CN111600122B

CN111600122B - 一种贴片天线

Info

Publication number: CN111600122B
Application number: CN202010406212.5A
Authority: CN
Inventors: 顾辉
Original assignee: Zhongtian Communication Technology Co ltd; Zhongtian Broadband Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongtian Communication Technology Co ltd; Zhongtian Broadband Technology Co Ltd
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: CN111600122A

Abstract

本发明提供了一种贴片天线，包括：介质基板，介质基板两个相背的表面上分别设置有接地板和分隔件；馈电件与分隔件位于介质基板的同一侧；辐射件与馈电件位于介质基板的同一侧，且辐射件与分隔件之间设置有空气层；探针依次穿过接地板、介质基板并与馈电件抵接形成向辐射件馈电的耦合馈电结构；其中，探针用于向所述馈电件馈电并与馈电件共同引入探针模式，分隔件降低辐射件的高次模的谐振频率。本发明中，介贴片天线的工作带宽为低次模频率到高次模频率，整个贴片天线具有较宽的工作带宽，并拓宽了贴片天线的工作频带的同时能够存留原来的小体积优势，可以应用于多种场合。

Description

一种贴片天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种贴片天线。

背景技术

贴片天线拥有结构简单(仅需要在介质基板上镀金属层即可实现)，剖面很低以及易于与集成电路兼容等优点，非常适合制成共形天线应用于飞机、火箭等高速移动的物体。现有技术中，贴片天线的工作带宽较窄，为增加贴片天线的工作带宽，一般通过引入电路元件调整贴片天线的阻抗匹配。但这种方式会导致贴片天线的整体体积更大，影响其应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种贴片天线，旨在解决现有技术中，贴片天线的工作带宽较窄，影响其应用的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种贴片天线，所述贴片天线包括：介质基板，所述介质基板两个相背的表面上分别设置有接地板和分隔件；

馈电件，所述馈电件与所述分隔件位于所述介质基板的同一侧；

辐射件，所述辐射件与所述馈电件位于所述介质基板的同一侧，且所述辐射件与所述分隔件之间设置有空气层；

探针，所述探针依次穿过所述接地板、介质基板并与所述馈电件抵接形成向所述辐射件馈电的耦合馈电结构；

其中，所述探针用于向所述馈电件馈电并与馈电件共同引入探针模式，所述分隔件降低所述辐射件的高次模的谐振频率。

可选的，所述分隔件为金属环，且所述金属环与所述馈电件同轴设置。

可选的，所述金属环、所述馈电件及所述辐射件同轴设置。

可选的，所述馈电件以及所述辐射件为圆形。

可选的，所述接地板、所述介质基板、金属环、所述馈电件及所述辐射件同轴设置。

可选的，所述金属环、所述馈电件及所述辐射件为铜片或铝片。

可选的，所述介质基板的中心位置及所述接地板的中心位置上均开设有传输孔，所述探针从所述传输孔中穿过并与所述馈电件抵接。

可选的，所述接地板覆盖所述介质基板背离所述分隔件的表面。

可选的，所述辐射件在所述介质基板上的投影覆盖所述金属环。

可选的，所述贴片天线还包括壳体，所述介质基板、接地板、探针、馈电件、辐射件以及分隔件均装设在所述壳体内。

本发明技术方案通过在介质基板两个相背的表面上分别设置有接地板和分隔件，并将馈电件与分隔件位于所述介质基板的同一侧，将辐射件与馈电件设置于介质基板的同一侧，且辐射件与分隔件之间设置有空气层，探针依次穿过接地板、介质基板并与馈电件抵接形成向所述辐射件馈电的耦合馈电结构，探针用于向馈电件馈电并与馈电件共同引入探针模式，分隔件为高次模的频率下降提供了边界条件，中心位置处的高次模信号遇到分隔件后方向发生变化，降低了辐射件的高次模的谐振频率，频率降低后的高次模、探针模式以及低次模合频，使得介贴片天线的工作带宽为低次模频率到高次模频率，整个贴片天线具有较宽的工作带宽。且，分隔件位于辐射件与介质基板之间，不会增加贴片天线的体积，在拓宽了贴片天线的工作频带的同时能够存留原来的小体积优势，可以应用于多种场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明贴片天线去除辐射件后的结构示意图；

图2为本发明贴片天线沿中心轴线的剖面图的局部示意图；

图3为本发明贴片天线的介质谐振单元的结构示意图；

图4为辐射件产生的场效应图(a组为低次模的场效应图，b组为高次模的场效应图)；

图5为本发明贴片天线的仿真回波损耗图；

图6为本发明贴片天线的仿真增益图；

图7为本发明贴片天线在2.32GHz时的E面的辐射方向图；

图8为本发明贴片天线在2.32GHz时的H面的辐射方向图；

图9为本发明贴片天线在2.92GHz时的E面的辐射方向图；

图10为本发明贴片天线在2.92GHz时H面的辐射方向图；

图11为本发明贴片天线在3.54GHz时E面的辐射方向图；

图12为本发明贴片天线在3.54GHz时H面的辐射方向图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	介质基板	41	探针
11	第一承载面	411	内导体
				12	第二承载面	412	外导体
2	辐射件	42	馈电件
				3	分隔件	5	空气层
4	耦合馈电结构

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。

如图1、2所示，为实现上述目的，本发明提出一种贴片天线，所述贴片天线包括：介质基板1，所述介质基板1两个相背的表面(第一承载面11、第二承载面12)上分别设置有接地板(图中未标示)和分隔件3；馈电件42，所述馈电件42与所述分隔件3位于所述介质基板1的同一侧；辐射件2，所述辐射件2与所述馈电件42位于所述介质基板1的同一侧，且所述辐射件2与所述分隔件3之间设置有空气层5；探针41，所述探针41依次穿过所述接地板、介质基板1并与所述馈电件42抵接形成向所述辐射件2馈电的耦合馈电结构4；其中，所述探针41用于向所述馈电件42馈电并与馈电件42共同引入探针模式，所述分隔件3降低所述辐射件2的高次模的谐振频率。

在本实施例中，介质基板1对分隔件3以及接地板存在隔离作用，使分隔件3与接地板不直接接触，避免接地板对分隔件3的阻抗匹配产生影响，介质基板11为PCB板，具有第一承载面11以及与第一承载面11相背的第二承载面12，接地板贴合在第二承载面12。在一可选实施例中，接地板完全覆盖第二承载面12，可以为印刷在第二承载面12上的金属层，如，金属铜，接地板用于实现贴片天线的接地。馈电件42、辐射件2以及分隔件3均位于介质基板1的第一承载面11的一侧，分隔件3位于辐射件2与介质基板1之间，且分隔件3与辐射件2之间设置空气层5，辐射件2产生谐振从该空气层5对外辐射无线信号。辐射件2与基板之间的距离h(如图3)影响贴片天线的工作带宽，h越大，贴片天线的工作带宽越宽，h越小，贴片天线的工作带宽会越窄。探针41依次穿过接地板以及介质基板1，一端与馈电件42抵接，探针41与馈电件42形成耦合馈电结构4向辐射件2耦合馈电。

辐射件2与馈电件42均为圆形结构。在具体的实施中，辐射件2与基板之间设置支撑装置(图中未标示)，以支撑辐射件2，保证辐射件2的工作稳定性。支撑件为杆状结构，沿辐射件2的周向设置，可以为螺钉。辐射件2将来自耦合馈电结构4的信号向外辐射形成无线信号，该无线信号分为低次模以及高次模，低次模的频率较低，高次模的频率较高。在具体的实施中。辐射件2中心位置处的信号频率高于边缘位置处的信号频率，因此，低次模产生在辐射件2的边缘位置，高次模产生在辐射件2的中心位置，分隔件3位于次强位置，如，高次模与低次模的交界处，当然，也可以向高次模或向低次模略微偏离该交界处。分隔件3为高次模的频率下降提供了边界条件，中心位置处的高次模信号遇到分隔件3后方向发生变化(如图4，a组为低次模的场效应图，b组为高次模的场效应图)，从而将高次模的频率降低，如图4所示，当次强位置存在分隔件3时，场效应发生了变化，高次模的频率降低。同时，在本实施例形成的结构中，馈电件42与探针41形成的耦合馈电结构4自身会引入一探针模式，探针模式的频率为中间频率。频率降低后的高次模、探针模式以及低次模合频，使得介贴片天线的工作带宽为低次模频率到高次模频率，整个贴片天线具有较宽的工作带宽。且，分隔件3位于辐射件2与介质基板1之间，不会增加贴片天线的体积，在拓宽了贴片天线的工作频带的同时能够存留原来的小体积优势，可以应用于多种场合。

分隔件3具体可以为金属材料，其高度以及厚度的增加均会加强高次模的频率下降，也即，金属环越高、越厚，高次模的频率下降越明显。由于辐射件2以辐射的方式向外发送信号，因此，在一可选实施例中，分隔件3为环状结构，以金属环的方式设置在第一承载面11上。且，金属环为闭环，与辐射件2同轴设置。

由于耦合馈电结构4会产生中频的探针模式，为保证探针模式与低次模以及高次模的合频效果，在进一步的实施例中，金属环与、探针41、馈电件42以及辐射件2同轴设置。在更进一步的实施例中，介质基板1及接地板均为圆形结构，且接地板覆盖第二承载面12，介质基板1、接地板、金属环、馈电件42、辐射件2以及探针41同轴设置。

金属环、馈电件42及辐射件2可以为铜片或铝片，材料易得，容易加工，有利于降低成本。

所述介质基板1的中心位置及所述接地板的中心位置上均开设有传输孔(图中未标示)，所述探针41从所述传输孔中穿过并与所述馈电件42抵接。探针41为同轴探针41，包括外导体412及穿设在外导体412中的内导体411，外导体412穿设在接地板上开设的传输孔中，连接接地板，内导体411从外导体412内穿过并进入到介质基板1上开设的传输孔中，馈电件42焊接在外露于传输孔的端部，与馈电件42形成耦合馈电结构4。同时，馈电件3的尺寸变化影响整个贴片天线的阻抗匹配，可通过调整馈电件3的厚度或直径调整贴片天线的阻抗匹配，另外，还可在贴片天线的等效电路中设置等效电路元件(如，电容、电阻等电器元件)调整阻抗匹配，减小贴片天线的低次模、探针模式以及高次模之间的阻抗匹配差异，在工作频段内拥有良好的阻抗匹配。本实施例中，耦合馈电结构4引入的探针模式对阻抗匹配也存在一定的调整作用。

所述辐射件2在所述介质基板1上的投影覆盖所述金属环，保证金属环为高次模的频率下降提供边界条件。

在一可选实施例中，如图3所示，介质基板1的介电常数为2.2，厚度为h_s＝1mm；介质基板1和接地板的半径R_g＝90mm，接地板上的传输孔直径为4mm、介质基板1上的传输孔直径d_c＝1.3mm；辐射件2的半径R_p＝60mm，与介质基板1间的高度h＝12mm，馈电件42与辐射件2等厚，厚度h_p＝1mm；内导体411长h_f＝6.5mm，馈电件42的直径f_r＝12.4mm；分隔件3的高度h₁＝8mm，内径(图中未标示)R₁＝44mm，厚度(图中未标示)t＝4mm；内导体411直径d_c＝1.3mm；外导体412直径d_f＝4mm。

图5为贴片天线的仿真回波损耗图，从图中的结果可以看出，该天线具有54.4％(2.18-3.81GHz)的较宽的阻抗匹配阻抗带宽。图6为贴片天线的仿真增益图，从图中可以看出，在工作频带内，其增益为6.61～9.58dBi。图7、图8分别为2.32GHz时的E面、H面的辐射方向图，图9、图10分别为2.92GHz时的E面、H面的辐射方向图，图11、图12分别为3.54GHz时的E面、H面的辐射方向图，从图中的结果可以看出，该天线在整个工作频带具内有良好的全向辐射特性，且交叉极化水平都很低。

所述贴片天线还包括壳体(图中未标示)，所述介质基板1、接地板、探针41、馈电件42、辐射件2以及分隔件3均装设在所述壳体内，壳体对装设在其空腔内的各个装置具有保护作用，如，防灰尘或虫蚁。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种贴片天线，其特征在于，所述贴片天线包括：

介质基板，所述介质基板两个相背的表面上分别设置有接地板和分隔件；

辐射件，所述辐射件与所述馈电件位于所述介质基板的同一侧，且所述辐射件与所述分隔件之间设置有空气层，所述辐射件产生谐振从所述空气层对外辐射无线信号；

其中，所述探针用于向所述馈电件馈电并与所述馈电件共同引入探针模式，低次模产生在所述辐射件的边缘位置，高次模产生在所述辐射件的中心位置，所述分隔件位于次强位置，所述分隔件降低所述辐射件的高次模的谐振频率。

2.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述分隔件为金属环，且所述金属环与所述馈电件同轴设置。

3.根据权利要求2所述的贴片天线，其特征在于，所述金属环、所述馈电件及所述辐射件同轴设置。

4.根据权利要求3所述的贴片天线，其特征在于，所述馈电件以及所述辐射件为圆形。

5.根据权利要求2所述的贴片天线，其特征在于，所述接地板、所述介质基板、金属环、所述馈电件及所述辐射件同轴设置。

6.根据权利要求2所述的贴片天线，其特征在于，所述金属环、所述馈电件及所述辐射件为铜片或铝片。

7.根据权利要求2所述的贴片天线，其特征在于，所述介质基板的中心位置及所述接地板的中心位置上均开设有传输孔，所述探针从所述传输孔中穿过并与所述馈电件抵接。

8.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述接地板覆盖所述介质基板背离所述分隔件的表面。

9.根据权利要求2所述的贴片天线，其特征在于，所述辐射件在所述介质基板上的投影覆盖所述金属环。

10.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线还包括壳体，所述介质基板、接地板、探针、馈电件、辐射件以及分隔件均装设在所述壳体内。