CN110336122B - 一种贴片天线及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种贴片天线及电子设备，所述贴片天线包括金属贴片及金属地板，所述金属贴片及金属地板相互叠设且间隔设置，其中，所述金属地板上还设置有CPW馈电结构，所述CPW馈电结构包括开设于所述金属地板上的两个长槽及两个所述长槽之间形成的馈线，所述馈线连接至馈源。本发明通过对金属贴片的多模谐振特性的分析，在不引入额外的寄生单元和叠加的多层介质板的情况下，在贴片天线中引入了由上述两个长槽及馈线组成的共面波导馈电结构，引入与所述贴片天线方向图一致的非辐射模，完成对贴片天线的带宽拓展，同时本发明的贴片天线结构简单，剖面低，易于共形。

Description

一种贴片天线及电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种贴片天线及电子设备。
背景技术
贴片天线要满足电压驻波比、辐射方向图、辐射效率等多项电性能以及天线结构和尺寸上的要求，其设计过程冗长、结构复杂，且展宽贴片天线的频带十分困难。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种贴片天线及电子设备，旨在解决现有技术中贴片天线结构复杂且难以展宽频带的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种贴片天线，所述贴片天线包括金属贴片及金属地板，所述金属贴片及金属地板相互叠设且间隔设置，其中，所述金属地板上还设置有CPW馈电结构，所述CPW馈电结构包括开设于所述金属地板上的两个长槽及两个所述长槽之间形成的馈线，所述馈线连接至馈源。
优选地，所述长槽的长度在所述贴片天线的工作频段所对应的波长范围内。
优选地，所述长槽整体自所述金属地板任意边缘向对侧边缘延伸，所述长槽包括：起始段，所述起始段自所述金属地板任意边缘向对侧边缘延伸；第一转折段，所述第一转折段垂直连接于所述起始段末端；凸设段，所述凸设段垂直连接于所述第一转折段末端；第二转折段，所述第二转折段垂直连接于所述凸设段末端；截止段，所述截止段垂直连接于第二转折段末端且与所述起始段共线。
优选地，所述凸设段的长度在所述长槽长度的1/4至3/4之间。
优选地，所述凸设段关于所述金属贴片的中轴线呈轴对称。
优选地，所述馈线一端延伸至金属地板边缘，所述馈线另一端与所述金属地板的其他部分连接以形成短路。
优选地，所述金属贴片为圆形或者多边形。
优选地，所述贴片天线还包括介质基板，所述金属贴片及金属地板分别设置于所述介质基板的不同表面。
优选地，所述贴片天线还包括位于所述金属贴片与金属地之间的空气介质及介质支撑件，所述金属贴片与金属地板之间通过介质支撑件连接固定。
为实现上述目的，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括如上述任一项所述的贴片天线。
本发明的技术方案通过在所述金属地板上开设有由两个长槽，两个所述长槽之间的金属部分形成馈线，共同形成CPW馈电结构，所述馈线一端连接到馈源，所述馈线另一端与金属地板其他部分连接以形成短路，本发明通过对金属贴片的多模谐振特性的分析，在不引入额外的寄生单元和叠加的多层介质板的情况下，在贴片天线中引入了由上述两个长槽及馈线组成的共面波导馈电结构，引入与所述贴片天线方向图一致的非辐射模，完成对贴片天线的带宽拓展，同时本发明的贴片天线结构简单，剖面低，易于共形。
附图说明
图1为本发明贴片天线一实施例的立体结构示意图；
图2为本发明贴片天线顶面的结构示意图；
图3为本发明贴片天线底面的结构示意图；
图4为本发明贴片天线在工作频段的反射系数；
图5a、5b为本发明贴片天线在两个频点的辐射方向图；
图6为本发明贴片天线的增益图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1，本发明提供一种贴片天线100，所述贴片天线100至少包括金属贴片20及金属地板30，所述金属贴片20及金属地板30相互叠设且间隔设置，其中，所述金属地板30上还设置有CPW馈电结构40，所述CPW馈电结构40包括开设于所述金属地板30上的两个长槽41及两个所述长槽41之间形成的馈线42，所述馈线42连接至馈源(图未标示)。
在一实施例中，所述贴片天线100还包括介质基板10，所述金属贴片20及金属地板30分别设置于所述介质基板10的第一表面11及第二表面12，所述介质基板10对所述金属贴片20及金属地板30起到支撑作用。所述介质基板10可为常见的印刷电路板(PCB，PrintedCircuit Board)，本发明对所述介质基板10的厚度、尺寸及形状不做限制，优选的，所述介质基板10的形状为长方形或者正方形。
具体地，所述金属贴片20设置于所述介质基板10的第一表面11，所述金属贴片20的与所述第一表面11贴设的总面积小于等于所述第一表面11的面积，本发明对所述金属贴片20的厚度、尺寸及形状不做限制，优选的，所述金属贴片20的形状为多边形或者圆形。且进一步优选地，所述介质基板10的中心与所述金属贴片20的中心重合。可以理解的是，所述金属贴片20及所述介质基板10可采用至少一面附有金属层的印刷电路板替换。
所述金属地板30设置于所述介质基板10的第二表面12，所述金属地板30与所述第二表面12贴设的总面积小于等于所述第二表面12的面积，优选为所述金属地板30覆盖所述第二表面12，本发明对所述金属地板30的厚度、尺寸及形状不做限制，优选的，所述金属贴片20的形状为长方形、正方形或者圆形。且进一步优选地，所述介质基板10的中心与所述金属贴片20的中心重合。
在另外一个实施例中，所述贴片天线100还包括位于所述金属贴片20与金属地之间的空气介质及介质支撑件(图未标示)，所述金属贴片20与金属地板30之间通过介质支撑件连接固定，也即，所述金属贴片20相对于所述金属地板30悬空设置，所述金属贴片20和金属地板30之间以空气为介质。
进一步地，所述金属地板30上设置有CPW馈电结构40，所述CPW馈电结构40包括开设于所述金属地板30上的两个长槽41以及两个所述长槽41之间的金属部分形成的馈线42，所述馈线42一端延伸到金属底板30边缘并连接到馈源，所述馈线42另一端不延伸至金属地板30边缘，而是与金属地板30其他部分连接以形成短路，本发明通过对金属贴片20的多模谐振特性的分析，在不引入额外的寄生单元和叠加的多层介质板的情况下，在贴片天线100中引入了由上述两个长槽41及馈线42组成的共面波导馈电结构，引入与所述贴片天线100方向图一致的非辐射模，完成对贴片天线100的带宽拓展，同时本发明的贴片天线100结构简单，剖面低，易于共形。
优选地，所述长槽41的长度在所述贴片天线100的工作频段所对应的波长范围内。
在本实施例中，所述长槽41的长度在所述贴片天线100的工作频段所对应的波长范围内，能够激励起金属贴片20的工作模式为TM11模，可以实现天线方向图为锥状波束的辐射特性，另外，CPW馈电结构40引入的非辐射模对辐射方向图的影响很小，能够保证贴片天线100在整个工作频段的辐射方向图的一致性。
请参阅图3，优选地，所述长槽41整体自所述金属地板30任意边缘向对侧边缘延伸，所述长槽41包括：起始段411，所述起始段411自所述金属地板30任意边缘向对侧边缘延伸；第一转折段412，所述第一转折段412垂直连接于所述起始段411末端；凸设段413，所述凸设段413垂直连接于所述第一转折段412末端；第二转折段414，所述第二转折段414垂直连接于所述凸设段413末端；截止段415，所述截止段415垂直连接于第二转折段414末端且与所述起始段411共线。
在本实施例中，所述长槽41整体呈“凸”字形，一个所述长槽41的总长度优选为等于所述贴片天线100的中心频率对应的波长，所述长槽41的宽度可以根据实际需要进行调整。在一具体实施例中，所述凸设段413相对于所述起始段411、截止段415向所述金属地板30的中心位置凸设，在另一具体实施例中，所述凸设段413可相对于所述起始段411、截止段415可向其他任意方向凸设。
所述凸设段413位于所述长槽41的中心位置，也即所述起始段411与所述截止段415长度相等，所述第一转折段412垂直连通所述起始段411及所述凸设段413，所述第二转折段414垂直连通所述凸设段413及截止段415，所述第一转折段412及第二转折段414平行设置，且所述截止段415垂直连接于第二转折段414末端且与所述起始段411共线。
优选地，所述凸设段413的长度在所述长槽41长度的1/4至3/4之间，进一步优选地，所述凸设段413的长度等于所述贴片天线100的中心频率对应的波长的一半。
优选地，所述凸设段413关于所述金属贴片20的中轴线呈轴对称。
请参阅图4，附图4所示为贴片天线100随频率变化的反射系数，可知，所述贴片天线100在频段2.42G-2.51G内阻抗匹配良好，反射系数小于-10dB。需要注意的是，所述贴片天线100不限于工作在上述频段，根据需要，可以通过调节金属贴片20和长槽41形成的CPW馈电结构40的形状和尺寸，让贴片天线100工作在其他频段。
请参阅图5a和5b，附图5a和5b分别是贴片天线100在两个工作频点的方向图，可见，在图示观察平面内，贴片天线100在工作频段内有一致的锥状波束的辐射方向图，锥状波束的波束方向是θ为60°。
附图6是该贴片天线100的增益(选取的点位Φ＝90°andθ＝60°)随频率变化特性，增益在1.5dBi上下波动。。
综上所述，本发明的贴片天线100基于简单的结构，能够保证贴片天线100在不引入额外的寄生单元和叠加的多层介质结构的情况下，实现贴片天线100的带宽拓宽，同时，本发明还具有低剖面、重量轻、加工简单和价格低廉等特点。
为实现上述目的，本发明提供一种电子设备(图未标示)，所述电子设备包括如上述所述的贴片天线100。由于所述电子设备包括上述的贴片天线100，因而至少具有如上所述的有益效果，在此不再赘述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种贴片天线，其特征在于，所述贴片天线包括金属贴片及金属地板，所述金属贴片及金属地板相互叠设且间隔设置，其中，所述金属地板上还设置有CPW馈电结构，所述CPW馈电结构包括开设于所述金属地板上的两个长槽及两个所述长槽之间形成的馈线，所述馈线的一端连接至馈源，另一端短路接地；其中，所述CPW馈电结构用于引入与所述贴片天线方向图一致的非辐射模，以拓展所述贴片天线的带宽；所述长槽整体自所述金属地板任意边缘向对侧边缘延伸，所述长槽包括：起始段，所述起始段自所述金属地板任意边缘向对侧边缘延伸；第一转折段，所述第一转折段垂直连接于所述起始段末端；凸设段，所述凸设段垂直连接于所述第一转折段末端，所述凸设段相对于所述起始段、截止段的其他任意方向凸设；第二转折段，所述第二转折段垂直连接于所述凸设段末端；截止段，所述截止段垂直连接于第二转折段末端且与所述起始段共线。
2.如权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述长槽的长度在所述贴片天线的工作频段所对应的波长范围内。
3.如权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述凸设段的长度在所述长槽长度的1/4至3/4之间。
4.如权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述凸设段关于所述金属贴片的中轴线呈轴对称。
5.如权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述馈线一端延伸至金属地板边缘，所述馈线另一端与所述金属地板的其他部分连接以形成短路。
6.如权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述金属贴片为圆形或者多边形。
7.如权利要求1-6任一项所述的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线还包括介质基板，所述金属贴片及金属地板分别设置于所述介质基板的不同表面。
8.如权利要求1-6任一项所述的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线还包括位于所述金属贴片与金属地之间的空气介质及介质支撑件，所述金属贴片与金属地板之间通过介质支撑件连接固定。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-8任一项所述的贴片天线。
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