CN111009720A - 一种双频段双极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双频段双极化微带天线，包括反射地板、匹配套筒、上pcb基板、介质基板、下pcb基板；上pcb基板的上表面中间位置固定有辐射贴片、馈电端口、接地焊盘，下表面的敷有第一金属片；介质基板的四周上、下表面分别敷有第二金属片和第三金属片，中间位置为上下贯通的空腔区；下pcb基板的上表面四周均敷有第四金属片，中间敷有馈电金属片，馈电金属片通过两馈电端口向辐射贴片馈电；匹配套筒顶端的引脚与接地焊盘电性连接。优点为：本申请通过双发共用一辐射贴片，可以极大的减少天线的尺寸，并采用背向馈电的方式，会使得组阵成相控阵更加具有优势。通过调节第一至第四金属片对于天线的增益和波宽起到调节作用。

Description

一种双频段双极化微带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体来说是一种双频段双极化微带天线。

背景技术

现代移动通信领域中，随着通信业的发展，移动通信体上装载的通信设备越来越多。因此，减少设备尺寸，增加通信系统带宽，提高设备性能成为人们所追求的目标。正如今掀起了发射地轨卫星的热潮，地面接收终端将会变的越来越多，卫星通信业务量也会越来越大，对通信系统的性能也会相应提高，然而，在卫星通信行业，天线的性能影响了整个卫星通信系统的性能，显然，寻找低剖面、小尺寸、高带宽的天线显得尤为重要

卫星天线中使用较多的是微带形式的天线。传统的微带天线带宽都比较低，相对带宽一般只有10％，且结构实现比较困难，加工精度要求高，并且为了提高增益，往往需要组阵的形式来实现。这会极大的增加天线的尺寸以及加工难度。同时卫星终端天线往往是收发一体的。因此，寻找一种小尺寸、带宽高、收发一体的天线显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提高微带天线对于各种频段的适应性的同时做到更小尺寸，并且能够实现收发共用一个辐射单元。

本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：

一种双频段双极化微带天线，包括反射地板、微带天线、匹配套筒；所述微带天线包括上pcb基板、下pcb基板、以及处于上pcb基板和下pcb基板中间的介质基板；

所述上pcb基板的上表面中间位置固定有辐射贴片，下表面的四周敷有多个第一金属片；多个第一金属片以上pcb基板的中心线对称设置；在所述上pcb基板上设置有馈电端口以及接地焊盘；

所述介质基板的四周上、下表面分别敷有与第一金属片数量、竖向位置对应的第二金属片和第三金属片，中间与辐射贴片竖向对应的位置为上下贯通的空腔区；

所述下pcb基板的上表面四周均敷有与第三金属片数量、竖向位置相对应的第四金属片，中间敷有馈电金属片，所述馈电金属片通过馈电端口向辐射贴片馈电；

相对应位置的第一金属片与第二金属片电性连接，相对应的第三金属片与第四金属片电性连接；

所述匹配套筒的底端分别与反射地板电性连接，顶端均向上伸出引脚，引脚依次穿过下pcb基板、馈电金属片、介质基板、上pcb基板与接地焊盘电性连接。

优选的，在上pcb基板上设置有2个馈电端口，2个馈电端口的中心与辐射贴片中心连线互相垂直。

优选的，所述馈电金属片上开设有2个H形槽，2个H形槽通过2个馈电端口向辐射贴片馈电。

优选的，在馈电金属片的下表面设置有两正交的传输线，两传输线的一端分别与两所述H形槽耦合，另一端分别电性连接SMA接头，通过SMA接头与馈电端口馈电。

优选的，所述匹配套筒为2个，均为两端开口的筒状结构，SMA接头1同轴套设在匹配套筒内，一端固定在反射地板上，实现接地，另一端穿过匹配套筒与传输线、馈电端口电性连接。

优选的，每个馈电端口的两侧分别设置有1个接地焊盘。

优选的，每个匹配套筒的顶端向上延伸出两根引脚；在所述下pcb基板、馈电金属片、介质基板、上pcb基板与接地焊盘竖向相对应的位置分别开设有供引脚穿过的通孔；每个匹配套筒上的两个引脚穿过通孔，分别与1个馈电端口两侧的2个接地焊盘电性连接。

优选的，所述下pcb基板、介质基板、上pcb基板为矩形基板，第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片均为4块。

优选的，所述反射地板、下pcb基板、介质基板、上pcb基板上竖向相对应的位置均开设有安装孔，通过非金属螺丝依次穿过反射地板、下pcb基板、介质基板、上pcb基板上的安装孔，并通过螺母拧紧固定成整体。

优选的，所述匹配套筒为铜质材料制得。

本发明的优点在于：

本申请通过双发共用一辐射贴片，可以极大的减少天线的尺寸，并采用背向馈电的方式，同时会使得组阵成相控阵更加具有优势，馈电方便，尺寸更小。

通过调节第一至第四金属片的长度，对于天线的增益和波宽起到调节作用，根据实际需要，可通过设计不同尺寸的第一至第四金属片，实现天线的增益和波宽控制，同样，通过设计不同辐射贴片的尺寸，可以调节天线的谐振频率。该结构可根据实际需要，装配不同尺寸的第一金属片和辐射贴片，实现所需天线性能。

同样，也可以通过空腔区的尺寸大小实现影响天线的谐振频率。

调节匹配套筒的物理参数可以调节微带天线的回波损耗(驻波比)，伸出的两引脚起到接地作用，同时改善天线的隔离度。

附图说明

图1为本发明实施例一种双频段双极化微带天线的爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例一种双频段双极化微带天线的整体结构示意图；

图3为本发明实施例一种双频段双极化微带天线中上pcb基板的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例一种双频段双极化微带天线中介质基板的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例一种双频段双极化微带天线中下pcb基板的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例一种双频段双极化微带天线中匹配套筒与SMA接头的结构示意图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1、图2所示，一种双频段双极化微带天线，包括反射地板7、3层微带天线(图未标示)、2个匹配套筒8、4个非金属固定螺丝9。反射地板7、3层微带天线均为矩形结构，3层微带天线位于反射地板的上方，反射地板7和3层微带天线的四个拐角处均开设有安装孔，4个非金属固定螺丝9依次穿过各安装孔将反射地板7和3层微带天线固定成整体。

3层微带天线包括上pcb基板2、下pcb基板4、以及处于上pcb基板2和下pcb基板4中间的介质基板30；上pcb基板2、下pcb基板4一般采用Rogers5880板材。

如图3所示(图1为轴测图，与图3-图5的视角不对应)，上pcb基板2的上表面中间位置固定有方形辐射贴片20，辐射贴片20为金属铜片，辐射贴片20的四边可以与上pcb基板的四边平行，实现线极化，也可以将辐射贴片20旋转一定角度，实现圆极化。在上pcb基板2上设置有馈电端口50、60，分别处于辐射贴片20的相邻两条边的位置，2个馈电端口正交。在每个馈电端口沿辐射贴片20边长方向的两侧分别设置有接地焊盘21。在上pcb基板2的下表面的四周分别敷有第一金属片22，第一金属片22为长方形铜片。改变辐射贴片20的尺寸，可以实现调整天线收发的谐振频率，例如，当辐射贴片的尺寸为5.2*6.9mm时。收发谐振频点分别为12.5GHz和14.25GHz，当辐射贴片的尺寸为5.4*7.2mm时。收发谐振频点分别为13GHz和14.5GHz；改变第一金属片22的尺寸，当然，下文介绍的第二金属片、第三金属片、第四金属片的尺寸与第一金属片保持一致，可以实现调节天线的增益和波宽，例如，当金属片为8*2mm时，接收增益为8.5dB,波宽为64°，当金属片为13*2mm时，增益为9.4dB,波宽为55°。若用于组阵，便可以按需调节天线单元的方向图。

如图4所示，介质基板30为介电常数10.2的矩形Rogers RT/duroid 6010介质板，厚度为8mm，尺寸为23.8mm×50mm。其四周上、下表面分别敷有第二金属片31和第三金属片32，中间与辐射贴片20竖向对应的位置为上下贯通的空腔区33，通过该空腔区33，可以提高天线的带宽；空腔区33的大小还会影响天线的谐振频率，例如当空腔区尺寸为5.2*6.9mm时，收发谐振频点分别为12.5GHz和14.25GHz，当空腔区尺寸为5*6mm时，收发谐振频点分别为13.2GHz和14.3GHz。在与馈电端口50、60以及接地焊盘21竖向相对应的位置，开设有第一通孔34和第二通孔35。

如图5所示，下pcb基板4的上表面四周均敷有与第三金属片32数量位置相对应的第四金属片41，同样的，第二金属片31、第三金属片32、第四金属片41均与第一金属片22相同尺寸，相同材质。上pcb基板2与介质基板30通过4块第一金属片22与4块第二金属片31一一对应焊接固定，同理，介质基板30与下pcb基板4通过4块第三金属片32、4块第四金属片41一一对应焊接固定，从而使3块基板电性连接成整体。

下pcb基板4的上表面中间位置敷有馈电金属片40，为矩形铜片，厚度为0.018mm，尺寸为23.8mm×50mm。馈电金属片40上开设有2个H形槽，在馈电金属片40的下表面设置有两正交的传输线42，两传输线42的一端分别与两H形槽电性连接，另一端分别电性连接SMA接头1，通过SMA接头1与馈电端口电性连接，从而实现向辐射贴片20馈电。在馈电金属片40上与接地焊盘21、馈电端口50、60竖向对应的位置开设有第三通孔43、第四通孔44。

如图6所示，匹配套筒8为筒状结构，为铜质材料，其底端与反射地板7电性连接，顶端向上伸出两个引脚81，两个引脚81依次穿过第三通孔43(下pcb基板相应位置同样开设有通孔供引脚81穿过)、第二通孔35，与上pcb基板2上的焊盘21电性连接，调节匹配套筒的高度和内径可以调节微带天线的回波损耗(驻波比)，伸出的两引脚起到接地作用，同时改善天线的隔离度。

SMA接头1套设在匹配套筒8内，并与匹配套筒8同轴，其底端与反射地板7上电性连接，实现接地，其传输芯穿过匹配套筒8与传输线42电性连接，并穿过第四通孔44、第一通过34与馈电端口电性连接，以实现同轴馈电。

本实施例提供的微带天线适用于任意频段，具体为：

根据传输线理论，

其中，L为辐射贴片的长度，W为辐射贴片的宽度，△L为修正因子，ε为介电常数，u为磁导率，c₀为自由空间中光速，f为工作频率。对于此微带天线，按照工作频率调节模型的比例，可以适用于任何频段，尤其是对于较低的工作频率，由于双发共用一辐射贴片，可以极大的减少天线的尺寸，并采用背向馈电的方式，同时会使得组阵成相控阵更加具有优势，馈电方便，尺寸更小。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种双频段双极化微带天线，其特征在于：包括反射地板、微带天线、匹配套筒；所述微带天线包括上pcb基板、下pcb基板、以及处于上pcb基板和下pcb基板中间的介质基板；

所述上pcb基板的上表面中间位置固定有辐射贴片，下表面的四周敷有多个第一金属片；多个第一金属片以上pcb基板的中心线对称设置；在所述上pcb基板上设置有馈电端口以及接地焊盘；

所述介质基板的四周上、下表面分别敷有与第一金属片数量、竖向位置对应的第二金属片和第三金属片，中间与辐射贴片竖向对应的位置为上下贯通的空腔区；

所述下pcb基板的上表面四周均敷有与第三金属片数量、竖向位置相对应的第四金属片，中间敷有馈电金属片，所述馈电金属片通过馈电端口向辐射贴片馈电；

相对应位置的第一金属片与第二金属片电性连接，相对应的第三金属片与第四金属片电性连接；

所述匹配套筒的底端分别与反射地板电性连接，顶端均向上伸出引脚，引脚依次穿过下pcb基板、馈电金属片、介质基板、上pcb基板与接地焊盘电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：在上pcb基板上设置有2个馈电端口，2个馈电端口的中心与辐射贴片中心连线互相垂直。

3.根据权利要求2所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：所述馈电金属片上开设有2个H形槽，2个H形槽通过2个馈电端口向辐射贴片馈电。

4.根据权利要求3所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：在馈电金属片的下表面设置有两正交的传输线，两传输线的一端分别与两所述H形槽耦合，另一端分别电性连接SMA接头，通过SMA接头与馈电端口馈电。

5.根据权利要求4所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：所述匹配套筒为2个，均为两端开口的筒状结构，SMA接头1同轴套设在匹配套筒内，一端固定在反射地板上，实现接地，另一端穿过匹配套筒与传输线、馈电端口电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：每个馈电端口的两侧分别设置有1个接地焊盘。

7.根据权利要求6所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：每个匹配套筒的顶端向上延伸出两根引脚；在所述下pcb基板、馈电金属片、介质基板、上pcb基板与接地焊盘竖向相对应的位置分别开设有供引脚穿过的通孔；每个匹配套筒上的两个引脚穿过通孔，分别与1个馈电端口两侧的2个接地焊盘电性连接。

8.根据权利要求1至7任一所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：所述下pcb基板、介质基板、上pcb基板为矩形基板，第一金属片、第二金属片、第三金属片、第四金属片均为4块。

9.根据权利要求1至7任一所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：所述反射地板、下pcb基板、介质基板、上pcb基板上竖向相对应的位置均开设有安装孔，通过非金属螺丝依次穿过反射地板、下pcb基板、介质基板、上pcb基板上的安装孔，并通过螺母拧紧固定成整体。

10.根据权利要求1至7任一所述的一种双频段双极化微带天线，其特征在于：所述匹配套筒为铜质材料制得。

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