除天线工作时其他非工作频段带来的影响，滤除效果较好；上述天线的辐射方向图不会发生畸变，信号一致性好，大大提高了通信质量。
在一些实施方式中，高频辐射单元上还开设有第三缝隙和第四缝隙，第三缝隙为圆形缝隙，第四缝隙为棒条形缝隙，第四缝隙呈放射形分布于第三缝隙的一侧。由于高频辐射单元上设有不同长度的第一缝隙和第二缝隙，工作时会引起天线表面电流混乱，易造成天线的辐射效率的降低，使得天线在工作带宽内增益一致性较差，通过在高频辐射单元上设置一圆形的第三缝隙和一放射状的第四缝隙来平衡高频辐射单元的表面电流，使得各频段的增益保持均衡。
在一些实施方式中，超宽带微带天线还包括耦合连接件，耦合连接件设置于底板和低频辐射单元之间，耦合连接件的一端与低频辐射单元相配合。由此，耦合连接件设置于低频辐射单元的底部且与低频辐射单元形成强耦合效应，进而拓宽低频工作频带。
在一些实施方式中，电路板上设有调节枝节，调节枝节两端分别连接高频辐射单元和馈电线。由此，调节枝节用于调节高频辐射单元的驻波。
在一些实施方式中，高频辐射单元为矩形或者椭圆形。
在一些实施方式中，底板边缘设有卡槽，外罩边缘设有卡扣，卡扣与卡槽相扣合。由此，外罩上的卡扣与底板上的卡槽相扣合，安装拆卸方便，而且不影响信号。
在一些实施方式中，底板上设有限位梢，电路板上设有限位孔，限位孔与限位梢相配合。由此，电路板可拆卸安装于底板上，限位孔与限位梢的设置能有效避免电路板错位或者反向安装。
本发明的有益效果为：
采用超薄印制的电路板代替体积较大的喇叭等体积较大的接收器，使得内部空间大大减小，占用空间小；电路板的正反两面分别设置高频辐射单元和低频辐射单元，高频辐射单元上开设有第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙，第一缝隙和第二缝隙的设置使得天线在相应的频段上谐振，从而增加天线工作的带宽；第三缝隙为圆形缝隙，第四缝隙为棒条形缝隙，第四缝隙呈放射形分布于第三缝隙的一侧，由于高频辐射单元上设有不同长度的第一缝隙和第二缝隙，工作时会引起天线表面电流混乱，易造成天线的辐射效率的降低，使得天线在工作带宽内增益一致性较差，通过在高频辐射单元上设置一圆形的第三缝隙和一放射状的第四缝隙来平衡高频辐射单元的表面电流，使得各频段的增益保持均衡；低频辐射单元上开设有第五缝隙，第五缝隙可以引起一陷波，使得天线在低频与高频之间不需要工作的频段呈阻带效应，代替滤波器有效滤除天线工作时其他非工作频段带来的影响，滤除效果较好；还包括耦合连接件，耦合连接件设置于底板和低频辐射单元之间，耦合连接件设置于低频辐射单元的底部且与低频辐射单元形成强耦合效应，进而拓宽低频工作频带；上述天线的辐射方向图不会发生畸变，信号一致性好，大大提高了通信质量。因此，本发明的超宽带微带天线具有体积小、频带宽、结构紧凑、一致性好、通信质量好等优点。
附图说明
图1为本发明一实施方式的超宽带微带天线的结构示意图；
图2为图1所示的超宽带微带天线的俯视示意图；
图3为图2所示的超宽带微带天线的电路板正面的高频辐射单元的结构示意图；
图4为图2所示的超宽带微带天线的电路板反面的低频辐射单元的结构示意图；
图5为图1所示的超宽带微带天线在800MHz的辐射方向图；
图6为图1所示的超宽带微带天线在4000MHz的辐射方向图；
图7为图1所示的超宽带微带天线的底板的结构示意图；
图8为图1所示的超宽带微带天线的外罩的结构示意图；
图9为实施例2的超宽带微带天线的底板的结构示意图；
图10为实施例2的超宽带微带天线的外罩的结构示意图。
图1~10中的附图标记：1-底板；2-电路板；3-外罩；4-馈电线；5耦合连接件；11-卡槽；12-加强筋；13-限位梢；14-连接孔；15-安装梢；21-高频辐射单元；22-低频辐射单元；23-限位孔；24-馈电芯；31-卡扣；51-安装孔；121-同心圆状加强筋；122-直径条状加强筋；211-第一缝隙；212-第二缝隙；213-第三缝隙；214-第四缝隙；215-调节枝节；221-第五缝隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1~8所示，该超宽带微带天线包括底板1、馈电线4、电路板2和外罩3。外罩3罩设于底板1外，电路板2设于底板1与外罩3之间。馈电线4的一端穿过底板1与电路板2相连接，另一端为接头，用于外接电源和数据。本实施方式的电路板2为印制电路板2，电路板2上设有高频辐射单元21和低频辐射单元22。高频辐射单元21蚀刻于电路板2的正面，低频辐射单元22蚀刻于电路板2的反面，馈电线4的一端穿过底板1依次与低频辐射单元22、高频辐射单元21连接。本实施方式的超宽带微带天线采用超薄印制的电路板2作为接受器，使得内部空间大大减小，从而使得天线整体的体积变小，占用空间变小，方便安装和使用，而且印制电路板2结构的电路板2效率高，一致性较好。
如图2和图3所示，本实施方式的高频辐射单元21可以是矩形或者椭圆形等形状，本实施方式的高频辐射单元21为不规则矩形。高频辐射单元21呈45°放置于电路板2的右上角，高频辐射单元21上开设有第一缝隙211、第二缝隙212、第三缝隙213和第四缝隙214。第一缝隙211和第二缝隙212设置于高频辐射单元21的边缘。第一缝隙211与第二缝隙212的形状可以根据需要进行设置，本实施方式的第一缝隙211为“T”形缝隙，第二缝隙212为回形缝隙。第一缝隙211与第二缝隙212的长度不同，第一缝隙的长度为23~25mm，第二缝隙的长度为40~45mm。第一缝隙211与第二缝隙212的宽度相同，缝隙宽度均为2~3mm。第一缝隙211的深度约为频带中心频点对应的四分之一波长，该频带中心频点对应为3.5GHz。第二缝隙212的深度约为频带中心频点对应的四分之一波长，该频带中心频点对应为1.8GHz。由此，在高频辐射单元21上开设有第一缝隙211、第二缝隙212等多个缝隙，使得天线在相应的频段上谐振，从而增加天线工作的带宽。第三缝隙213、第四缝隙214与第一缝隙211、第二缝隙212不同，第三缝隙213和第四缝隙214设置于第一缝隙211和第二缝隙212的右上侧且设置于高频辐射单元21的内部。本实施方式的第三缝隙213为圆形缝隙，第三缝隙213的直径为8~10mm。第四缝隙214为棒条形缝隙，第四缝隙214呈放射形分布于第三缝隙213的右上侧。第四缝隙的长度为8~10mm，宽度为0.8~1.2mm。由于高频辐射单元21上设有不同长度的第一缝隙211和第二缝隙212，工作时会引起天线表面电流混乱，易造成天线的辐射效率的降低，使得天线在工作带宽内增益一致性较差，通过在高频辐射单元21上设置一圆形的第三缝隙213和一放射状的第四缝隙214来平衡高频辐射单元21的表面电流，使得各频段的增益保持均衡。
如图2和图4所示，本实施方式的低频辐射单元22上开设有第五缝隙221，第五缝隙221设置于低频辐射单元22的边缘。本实施方式的低频辐射单元22呈矩形，其右上角部分去除以避免影响正面高频辐射单元21的电磁波辐射。第五缝隙221设置于低频辐射单元22发斜切边的中部。第五缝隙221为条形缝隙，长度为18~20mm，宽度均为1~2mm。第五缝隙221的深度约为频带中心频点对应的四分之一波长，该频中心频点对应为1.3GHz。第五缝隙221可以引起一陷波，使得天线在低频与高频之间不需要工作的频段呈阻带效应，代替滤波器有效滤除天线工作时其他非工作频段带来的影响，滤除效果较好。
如图1和图7所示，本实施方式的超宽带微带天线还包括耦合连接件5，耦合连接件5设置于底板1和低频辐射单元22之间，耦合连接件5的一端与低频辐射单元22相配合。耦合连接件5可以是铝或铜或者其他金属材料制作的介质板结构，本实施方式的耦合连接件5为耦合铝片。耦合连接件5设置于低频辐射单元22的底部，底板1的左端设有安装梢15，耦合连接件51上设有安装孔51，安装孔51与安装梢15相配合。由此，安装耦合连接件5时，只需要将耦合连接件5左端的安装孔51对准安装梢15扣合即可。安装电路板2后，耦合连接件5的右端位于低频辐射单元22的底部且与低频辐射单元22相抵。由此，耦合连接件5与低频辐射单元22之间可以形成强耦合效应，进而可以拓宽低频工作频带。
此外，本实施方式的电路板2上还设有调节枝节215，调节枝节215设置于高频辐射单元21的左下侧，调节枝节215一端与高频辐射单元21相连通，另一端连接至馈电线4。本实施方式的调节枝节215为两个，调节枝节215用于调节高频辐射单元21的驻波。
如图5和6所示，本发明的天线在工作频段内呈现全向辐射，如图4所示，在角度为0°和180°时辐射达到最强，如图5所示，在角度为0°和180°时辐射达到最强，而且在高频（4000MHz）以及低频（800MHz）时均不会发生畸变，表明天线具有良好而稳定的全向辐射特性，信号一致性好，通信质量好，适用于超宽带无线通信技术领域。
如图7和图8所示，本实施方式的底板1与外罩3上均设有多条加强筋12，多条加强筋12纵横交错设置，由此，大大提高了底板1和外罩3的强度，从而使得底板1和外罩3不易断裂，大大提高了使用寿命。底板1的边缘设有多个卡槽11，外罩3的边缘设有多个卡扣31，卡扣31与卡槽11相扣合，而外罩3的直径大于底板1的直径，从而外罩3可以与底板1扣合，相比传统的使用螺丝固定的方法，本实施方式的扣合方式更为简单，而且安装拆卸方便。本实施方式的超宽带微带天线的底板1与外罩3为矩形超薄板状结构，板状结构的一致性好，扣合后整体结构比较稳定，而且占用空间小。底板1与外罩3上均设有多条加强筋12，多条加强筋12纵横交错设置，电路板2设置于加强筋12上。由此，加强筋12的设置大大提高了底板1和外罩3的强度，从而使得底板1和外罩3不易断裂，进而提高了使用寿命。
电路板2可拆卸安装于底板1上，底板1上设有限位梢13，限位稍固定设于底板1上。电路板2上开设有限位孔23，限位孔23与限位梢13相配合。本发明的限位梢13和限位孔23均为两个。电路板2可以固定安装于底板1上，两个限位孔23与两个限位梢13的设置可以有效避免电路板2错位或者反向安装，大大提高了安装效率。
底板1中心设有连接孔14，电路板2上设有馈电芯24，馈电线4的一端穿过底板1上的连接孔14焊接至电路板2的馈电芯24处。连接孔14的设置方便馈电线4与电路板2的连接。
实施例2
本实施例中的超宽带微带天线与实施例1中的结构大致相同，其区别在于，本实施方式中的底板和外罩的结构不同。
如图9和图10所示，本实施方式的底板1与外罩3为圆形，底板1与外罩3上均设有多条加强筋12，多条加强筋12交错设置。本实施方式的宽频带吸顶天线的底板1与外罩3上的加强筋12均包括同心圆状加强筋121和直径条状加强筋122，同心圆状加强筋121和直径条状加强筋122交叉交错分布。由此，大大提高了底板1和外罩3的强度，从而使得底板1和外罩3不易断裂，大大提高了使用寿命。
底板1边缘设有多个卡槽11，外罩3边缘设有多个卡扣31，本实施方式的卡扣31与卡槽11均为四个。四个卡扣31与四个卡槽11相扣合，而外罩3的直径大于底板1的直径，从而外罩3可以与底板1扣合。相比现有技术的使用螺丝固定的方法，本实用新型的扣合方式更为简单，而且安装拆卸方便。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
Claims (4)
1.超宽带微带天线，包括底板(1)、馈电线(4)、电路板(2)和外罩(3)，所述外罩(3)罩设于底板(1)外，所述电路板(2)设于底板(1)与外罩(3)之间，所述馈电线(4)一端穿过底板(1)与电路板(2)相连接，其特征在于，所述电路板(2)上设有高频辐射单元(21)和低频辐射单元(22)，所述高频辐射单元(21)和低频辐射单元(22)分别设置于电路板(2)的正、反两面，所述馈电线(4)一端依次与低频辐射单元(22)、高频辐射单元(21)连接，所述高频辐射单元(21)上开设有第一缝隙(211)和第二缝隙(212)，所述第一缝隙(211)与第二缝隙(212)的长度不同，所述第一缝隙(211)和第二缝隙(212)设置于高频辐射单元(21)的边缘，所述低频辐射单元(22)上开设有第五缝隙(221)，所述第五缝隙(221)设置于低频辐射单元(22)的边缘；
所述高频辐射单元(21)上还开设有第三缝隙(213)和第四缝隙(214)，所述第三缝隙(213)为圆形缝隙，所述第四缝隙(214)为棒条形缝隙，所述第四缝隙(214)呈放射形分布于第三缝隙(213)的一侧；
还包括耦合连接件(5)，所述耦合连接件(5)设置于底板(1)和低频辐射单元(22)之间，所述耦合连接件(5)与低频辐射单元(22)形成强耦合效应；
所述电路板(2)上设有调节枝节(215)，所述调节枝节(215)两端分别连接高频辐射单元(21)和馈电线(4)。
2.根据权利要求1所述的超宽带微带天线，其特征在于，所述高频辐射单元(21)为矩形或者椭圆形。
3.根据权利要求1~2任一项所述的超宽带微带天线，其特征在于，所述底板(1)边缘设有卡槽(11)，所述外罩(3)的边缘设有卡扣(31)，所述卡扣(31)与卡槽(11)相扣合。
4.根据权利要求1~2任一项所述的超宽带微带天线，其特征在于，所述底板(1)上设有限位梢(13)，所述电路板(2)上设有限位孔(23)，所述限位孔(23)与限位梢(13)相配合。
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