CN110098472A - 一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线 - Google Patents

一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110098472A
CN110098472A CN201910310504.6A CN201910310504A CN110098472A CN 110098472 A CN110098472 A CN 110098472A CN 201910310504 A CN201910310504 A CN 201910310504A CN 110098472 A CN110098472 A CN 110098472A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vhf
high frequency
shf band
earth plate
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910310504.6A
Other languages
English (en)
Inventor
薛泉
孙远发
廖绍伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201910310504.6A priority Critical patent/CN110098472A/zh
Publication of CN110098472A publication Critical patent/CN110098472A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，包括同轴线、平行设置的辐射贴片和接地板，所述同轴线穿过所述接地板与辐射贴片相连接，所述的辐射贴片和接地板之间的间隙中沿横向间隔设置有若干金属加载，所述同轴线数量为两根，分别穿过所述接地板与辐射贴片相连接，形成差分馈电结构。本发明结构简单，更易于加工，不依赖高介电常数的介质基板即可实现，减小了高介电常数材料对天线辐射的影响，天线性能更加稳定；明显地减小了天线尺寸，同时具有质轻、成本低的优点，更适用于甚高频/超高频波段的应用。

Description

一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线
技术领域
本发明涉及通信天线的技术领域，具体提出了一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线。
背景技术
如今，无线通信技术的快速发展对于小型化天线的需求越来越高，现有的天线小型化技术主要集中在改变天线的介质材料、增加电流流动的有效路径、加载技术以及引入超材料这几个方面。在甚高频/超高频波段，如果采用加载高介电常数的材料来实现天线的小型化，天线的重量、成本以及性能都无法满足实际的应用需求，因此需要开拓新的天线小型化的方法。[1]提出了一种加载接地金属条的小型化贴片天线，贴片尺寸为10mm×22mm，该天线由微带缝隙耦合馈电，并通过在辐射贴片的宽边加载两排短路探针以及接地的金属条引入了等效电容和电感，有效地减小了天线的尺寸。此外，该天线由于是对称加载，所以会产生对称的辐射方向图和很低的交叉极化电平，为天线小型化提供了一种新的想法。[2]研究了一种人工介质材料加载的天线小型化技术，该技术通过对普通的圆极化贴片天线加载短路的圆柱形导体来实现各向异性的人工介质材料，从而改变原有介质的介电常数，最终使天线实现了小型化的目的。加载人工介质材料后的天线从原来2.4GHz的谐振频率降低到1.648GHz，人工介质材料的有效介电常数增加了约为212.2％。
[1]M.Yang,Z.N.Chen,P.Y.Lau,X.Qing and X.Yin,"Miniaturized PatchAntenna With Grounded Strips,"in IEEE Transactions on Antennas andPropagation,vol.63,no.2,pp.843-848,Feb.2015.
[2]A.G.Hadiwijaya and A.Munir,"Artificial dielectric material forlowering resonant frequency of microstrip circular patch antenna,"2015International Symposium on Intelligent Signal Processing andCommunication Systems(ISPACS),Nusa Dua,2015,pp.556-559.
但是，上述现有技术存在如下缺点：
1)上述[1]中的技术尽管很有效地降低了天线的尺寸，但是天线整体结构较为复杂、接地金属柱的引入也会使得制造过程相对繁琐，且1.6％的带宽和3.9dBi的增益也难以满足有些应用。
2)上述[2]中加载人工介质材料的方法会显著增加天线的重量和成本，而且介质中加载金属柱的方式也会使得加工过程异常复杂，并不适用于甚高频/超高频段的应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种针对甚高频/超高频的小型贴片天线，具有小型化(≤0.2λ0×0.2λ0×0.07λ0)、不采用高介电常数的材料、质轻成本低、加工和装配简单等特点：
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，包括同轴线、平行设置的辐射贴片和接地板，所述同轴线穿过所述接地板与辐射贴片相连接，所述的辐射贴片和接地板之间的间隙中沿横向间隔设置有若干金属加载，所述同轴线数量为两根，分别穿过所述接地板与辐射贴片相连接，形成差分馈电结构。
进一步地，每个所述的金属加载均包括连接设置于所述的辐射贴片和接地板之间的绝缘性支撑板、固定覆盖在所述绝缘性支撑板表面的金属层。
进一步地，所述的绝缘性支撑板的材料为PCB电路板。
进一步地，所述的金属层为金属印刷层。
进一步地，所述的金属层为整体式结构或由若干块子金属层组成。
进一步地，所述金属层的厚度为9-70微米；所述的绝缘性支撑板的厚度为0.254-2.286毫米。
进一步地，所述金属层最下端与接地板之间相隔一定间距，为了引入等效电容，所述金属层最上端与辐射贴片也相隔一定间距。
进一步地，所述的辐射贴片与金属加载之间还设置有与所述接地板平行的绝缘性支撑板。
进一步地，所述接地板包括厚度为0.254-2.286毫米的绝缘性支撑板、固定覆盖在所述绝缘性支撑板表面的厚度为9-70微米金属板。
进一步地，所述的两根同轴线对称设置，各所述的金属加载位于两根同轴线左右两侧且对称设置。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)本发明结构简单，更易于加工，制造组装过程也很简单，只需要将几块印制电路板拼装而成即可。
2)与传统贴片天线相比，本发明的小型化技术不依赖高介电常数的介质基板即可实现，减小了高介电常数材料对天线辐射的影响，天线性能更加稳定。
3)本发明很明显地减小了天线尺寸，同时具有质轻、成本低的优点，更适用于甚高频/超高频波段的应用。
附图说明
图1为传统贴片天线结构示意图。
图2为金属加载贴片天线结构示意图。
图3为差分馈电贴片天线结构示意图。
图4为金属加载类型一。
图5为金属加载类型二
图6为本发明实施例的针对甚高频/超高频的小型贴片天线的主视示意图。
图7为本发明实施例的针对甚高频/超高频的小型贴片天线的立体示意图。
图8为本发明实施例的针对甚高频/超高频的小型贴片天线仿真得到的反射系数示意图。
图9为本发明实施例的针对甚高频/超高频的小型贴片天线仿真得到的天线增益随频率变化示意图。
图10为本发明实施例的针对甚高频/超高频的小型贴片天线仿真得到的辐射效率示意图。
图11为本发明实施例的针对甚高频/超高频的小型贴片天线仿真得到的天线辐射方向图。
图中：1-辐射贴片；2-介质基板；3-同轴线；4-接地板；5-金属加载；6-PCB电路板；7-金属印刷层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
传统的贴片天线如图1所示，它主要由辐射贴片、介质基片、接地板以及同轴馈电线组成。不同的介质基片的介电常数不同，因此传统的贴片天线可以通过加载高介电常数的介质基片来实现贴片天线的小型化。但是对于甚高频/超高频段的贴片天线来说，加载高介电常数的介质基片所带来的损耗会很大，会严重影响天线的性能。而如果是采用普通介电常数的介质基片，由于该频段的波长很长，加工出来的天线尺寸会很大，成本和体积也都会限制贴片天线在该频段的应用。
本发明所设计的天线结构分为两部分，第一部分为差分馈电的贴片天线结构，第二部分为小型化结构，将两部分组装起来即得到天线整体结构。
如图6和图7所示，一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，包括同轴线3、平行设置的辐射贴片1和接地板4，所述同轴线3穿过所述接地板4与辐射贴片1相连接，所述的辐射贴片1和接地板4之间的间隙中沿横向间隔设置有若干金属加载5，所述同轴线3数量为两根，分别穿过所述接地板4与辐射贴片1相连接，形成差分馈电结构。
每个所述的金属加载5均包括连接设置于所述的辐射贴片1和接地板4之间的绝缘性支撑板、固定覆盖在所述绝缘性支撑板表面的金属层。
所述的绝缘性支撑板的材料为PCB电路板6，所述的金属层为金属印刷层7，材料为铜或者是其他导电性能良好的金属介质，印刷在所述PCB电路板6表面。
另外，所述的金属层为整体式结构，如图4所示，或由若干块离散的条状子金属层组成，如图5所示，当然，也可以是其他几何形状的子金属层。
所述金属层的厚度为35微米；所述的绝缘性支撑板的具体厚度尺寸由板材的加工工艺决定，本实施例的厚度为0.762毫米。
另外，所述金属层最下端与接地板4之间相隔一定间距。为了引入等效电容。
在另一可行的实施例中，所述的辐射贴片1与金属加载5之间还设置有与所述接地板4平行的绝缘性支撑板。
在另一可行的实施例中，所述接地板4包括厚度为0.762毫米的绝缘性支撑板、固定覆盖在所述绝缘性支撑板表面的厚度为35微米金属板。
在另一可行的实施例中，所述的两根同轴线3对称设置，各所述的金属加载5位于两根同轴线3左右两侧且对称设置。
下面介绍上述实施例的发明思路及原理。
如图2所示，上述实施例通过将传统贴片天线的介质基片换成空气介质，然后在辐射贴片1与接地板4之间加载印有金属介质的PCB电路板，以此来增加贴片与接地板之间的等效电容与电感，使天线谐振频率往低频移动，最终达到天线小型化的目的。基于这种小型化的思想，提出了一种基于差分馈电结构的小型化微带贴片天线结构，该结构包括如下的调整过程：
第一步：在传统介质加载的贴片天线的基础上，将介质基板去掉，采用空气介质，减轻天线的质量，同时增加天线辐射电磁波向空间耦合的能力。
第二步：天线采用差分的同轴馈电方式，差分馈电有利于抑制共模输入信号，而且差分馈电抗干扰能力强，结构如图3所示。
天线基本结构及馈电方式确定后，需要通过在辐射贴片1与接地板4之间加载金属介质来引入等效电容与电感达到小型化的目的。如图4所示，加载的金属介质印刷在PCB电路板6上。为了保证金属加载对原有结构的对称性不产生破坏，因此加载的金属介质也采用对称结构。此外，设计中为了减小加工的难度和步骤，实现设计的简单化，加载的金属介质采用整块的结构，事实上将金属介质设计为不同的图案，例如图5中的离散金属条状也能实现小型化的目的。最后，为了区分一些文献中采用的接地柱加载的小型化技术，加载的金属层与接地板4将保持一定的距离d，这也是为了引入等效电容。
将图4中的小型化结构加载到图3的差分馈电的贴片天线中就得到了本发明实施例的天线的整体结构，如图6和图7所示，天线所有金属印刷层均印制在PCB电路板6上，保证了天线整体结构的强度。天线尺寸为13.5cm×13.5cm×4.8cm，地板尺寸为20cm×20cm。天线工作在中心频率433MHz的增益最大，为4.99dBi，相对带宽为3.41％(425MHz～439.77MHz)，带宽内增益都大于4.4dBi，天线带宽内的辐射效率均在在97％以上，具体数据如图8-图11所示。
综上所述，上述实施例相比现有技术，具有如下特点：
1)小型化：上述实施例不依赖介电材料来减小天线的谐振长度，而是通过在天线的辐射贴片与接地板之间摆放印有单层金属印刷层7的PCB电路板6来达到小型化的目的。
2)增益/效率：与传统微带贴片相比较，上述实施例的天线介质层为空气层，天线在小型化的同时可以很好地与空间产生耦合，能够更有效地将电磁场能量耦合到空气中，在保持原有增益的同时，提高了天线的辐射效率。
3)调谐功能；上述实施例在天线辐射贴片与接地板之间加载了印有金属层的PCB电路板，实际上金属层的图案可以根据实际需要进行设计，设计灵活性较大，可以实现天线固定尺寸下的调谐功能。不同的金属图案可以改变天线的谐振频率，达到不同的设计要求。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，包括同轴线(3)、平行设置的辐射贴片(1)和接地板(4)，所述同轴线(3)穿过所述接地板(4)与辐射贴片(1)相连接，其特征在于：所述的辐射贴片(1)和接地板(4)之间的间隙中沿横向间隔设置有若干金属加载(5)，所述同轴线(3)数量为两根，分别穿过所述接地板(4)与辐射贴片(1)相连接，形成差分馈电结构。
2.根据权利要求1所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，每个所述的金属加载(5)均包括连接设置于所述的辐射贴片(1)和接地板(4)之间的绝缘性支撑板、固定覆盖在所述绝缘性支撑板表面的金属层。
3.根据权利要求2所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述的绝缘性支撑板的材料为PCB电路板。
4.根据权利要求2所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述的金属层为金属印刷层。
5.根据权利要求2所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述的金属层为整体式结构或由若干块子金属层组成。
6.根据权利要求2所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述金属层的厚度为9-70微米；所述的绝缘性支撑板的厚度为0.254-2.286毫米。
7.根据权利要求2所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述金属层最下端与接地板(4)之间相隔一定间距，所述金属层最上端与辐射贴片(1)之间也相隔一定间距。
8.根据权利要求1所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述的辐射贴片(1)与金属加载(5)之间还设置有与所述接地板(4)平行的绝缘性支撑板。
9.根据权利要求1所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述接地板(4)包括厚度为0.254-2.286毫米的绝缘性支撑板、固定覆盖在所述绝缘性支撑板表面的厚度为9-70微米金属板。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线，其特征在于，所述的两根同轴线(3)对称设置，各所述的金属加载(5)位于两根同轴线(3)左右两侧且对称设置。
CN201910310504.6A 2019-04-17 2019-04-17 一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线 Pending CN110098472A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910310504.6A CN110098472A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910310504.6A CN110098472A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110098472A true CN110098472A (zh) 2019-08-06

Family

ID=67445165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910310504.6A Pending CN110098472A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110098472A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110718750A (zh) * 2019-11-13 2020-01-21 朴海燕 小型化和圆极化的贴片天线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202333128U (zh) * 2011-12-12 2012-07-11 嘉善金昌电子有限公司 簧片式gps天线
TW201340465A (zh) * 2012-03-22 2013-10-01 Wistron Neweb Corp 寬頻天線及其相關射頻裝置
CN103840269A (zh) * 2013-12-25 2014-06-04 西安电子科技大学 宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线
CN108493591A (zh) * 2018-03-15 2018-09-04 上海微小卫星工程中心 星载vhf天线装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202333128U (zh) * 2011-12-12 2012-07-11 嘉善金昌电子有限公司 簧片式gps天线
TW201340465A (zh) * 2012-03-22 2013-10-01 Wistron Neweb Corp 寬頻天線及其相關射頻裝置
CN103840269A (zh) * 2013-12-25 2014-06-04 西安电子科技大学 宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线
CN108493591A (zh) * 2018-03-15 2018-09-04 上海微小卫星工程中心 星载vhf天线装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIAN WANG等: "Small Patch Antennas Incorporated With a Substrate Integrated Irregular Ground", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
KAI XU WANG等: "A novel wide-band patch antenna using differential-fed", 《CSQRWC 2012》 *
MEI YANG等: "Miniaturized Patch Antenna With Grounded Strips", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
杨梅: "天线加载技术的研究与应用", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110718750A (zh) * 2019-11-13 2020-01-21 朴海燕 小型化和圆极化的贴片天线
CN110718750B (zh) * 2019-11-13 2024-01-23 朴海燕 小型化和圆极化的贴片天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7446712B2 (en) Composite right/left-handed transmission line based compact resonant antenna for RF module integration
JP5194134B2 (ja) 磁気誘電体を用いたメタマテリアルアンテナ
Althuwayb On-chip antenna design using the concepts of metamaterial and SIW principles applicable to terahertz integrated circuits operating over 0.6–0.622 THz
Luan et al. Mutual coupling reduction of closely E/H-plane coupled antennas through metasurfaces
CN111883910B (zh) 一种双极化低剖面磁电偶极子天线及无线通信设备
CN109216904B (zh) 一种宽带低剖面微带天线
Sokunbi et al. Highly reduced mutual coupling between wideband patch antenna array using multiresonance EBG structure and defective ground surface
CN107275766A (zh) 一种基于非均匀周期结构加载的宽带表面波天线
CN108736153B (zh) 一种三频低剖面贴片天线
CN114744409A (zh) 一种阻性材料加载的十倍频程双极化强耦合相控阵天线
Baghernia et al. 2× 2 slot spiral cavity-backed antenna array fed by printed gap waveguide
Liu et al. A wideband triple-mode differentially fed microstrip patch antenna
CN110098472A (zh) 一种针对甚高频/超高频波段的小型贴片天线
Wang et al. A wideband stepped-impedance open-slot antenna with end-fire directional radiation characteristics
CN113497357B (zh) 一种宽带双极化滤波天线
CN114784495A (zh) 一种毫米波宽带宽波束贴片天线
Elsheakh et al. Low mutual coupling 2× 2 microstrip patch array antenna by using novel shapes of defect ground structure
CN112531355A (zh) 一种±45°双极化毫米波阵列天线
Zheng et al. Compact dual‐polarized filtering antenna with enhanced bandwidth for 5G sub‐6 GHz applications
Xun et al. Broadband dual‐polarised antenna with wideband decoupling structure for polarisation diversity wireless communication application
CN117117482B (zh) 一种单层高隔离双极化天线
Bhaskar et al. SIW Cavity-Backed Pentagonal Slot Antenna For X-Band Applications
CN116231317B (zh) 轻量化阻性环加载的双极化低剖面强耦合超宽带相控阵
Che et al. Investigations of AMC and its applications for performance enhancement of planar antenna arrays
CN220042277U (zh) 宽波束微带天线及毫米波雷达

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190806