CN112635987A - 一种双扇形高增益微带贴片天线 - Google Patents

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吴倩楠
武冬雪
李孟委
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Abstract

本发明公开了一种双扇形高增益微带贴片天线，它包括基板1、扇形天线贴片2及设置在所述基板1上的微波传输组件。所述双扇形天线贴片2分布在基板1上表面中心，同轴电缆3位于基板1中心并贯穿基板1，连接基板1上表面的扇形天线贴片2以及基板1下方波面端口6，地线5分布与整个基板1下表面，超材料结构4则分布在基板地线的下端。它尺寸小，结构简单，增益明显高于同类型的微带贴片天线，能够适用于多种工作场所，具有很高的实用价值。

Description

一种双扇形高增益微带贴片天线
技术领域
本发明涉及微带天线技术领域，尤其涉及一种双扇形高增益微带贴片天线。
背景技术
微带贴片天线是一种常见的微带天线，该天线一般由介质基板、辐射贴片以及接地板组成。天线的辐射贴片也有多种形式，一般为三角形，矩形，圆形等多种形式，该天线的最大辐射方向一般均在测射方向，即垂直与基板方向。微带贴片天线制作简单，成本低，易于小型化、集成化，结构紧凑等多种优点，在实际的生产与应用中受到了广泛的关注。
目前微带贴片天线在移动通信系统、卫星通信系统、全球定位系统和远程遥感系统等多方面均受到了广泛的关注与研究。但是，这种微带贴片天线在毫米波段应用时在增益满足应用要求的情况下，尺寸过大，不能够满足实际要求，从而影响微带贴片天线在毫米波段的应用。
目前对于微带贴片的天线的研究机构诸如电子科技大学、中国电子科技集团等天线增益可以做到同尺寸的单个微带贴片天线元件增益达3-5dB。
因此，亟待需要一种双扇形高增益微带贴片天线来解决上述难题。
发明内容
为了有效解决高增益与小型化之间的矛盾问题，本发明公开了一种双扇形高增益微带贴片天线，它利用双扇形形状，设计了工作在32.9GHz的高增益微带贴片天线。双扇形天线贴片表面刻蚀在基板上表面，通过同轴电缆连接基板底部底线以及刻蚀在基板底部的超材料结构，实现毫米波段高增益小型化天线信号传输。
一种双扇形高增益微带贴片天线，其特征在于，所述双扇形高增益微带贴片天线包括：
至少一个提供支撑基础的基板；
至少一个设置在基板表面的扇形天线贴片；
至少一组设置在基板底部的超材料结构；
至少一组设置连接基板与天线元件的微波传输组件；
所述微波传输组件包括用于传输信号的信号线单元、设置在信号线单元周侧的地线单元、设置在所述信号线单元下的波面端口；
所述信号线单元为同轴电缆，该同轴电缆通过波面端口连接扇形天线贴片与地线，通过同轴电缆进行信号传输；
所述基板底部的超材料结构以及扇形天线贴片通过同轴电缆，穿过基板进行连接，同轴电缆中心位于基板中心；
所述同轴电缆包括分别连接所述扇形天线贴片、基板、超材料结构以及地线，同轴电缆最后通过波面端口，采用50ohm信号线进行信号传输。
所述扇形天线贴片为双扇形结构，扇形弧度角为90°，有利于天线的增益提高，在扇形贴片中心设有扇形天线缝隙，减少天线贴片面积，有利于天线信号传输。
所述超材料结构为金属材料按照周期性排列构成。所述超材料结构是宽度为0.4mm的内外方形圆环，内外圆环间距为0.4mm，外圆环边缘与基板边缘相隔间距为0.4mm，外圆环在左侧开有0.5mm长度开口，内圆环在右侧开有0.5mm的开口。所述超材料结构能够有效的反射微波，提高天线信号传输效率。
本发明的有益效果为：
本发明采用双扇形天线贴片，能够有效降低天线尺寸并且保持较高的增益，对于天线在毫米波段的应用有较大的优势。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
结合以下详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
图1为本发明实施例的外观立体示意图；
图2为本发明实施例的整体结构截面图；
图3为本发明实施例的天线贴片结构图；
图4为本发明实施例的超材料结构图；
图5为本发明实施例的插入损耗仿真图；
图6为本发明型实施例的增益图；
图中：1-基板，2-扇形天线贴片，3-同轴电缆，4-超材料结构，5-地线，6-波面端口，7-扇形天线缝隙
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
以下对本发明的实施例做出详细描述。
参照图1-图4所示，一种双扇形高增益微带贴片天线，它包括基板1、扇形天线贴片2及设置在所述基板1上的微波传输组件。
参照图1所示，所述基板1为6*6*1mm3立方体结构，基板1的材料为FR4，此类材料介电常数为4.4，保证了传输射频信号时的低损耗特性。
所述扇形天线贴片2为双扇形对称结构，并在扇形天线贴片2上刻蚀扇形天线缝隙7，在减小天线贴片尺寸的同时，提高天线辐射效率。
所述微波传输组件包括同轴电缆3、设置基板1底部表面的地线单元及设置在所述信号线单元下方的波面端口6。
所述超材料结构4与地线5表面相连，并通过同轴电缆3连接基板1以及基板上表面的双扇形天线贴片2。
所述信号线传输组件包括：波面端口6、同轴电缆3、双扇形天线贴片2。
所述双扇形微带贴片天线设置在基板1上表面，同轴电缆3贯穿基板1连接位于基板1下表面的波面端口6，通过50ohm的信号线进行信号传输，位于基板1中心位置；地线5设置在基板1底面与同样设置在基板1底部的超材料结构4连接；
参照图2所示，所述双扇形天线贴片2分布在基板1上表面中心，同轴电缆3位于基板1中心并贯穿基板1，连接基板1上表面的扇形天线贴片2以及基板1下方波面端口6，地线5分布与整个基板1下表面，超材料结构4则分布在基板地线的下端。
参照图5所示，为所设计开关近端口的插入损耗。从中可以看出双扇形高增益微带贴片天线工作在32.9GHz的频率频段内，工作带宽约为3.02GHz。
参照图6所示，为所设计所设计双扇形高增益微带贴片天线的辐射增益图。从中可以看出该天线最大增益为7.54dB，能够满足使用要求。
应用本双扇形高增益微带贴片天线，主要由双扇形天线贴片与超材料结构组合构成，具有结构简单，体积小，插入损耗小等优点。从微波传输角度来讲，扇形结构既减小了插入损耗又增大了隔离度，同时也提高了天线增益的寿命。在工作频率范围内有着较强的实用性。
与传统微带贴片天线相比具有明显的优势，所述双扇形高增益微带贴片天线具有双扇形的对称结构以及超材料结构，既减小了插入损耗又增大了隔离度，于此也增强了天线的增益和减小了天线尺寸。在毫米波段，有着优越的实用性。可实现3.02GHz带宽的工作，实现了射频MEMS天线的高度集成。
本实施例的有益效果为：
本实施例采用双扇形天线贴片，能够有效降低天线尺寸并且保持较高的增益，对于天线在毫米波段的应用有较大的优势。它尺寸小，结构简单，增益明显高于同类型的微带贴片天线，能够适用于多种工作场所，具有很高的实用价值。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (3)

1.一种双扇形高增益微带贴片天线，其特征在于，所述双扇形高增益微带贴片天线包括：
至少一个提供支撑基础的基板(1)；
至少一个设置在基板(1)表面的扇形天线贴片(2)；
至少一组设置在基板(1)底部的超材料结构(4)；
至少一组设置连接基板(1)与天线元件的微波传输组件；
所述微波传输组件包括用于传输信号的信号线单元、设置在信号线单元周侧的地线单元、设置在所述信号线单元下的波面端口(6)；
所述信号线单元为同轴电缆(3)，该同轴电缆(3)通过波面端口(6)连接扇形天线贴片(2)与地线(5)，通过同轴电缆(3)进行信号传输；
所述基板(1)底部的超材料结构(4)以及扇形天线贴片(2)通过同轴电缆(3)，穿过基板(1)进行连接，同轴电缆(3)中心位于基板(1)中心；
所述同轴电缆(3)包括分别连接所述扇形天线贴片(2)、基板(1)、超材料结构(4)以及地线(5)，同轴电缆(3)最后通过波面端口(6)，采用50ohm信号线进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种双扇形高增益微带贴片天线，其特征在于，所述扇形天线贴片(2)为双扇形结构，扇形弧度角为90°，在扇形贴片中心设有扇形天线缝隙(7)。
3.根据权利要求1所述的一种双扇形高增益微带贴片天线，其特征在于，所述超材料结构(4)为金属材料按照周期性排列构成。所述超材料结构(4)是宽度为0.4mm的内外方形圆环，内外圆环间距为0.4mm，外圆环边缘与基板边缘相隔间距为0.4mm，外圆环在左侧开有0.5mm长度开口，内圆环在右侧开有0.5mm的开口。
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