CN110265782A - 双耦合微带天线及天线阵列 - Google Patents

双耦合微带天线及天线阵列 Download PDF

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江平
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
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Abstract

本公开涉及一种双耦合微带天线及天线阵列，克服了较长的馈电芯线和短路销钉产生寄生电感、影响天线辐射特性的缺陷。本天线包括天线底座，馈电同轴线，微带贴片，介质基片和短路销钉，天线的微带贴片制作在介质基片上；所述天线还包括两个缝隙，馈电同轴线内导体与微带贴片通过缝隙耦合相连，短路销钉与微带贴片通过缝隙耦合相连，缝隙的尺寸由天线的工作频率决定。通过引入缝隙耦合馈电方式，使得在微带贴片与地板之间的距离比较大，同轴馈电线的内导体和短路销钉比较长的条件下，微带天线仍然能够保持良好的辐射特性，即增益高，方向性好，并且结构简单，易于加工，成本低。本天线尺寸小，作为单元天线能够充分满足天线阵列小型化的需求。

Description

双耦合微带天线及天线阵列
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种小型化微带天线、微带阵列天线。
背景技术
微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。微带贴片天线有许多优越性能、低剖面、重量轻、可共形化、易于大量生产等。现在微带贴片天线的发展方向主要是：拓展天线带宽、减小天线尺寸、提高天线的增益。
在扩展微带天线带宽方面往往会增大天线贴片尺寸，例如寄生天线贴片，于是发展出了开槽的微带天线。为了减小微带天线尺寸，发展出了加载短路面，短路销钉以及L形馈电等技术。但是在提高微带天线增益方面尚少有报导。
在有些应用情况下，微带贴片与天线“地板”之间的距离比较大，则馈电芯线和短路销钉都比较长，产生了寄生电感，极大影响了天线的辐射特性。
发明内容
本发明提供一种双耦合微带天线，克服了较长的馈电芯线和短路销钉产生寄生电感、影响天线辐射特性的缺陷。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种双耦合微带天线，包括天线底座，馈电同轴线，微带贴片，介质基片和短路销钉，天线的微带贴片制作在介质基片上；其特征在于，所述微带天线还包括两个缝隙，馈电同轴线内导体与微带贴片通过缝隙耦合相连，短路销钉与微带贴片通过缝隙耦合相连。
优选的，所述缝隙与馈电同轴线内导体形成串联谐振。
优选的，所述缝隙与短路销钉形成串联谐振。
优选的，所述馈电同轴线内导体顶端与微带贴片之间的缝隙的厚度和介质基片的厚度相同。
优选的，所述短路销钉顶端与微带贴片之间的缝隙的厚度等于介质基片的厚度。
优选的，所述介质基片厚度为0.5mm，介电常数为2.25。
优选的，所述微带贴片辐射边中心直接与短路销钉以焊接方式相连。
优选的，所述微带贴片的长宽比为2:1。
一种天线阵列，由多个所述的双耦合微带天线构成。
本发明的有益效果在于，通过引入缝隙耦合馈电方式，使得在微带贴片与“地板”之间的距离比较大，同轴馈电线的内导体和短路销钉比较长的条件下，微带天线仍然能够保持良好的辐射特性，即增益高，方向性好，并且结构简单，易于加工，成本低。本天线尺寸小，作为单元天线能够充分满足天线阵列小型化的需求。
附图说明
图1是本发明天线的机械结构图；
图2是本发明天线在f＝5.8GHz附近的方向图；
图3是本发明天线在f＝5.8GHz频段的S11。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明天线的机械结构图。本发明双耦合微带天线包括天线底座5，馈电同轴线3，微带贴片1，介质基片2和短路销钉4五部分。天线的微带贴片1长宽比优选为2:1，制作在一个介质基片2上；在本实施例中介质基片2厚度为0.5mm，介电常数为2.25。
本发明天线是采用同轴线馈电的小型化微带天线，其中馈电同轴线3内导体通过缝隙与微带贴片1耦合连接。馈电同轴线3内导体通过缝隙与微带贴片1耦合连接的确切含义是馈电同轴线3内导体与微带贴片1之间没有直接的电连接。当微带贴片1到地之间的距离较大时，馈电同轴线3内导体比较长，难以实现理想短路作用。为此压缩馈电同轴线3内导体的尺寸，使馈电同轴线3内导体的上顶面与微带贴片1之间有一个缝隙。这个缝隙是一个寄生的电容性元件，在工作频率附近，它与馈电同轴线3内导体的电感形成串联谐振，从而使馈电同轴线3内导体呈现为一段“理想化”的连接线。调整馈电同轴线3内导体的直径至天线反射系数S11小于-10dB(或按照更严苛的要求-15dB)，即可认为缝隙的寄生电容与馈电同轴线3内导体的电感形成串联谐振。
微带贴片1在零电位点处与短路销钉4通过缝隙耦合连接，目的是实现理想的短路作用。微带贴片1在零电位点处与短路销钉4通过缝隙耦合连接的确切含义是短路销钉4与微带贴片1之间没有直接的电连接。当微带贴片1到地之间的距离较大时，短路销钉4比较长，难以实现理想短路作用，为此压缩短销钉4的尺寸，使短路销钉4的上顶面与微带贴片1之间有一个缝隙。这个缝隙是一个寄生的电容性元件，在工作频率附近，它与短路销钉4的电感形成串联谐振，从而使微带贴片1零电位点真正接地。调整短路销钉4的直径至天线反射系数S11小于-10dB(或按照更严苛的要求-15dB)，即可认为缝隙的寄生电容与短路销钉4的电感形成串联谐振。优选的实施方式，缝隙厚度和介质基片厚度相同。
通过仿真得到本发明天线在5.8GHz频率附近的性能参数，如图2、图3所示，在5.8GHz频段附近，输入反射系数S11小于-28dB；在5.8GHz频点方向图很清晰，与传统微带贴片天线相比，本发明天线增益提高了将近3dB，在平行于微带贴片方向上，无副瓣，适用于微带阵列天线，在雷达、通信、遥感、遥测等领域有广泛应用前景。

Claims (9)

1.一种双耦合微带天线，包括天线底座(5)，馈电同轴线(3)，微带贴片(1)，介质基片(2)和短路销钉(4)，天线的微带贴片(1)制作在介质基片(2)上；其特征在于，所述微带天线还包括两个缝隙，馈电同轴线(3)内导体与微带贴片(1)通过缝隙耦合相连，短路销钉(4)与微带贴片(1)通过缝隙耦合相连。
2.根据权利要求1所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述缝隙与馈电同轴线(3)内导体形成串联谐振。
3.根据权利要求1所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述缝隙与短路销钉(4)形成串联谐振。
4.根据权利要求2所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述馈电同轴线(3)内导体顶端与微带贴片(1)之间的缝隙的厚度和介质基片(2)的厚度相同。
5.根据权利要求3所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述短路销钉(4)顶端与微带贴片(1)之间的缝隙的厚度等于介质基片(2)的厚度。
6.根据权利要求1所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述介质基片(2)厚度为0.5mm，介电常数为2.25。
7.根据权利要求1所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述微带贴片(1)辐射边中心直接与短路销钉(4)以焊接方式相连。
8.根据权利要求1至7任一项所述的双耦合微带天线，其特征在于，所述微带贴片(1)的长宽比为2:1。
9.一种天线阵列，其特征在于，由多个根据权利要求1-8任一项所述的双耦合微带天线构成。
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