CN111740225A

CN111740225A - 一种微带天线及微带天线阵列

Info

Publication number: CN111740225A
Application number: CN202010752967.0A
Authority: CN
Inventors: 张琳; 陈智慧; 吴祖兵; 颜微; 罗烜; 郭凡玉
Original assignee: Chengdu T Ray Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu T Ray Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2040-07-30
Also published as: CN111740225B

Abstract

本发明提供了一种微带天线，该微带天线包括辐射元、第一介质基板、间隔介质基板以及地板；所述辐射元形成在所述第一介质基板的上表面；所述第一介质基板上形成有多个第一金属通孔，该多个第一金属通孔以环绕所述辐射元的方式进行排列；所述间隔介质基板用于将所述第一介质基板上的所述多个第一金属通孔与所述地板隔开。相应地，本发明还提供了一种微带天线阵列。本发明所提供的微带天线及微带天线阵列性能佳且易于制造。

Description

一种微带天线及微带天线阵列

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种微带天线及微带天线阵列。

背景技术

微带天线由于其体积小、重量轻、低剖面等特性被广泛应用于军事、移动通信、航空航天、卫星通信等领域。图1是现有技术中常见微带天线的结构分解示意图。如图所示，该微带天线包括介质基板10、辐射元20以及地板30，其中，辐射元20设置在介质基板10的上表面，地板30设置在介质基板的下表面。除此之外，介质基板10上还形成有在介质基板10厚度方向上贯穿该介质基板10的多个金属通孔40，该多个金属通孔40环绕辐射元20进行排列。环绕辐射元20排列的金属通孔40形成与微带天线共形的金属腔结构，该金属腔结构主要用于降低微带天线阵列中各微带天线之间的干扰。

上述现有微带天线的不足之处在于：

(1)加工难度大。具体地，上述现有微带天线的结构决定了，在制造该微带天线时只能先对介质基板10和地板30进行压合然后再在介质基板10上形成环绕辐射元20的金属通孔40，这是因为形成有金属通孔的介质基板无法和金属材质的地板直接进行压合。针对于这种先压合再形成金属通孔的情况来说，由于常规打通孔的工艺并不适用于在压合后所形成的叠层结构上形成金属通孔，所以只能采用控深工艺来形成金属通孔。而控深工艺的加工难度大，所以导致金属通孔40的加工难度大，进而导致现有微带天线的加工难度大。

(2)金属通孔尺寸大。具体地，由于介质基板10的厚度与微带天线的带宽相关，所以通常情况下介质基板10都比较厚(厚度范围约为1.5mm至2.5mm)。在控深工艺加工条件下，所形成的金属通孔40的尺寸必须满足厚径比(即介质基板的厚度与金属通孔直径之比)小于0.8比1，即1mm介质基板的金属通孔40直径需大于1.25mm。若介质基板10的厚度为2mm则金属通孔40的直径将大于2.5mm。也就是说，现有微带天线上的金属通孔40其尺寸都比较大，而大尺寸的金属通孔40会对天线的性能产生很大的不良影响。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种微带天线，该微带天线从上至下依次包括：

辐射元、第一介质基板、间隔介质基板以及地板；

所述辐射元形成在所述第一介质基板的上表面；

所述第一介质基板上形成有多个第一金属通孔，该多个第一金属通孔以环绕所述辐射元的方式进行排列；

所述间隔介质基板将所述第一介质基板上的所述多个第一金属通孔与所述地板隔开。

根据本发明的一个方面，在该微带天线中，所述第一介质基板的材料是FR4材料或PPE；所述间隔介质基板的材料是FR4材料或PPE。

根据本发明的另一个方面，在该微带天线中，所述间隔介质基板的厚度小于等于0.1mm。

根据本发明的又一个方面，所述微带天线还包括馈电网络，该馈电网络设置在所述间隔介质层和所述地板之间，从所述间隔介质层侧至所述地板侧依次包括缝隙层、第二介质基板、带状线以及第三介质基板；所述缝隙层上形成有缝隙；所述带状线位于所述缝隙正下方并通过所述缝隙对所述辐射元进行耦合馈电；所述馈电网络上形成有贯穿所述缝隙层、所述第二介质基板以及所述第三介质基板的多个第二金属通孔，该多个第二金属通孔以环绕所述缝隙和所述带状线的方式进行排列。

根据本发明的又一个方面，在该微带天线中，所述辐射元为辐射贴片。

根据本发明的又一个方面，在该微带天线中，所述辐射元还包括寄生贴片，该寄生贴片以环绕所述辐射贴片的方式设置在所述第一介质基板的上表面。

根据本发明的又一个方面，在该微带天线中，所述寄生贴片与所述第一金属通孔形成连接。

根据本发明的又一个方面，在该微带天线中，所述寄生贴片上形成有与所述第一金属通孔相对应的过孔，所述寄生贴片通过该过孔与所述第一金属通孔形成连接。

根据本发明的又一个方面，在该微带天线中，所述寄生贴片呈与所述辐射贴片形状相匹配的环状。

本发明还提供了一种微带天线阵列，该微带天线阵列包括上述微带天线，该微带天线以阵列的形式排列。

本发明所提供的微带天线从上至下依次包括辐射元、第一介质基板、间隔介质基板以及地板，其中，辐射元形成在所述第一介质基板的上表面，第一介质基板上形成有多个第一金属通孔，该多个第一金属通孔以环绕辐射元的方式进行排列，间隔介质基板将第一介质基板上的多个第一金属通孔和地板隔开。间隔介质基板的存在，允许可以利用常规打通孔的工艺在第一介质基板上形成第一金属通孔。而常规打通孔工艺其加工难度低、形成的金属通孔尺寸小。如此一来，与现有微带天线相比，本发明所提供的微带天线不但可以保持与现有微带天线中金属腔结构相同的屏蔽效果，还具有加工难度小易于制造、以及金属通孔尺寸小的特性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中常见微带天线的结构分解示意图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的微带天线的结构分解示意图；

图3是根据本发明的一个优选实施例的微带天线的结构分解示意图；

图4是根据本发明的另一个优选实施例的微带天线的结构分解示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种微带天线，该微带天线从上至下依次包括：

辐射元、第一介质基板、间隔介质基板以及地板；

所述辐射元形成在所述第一介质基板的上表面；

下面，将结合图2对上述微带天线的各个构成部分进行详细描述。

具体地，如图2所示，微带天线从上至下包括辐射元200、第一介质基板100a、间隔介质基板100b以及地板300，其中，辐射元200用于接收和发射无线电波信号，其设置在第一介质基板100a的上表面。在本实施例中，如图2所示，辐射元200是辐射贴片。本发明对辐射贴片的形状不做任何限定，可以如图2所示呈矩形形状，也可以呈例如圆形、三角形等其他形状。此外，辐射元200是辐射贴片仅为示意性举例，凡是其他可以接收和发射无线电波信号且可设置在第一介质基板表面的结构均适用于本发明中的辐射元。材料方面，辐射元200可以采用例如铜等金属制成。

第一介质基板100a上形成有多个第一金属通孔101，该第一金属通孔101以环绕辐射元200的方式进行排列。在本实施例中，第一介质基板100a的材料可以是FR4材料(例如环氧玻纤布基板等)，还可以是PPE(Polypheylene ether，聚苯醚)。本领域技术人员可以理解的是，上述FR4以及PPE均为优选实施方式，在其他实施例中，凡现有的或将来出现的适合制造微带天线介质基板的材料均适用于本发明中的第一介质基板100a，为了简明起见，在此不再一一列举。在本实施例中，第一介质基板100a的厚度范围是1.5mm至2.5mm。此处需要说明的是，上述厚度范围1.5mm至2.5mm仅为优选实施方式，由于第一介质基板100a的具体厚度和微带天线的带宽有关，所以本文对第一介质基板100a的厚度不做任何限定，可以根据实际天线带宽的设计需求相应设置。在本实施例中，第一金属通孔101为截面是圆形的通孔，其中，该通孔截面的直径范围优选是0.2mm至0.4mm，该尺寸的第一金属通孔101不会对微带天线的性能带来不良影响。此外，本发明对于第一金属通孔101的数量以及设置位置不做任何限定，可以根据微带天线的实际设计需求相应确定。

间隔介质基板100b设置在第一介质基板100a和地板300之间，用于将第一介质基板100a上的第一金属通孔101与地板300隔开。在本实施例中，间隔介质基板100b的材料包括可以是FR4材料(例如环氧玻纤布基板等)，还可以是PPE(Polypheylene ether，聚苯醚)。本领域技术人员可以理解的是，上述FR4以及PPE均为优选实施方式，在其他实施例中，凡现有的或将来出现的适合制造微带天线介质基板的材料均适用于本发明中的间隔介质基板100b，为了简明起见，在此不再一一列举。其中，间隔介质基板100b的材料可以与第一介质基板100a相同，也可以不同。地板300可以采用例如铜等金属制成。

第一介质基板100a上的第一金属通孔101与其所环绕的区域形成一金属腔结构，由于该金属腔结构和地板300之间存在间隔介质基板100b，所以使得该金属腔结构未与地板300形成连接，因此本文中将该金属腔结构称为非接地金属腔结构。针对于微带天线来说，该非接地金属腔结构主要用于降低微带天线阵列中各微带天线之间的干扰。经测试，本发明所提供的微带天线中的非接地金属腔结构，可以起到和现有微带天线中接地金属腔结构相同的屏蔽效果。

现有微带天线的辐射元和地板之间只有一层介质基板，其结构决定了只能先对介质基板和地板进行压合然后再在介质基板上形成环绕辐射元的金属通孔。由于常规打通孔的工艺并不适用于在压合后所形成的叠层结构上形成金属通孔，所以只能采用控深工艺来形成金属通孔。而本发明所提供的微带天线，由于间隔介质基板100b的存在，使得在制造本发明所提供的微带天线时，可以允许首先利用常规打通孔的工艺在第一介质基板100a上形成第一金属通孔101、然后再以间隔介质基板100b为媒介对第一介质基板100a和地板300进行压合。而常规打通孔工艺一方面加工难度低，另一方面其所形成的金属通孔的厚径比小于8比1，若第一介质基板100a的厚度为2mm那么第一金属通孔101的直径可以做到0.25mm左右，远远小于现有微带天线中金属通孔的尺寸，而这个尺寸下的金属通孔不会影响到天线的性能。如此一来，与现有微带天线相比，本发明所提供的微带天线一方面具有加工难度小易于制造的特点，另一方面其上的金属通孔尺寸小，因此不会出现因为金属通孔的尺寸而影响到天线性能的情况。

需要说明的是，间隔介质基板100b在压合工艺中充当于第一介质基板100a和地板300之间的媒介，所以其厚度在满足压合工艺媒介的前提下尽可能的薄。优选地，间隔介质基板100b的厚度小于等于0.1mm，例如0.075mm、0.1mm等。

优选地，本发明所提供的微带天线还进一步包括馈电网络，该馈电网络用于为辐射元提供馈电。下面以一个具体实施例对馈电网络的结构进行说明。在本实施例中，如图3所示，馈电网络设置在间隔介质基板100b和地板300之间，其中，该馈电网络从间隔介质基板100b侧至地板300侧依次包括缝隙层400、第二介质基板500a、带状线600以及第三介质基板500b。缝隙层400上形成有缝隙401。在本实施例中，缝隙401为H型缝隙。本领域技术人员可以理解的是，缝隙401不应仅仅限于H型缝隙，其具体形状可以根据微带天线的实际设计需求来确定。缝隙层400采用金属材料(例如铜等)制成，其厚度可以参考现有缝隙层的厚度参数进行设定。带状线600设置在第二介质基板500a和第三介质基板500b之间位于缝隙401正下方的位置上，其通过缝隙401对辐射元200进行馈电，将能量耦合至辐射元200。在本实施例中，第二介质基板500a和第三介质基板500b可以使用现有常规介质基板来实现，其中，第二介质基板500a和第三介质基板500b的材料可以相同也可以不同。针对于带状线600来说，本领域技术人员可以理解的是，带状线的具体结构(包括材料、形状、尺寸等)可以根据天线的实际设计需求来确定，本文对此不做任何限定。此外，馈电网络上还形成有贯穿缝隙层400、第二介质基板500a以及第三介质基板500b的多个第二金属通孔，该多个第二金属通孔对缝隙401和带状线600形成环绕。在本实施例中，如图3所示，缝隙层400、第二介质基板500a以及第三介质基板500b相对应的位置上分别形成有第三金属通孔402、第四金属通孔501以及第五金属通孔502，当缝隙层400、第二介质基板500a以及第三介质基板500b压合后，缝隙层400上的第三金属通孔402、第二介质基板500a上的第四金属通孔501以及第三介质基板500b上的第五金属通孔502恰好上下对齐连接，构成贯穿缝隙层400、第二介质基板500a以及第三介质基板500b的第二金属通孔。第二金属通孔与其所环绕的区域形成一个金属腔结构，由于该金属腔结构和地板形成连接，因此将该金属腔结构称为接地金属腔结构。针对于微带天线来说，其接地金属腔结构主要用于隔断该微带天线中馈电网络与微带天线阵列中其他微带天线之间的能量耦合。本领域技术人员可以理解的是，除了上述馈电网络之外，现有的其他馈电网络结构(例如同轴馈电等)、以及未来可能会出现的馈电网络结构均适用于本发明，为了简明起见，在此不再对馈电网络的所有可能结构一一进行列举。

优选地，辐射元除了辐射贴片之外还包括寄生贴片，该寄生贴片设置在第一介质基板的上表面，对辐射贴片形成环绕。材料方面，寄生贴片的材料优选与辐射贴片的材料相同，利于在第一介质基板的上表面同时形成辐射贴片和寄生贴片。形状方面，寄生贴片优选呈与辐射贴片形状相匹配的环状。在本实施例中，如图4所示，辐射贴片200呈矩形形状，寄生贴片201呈矩形环形状，且辐射贴片200和寄生贴片201同心设置。本领域技术人员可以理解的是，(1)针对于寄生贴片呈与辐射贴片形状相匹配的环状的情况，上述辐射贴片呈矩形形状、寄生贴片呈矩形环形状仅为示意性举例，在其他实施例中，辐射贴片和寄生贴片还可以呈其他形状，例如辐射贴片呈圆形形状、寄生贴片呈圆环形状等等；(2)寄生贴片也可以呈与辐射贴片形状相匹配的环状之外的其他形状，只要对辐射贴片形成环绕连接即可。更优选地，寄生贴片与第一介质基板上的第一金属通孔形成连接，从而与非接地金属腔结构形成连接。在一个具体实施例中，如图4所示，寄生贴片201上形成在第一金属通孔101的上方，且寄生贴片201上形成有与第一金属通孔101相对应的过孔，即寄生贴片201上设置在第一介质基板100a上以后该过孔恰好与第一介质基板100a上的第一金属通孔101上下对齐连接，从而使得寄生贴片201通过该过孔与第一金属通孔101形成连接，进而与非接地金属腔结构形成连接。寄生贴片作为辐射贴片的寄生结构参与天线的辐射，与非接地金属腔共同工作可以有效增加微带天线在大扫描角度下的增益，特别是微带天线大间距下高频频段的增益。

相应地，本发明还提供了一种微带天线阵列，该微带天线阵列包括若干上述微带天线，该若干微带天线以阵列的形式排列。其中，微带天线阵列中微带天线的具体数量、具体排列方式、具体连接方式由实际设计需求决定，为了简明起见，在此不再对微带天线阵列所有可能的结构进行一一描述。由于本发明所提供的微带天线具有加工难度低性能优的特性，所以基于该微带天线所形成的微带天线阵列也相应具有加工难度低性能优的特性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。

以上所揭露的仅为本发明的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种微带天线，该微带天线从上至下依次包括：

辐射元、第一介质基板、间隔介质基板以及地板；

所述辐射元形成在所述第一介质基板的上表面；

2.根据权利要求1所述的微带天线，其中：

所述第一介质基板的材料是FR4材料或PPE；

所述间隔介质基板的材料是FR4材料或PPE。

3.根据权利要求1所述的微带天线，其中，所述间隔介质基板的厚度小于等于0.1mm。

4.根据权利要求1所述的微带天线，其中，所述微带天线还包括：

馈电网络，该馈电网络设置在所述间隔介质基板和所述地板之间，从所述间隔介质基板侧至所述地板侧依次包括缝隙层、第二介质基板、带状线以及第三介质基板；

所述缝隙层上形成有缝隙；

所述带状线位于所述缝隙正下方并通过所述缝隙对所述辐射元进行耦合馈电；

所述馈电网络上形成有贯穿所述缝隙层、所述第二介质基板以及所述第三介质基板的多个第二金属通孔，该多个第二金属通孔以环绕所述缝隙和所述带状线的方式进行排列。

5.根据权利要求1所述的微带天线，其中，所述辐射元为辐射贴片。

6.根据权利要求5所述的微带天线，其中：

所述辐射元还包括寄生贴片，该寄生贴片以环绕所述辐射贴片的方式设置在所述第一介质基板的上表面。

7.根据权利要求6所述的微带天线，其中，所述寄生贴片与所述第一金属通孔形成连接。

8.根据权利要求7所述的微带天线，其中：

所述寄生贴片上形成有与所述第一金属通孔相对应的过孔，所述寄生贴片通过该过孔与所述第一金属通孔形成连接。

9.根据权利要求6所述的微带天线，其中，所述寄生贴片呈与所述辐射贴片形状相匹配的环状。

10.一种微带天线阵列，该微带天线阵列包括：

多个如权利要求1至9中任一项所述的微带天线，该微带天线以阵列的形式排列。