CN113690576B - 微带天线以及无线信号传输设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种微带天线以及无线信号传输设备，所述微带天线包括：介质基板、贴附于所述介质基板一侧表面上的多个辐射单元以及微带馈线；每个所述辐射单元均包括第一金属贴片，所述第一金属贴片与所述微带馈线相连接；所述多个辐射单元中的至少一个还包括至少一个第二金属贴片，所述至少一个第二金属贴片中的每个与所述第一金属贴片之间具有缝隙；各个辐射单元中的第一、第二金属贴片的宽度以及缝隙的宽度和形状确定所述微带天线的幅相分布，所述幅相分布用以实现波束赋形。本申请提供的微带天线拥有多个独立的金属贴片，其在能够调节与其对应的辐射单元的馈电幅度的基础上，还能够调节所述辐射单元的馈电相位，以降低调节波束赋形的难度。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种微带天线以及无线信号传输设备。
背景技术
随着科技的不断进步，天线的种类日渐增多，其中，微带贴片天线以其体积小、重量轻、且能够与载体(例如：无人机、机动车等)共形等优势，被广泛地应用于移动通信、卫星通信、广播、雷达、导航、车载设备、安防、电子对抗及射电天文等领域中。在微带贴片天线工作时，通常采用波束赋形技术调整微带天线阵列之间的馈电相位，以实现发射一特定指向的电磁波的目的。
然而在现有技术中，波束赋形技术一般通过改变天线单元之间的距离以调整微带贴片天线的馈电相位。若如上设置，虽然能在一定程度上实现开发人员的预期效果，但是通过调整天线单元之间的距离的方式，开发人员想要得到预想的馈电相位的难度较高，并且会大量花费开发人员的时间与精力，进而降低了天线的开发效率。
因此，亟需一种新型的微带天线结构，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种微带天线以及无线信号传输设备，以解决天线波束赋形技术难度大、不灵活，且难以控制天线收发电磁波的有效面积的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种微带天线，所述微带天线包括：介质基板、贴附于所述介质基板一侧表面上的多个辐射单元以及微带馈线；每个所述辐射单元均包括第一金属贴片，所述第一金属贴片与所述微带馈线相连接；所述多个辐射单元中的至少一个还包括至少一个第二金属贴片，所述至少一个第二金属贴片中的每个与所述第一金属贴片之间具有缝隙；各个辐射单元中的第一金属贴片的宽度、第二金属贴片的宽度以及缝隙的宽度和形状确定所述微带天线的幅相分布，所述幅相分布用以实现波束赋形。
可选地，所述多个辐射单元中各个包括至少一个第二金属贴片的辐射单元包括两个第二金属贴片，所述两个第二金属贴片对称地设置在对应的第一金属贴片两侧。
可选地，所述多个辐射单元中的第一金属贴片的宽度具有相同或不同的值，其中，所述第一金属贴片的宽度是指所述第一金属贴片在与所述微带馈线延伸方向垂直的方向上的延伸长度值。
可选地，所述多个辐射单元中的第二金属贴片的宽度具有相同或不同的值，其中，所述第二金属贴片的宽度是指所述第二金属贴片在与所述微带馈线延伸方向垂直的方向上的延伸长度值。
可选地，各个具有至少一个第二金属贴片的辐射单元的所述缝隙的宽度具有相同或不同的值，其中，所述缝隙的宽度是指所述第二金属贴片与对应的第一金属贴片之间的间距值。
可选地，所述多个辐射单元中不具有第二金属贴片的辐射单元的第一金属贴片是非缝隙加载的常规天线贴片。
可选地，不同的具有第二金属贴片的辐射单元的所述缝隙的形状彼此相同或不同。
可选地，针对每个具有第二金属贴片的辐射单元，该辐射单元的所述缝隙的形状是下列中的一种：与对应的第一金属贴片的对称轴平行的窄带、与对应的第一金属贴片的对称轴具有夹角的窄带、相对于对应的第一金属贴片的对称轴向外弯折的窄带、相对于对应的第一金属贴片的对称轴向内弯折的窄带。
可选地，各个所述辐射单元的第一金属贴片的辐射面积均相等。
可选地，所述微带天线还包括：接地层，所述接地层设于所述介质基板上且与所述辐射单元以及微带馈线不同层。
进一步地，本发明还提供一种无线信号传输设备，所述无线信号传输设备具有一个或多个如上述任意一条中所述的微带天线。
本发明提供的微带天线能够通过改变第一金属贴片与第二金属贴片之间的间隔以及各金属贴片的尺寸，从而实现不同的波束赋形效果。相较于现有技术中改变天线单元之间的间距实现波束赋形的技术，本申请提供的微带天线拥有多个独立的金属贴片，所述金属贴片在能够调节与其对应的辐射单元的馈电幅度的基础上，还能够调节所述辐射单元的馈电相位，以降低调节波束赋形的难度。此外，独立的金属贴片能够根据开发人员的需求增设数量，操作简单、便捷，且容易控制天线收发电磁波的有效面积，进而降低了天线的调试及开发难度。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明实施例1提供的一种微带天线的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的一种微带天线的方向图。
图3为本发明实施例1提供的辐射单元的结构示意图。
图4为本发明实施例1提供的另一辐射单元的结构示意图。
图5为本发明实施例1提供的又一辐射单元的结构示意图。
图6为本发明实施例1提供的第一金属贴片宽度与辐射单元的归一化电导的关系示意图。
图7为本发明实施例1提供的第二金属贴片宽度与辐射单元的归一化电导的关系示意图。
图8为本发明实施例1提供的缝隙宽度与辐射单元的归一化电导的关系示意图。
图9为本发明实施例1提供的第一金属贴片宽度与辐射单元的馈电相位角度的关系示意图。
图10为本发明实施例1提供的第二金属贴片宽度与辐射单元的馈电相位角度的关系示意图。
图11为本发明实施例1提供的缝隙宽度与辐射单元的馈电相位角度的关系示意图。
图12为本发明实施例1提供的另一种微带天线的结构示意图。
图13为本发明实施例1提供的另一种微带天线的方向图。
图14为本发明实施例1提供的又一种微带天线的结构示意图。
图15为本发明实施例1提供的又一种微带天线的方向图。
图中标记如下：
1、介质基板；2、微带馈线；3、辐射单元；
21、电信号输出始端；31、第一金属贴片；32、第二金属贴片。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
参阅图1-11所示，本发明提供一种微带天线。所述微带天线包括：介质基板1、贴附于所述介质基板1一侧表面上的多个辐射单元3以及微带馈线2。
可选地，为增加所述微带天线的增益，所述微带天线通过中部馈电的方式馈电，即所述微带馈线2的中部通过一信号传输装置与一射频电路电性连接，以使所述射频电路发射的电信号能够传输至每一第一金属贴片31中。在其他实施例中，所述微带馈线2的一端可通过信号传输装置与射频电路电性连接。示例性地，所述信号传输装置是同轴线缆，在其他实施例中，所述信号传输装置还可以是架空明线。
进一步地，每个所述辐射单元3均包括第一金属贴片31，所述第一金属贴片31与所述微带馈线2相连接。
进一步地，所述多个辐射单元3中的第一金属贴片31的宽度具有相同或不同的值。其中，所述第一金属贴片31的宽度是指所述第一金属贴片31在与所述微带馈线2延伸方向垂直的方向上的延伸长度值。
示例性地，各个所述辐射单元3的第一金属贴片31的辐射面积均相等。
进一步地，所述微带馈线2将电信号传输至每一所述辐射单元3中，所述辐射单元3根据所述电信号的相位与强度发射相应的电磁波信号。可选地，所述介质基板1采用高频微波板材制成，以降低电磁波的传播损耗。
示例性地，第一金属贴片31可为矩形金属贴片。示例性地，所述第一金属贴片31沿所述微带馈线2长度方向顺次间隔地串联于所述微带馈线2上。
可选地，如图1-2所示，在本实施例中自所述微带馈线2的电信号输出始端21至末端，所述辐射单元3中的第一金属贴片31的辐射面积先逐渐增大再逐渐减小。在其他实施例中，所述微带天线中的第一金属贴片31的辐射面积自所述微带馈线2的电信号输出始端21至末端，先逐渐减小再逐渐增大。
参阅图2所示，图2为图1所示的微带天线的天线方向图，该微带天线的增益约为14dBi，并且其主瓣电平与副瓣电平之间存在较大差异。
参阅图6以及图9所示，所述第一金属贴片31的宽度与对应的辐射单元3的归一化电导值正相关。所述第一金属贴片31的宽度与对应的辐射单元3的馈电相位角度值正相关。其中，所述归一化电导用以表示所述辐射单元3的相对功率大小。所述馈电相位角用以表示所述辐射单元3的馈电相位的角度。
进一步地，所述多个辐射单元3中的至少一个还包括至少一个第二金属贴片32，所述至少一个第二金属贴片32中的每个与所述第一金属贴片31之间具有缝隙。换言之，辐射单元3可包括第二金属贴片32，包括第二金属贴片32的辐射单元3中第二金属贴片32的数量可根据实际情况设置。
进一步地，所述多个辐射单元3中不具有第二金属贴片32的辐射单元的第一金属贴片31是非缝隙加载的常规天线贴片。
进一步地，所述多个辐射单元中的第二金属贴片的宽度具有相同或不同的值，其中，所述第二金属贴片的宽度是指所述第二金属贴片在与所述微带馈线延伸方向垂直的方向上的延伸长度值。
示例性地，所述多个辐射单元3中各个包括至少一个第二金属贴片32的辐射单元3包括两个第二金属贴片32，所述两个第二金属贴片32对称地设置在对应的第一金属贴片31两侧。
参阅图7所示，示例性地，图7示意了一辐射单元3的归一化电导值与该辐射单元3的一第二金属贴片32的宽度的关系。具体地，图7中坐标系的横坐标为归一化电导值，纵坐标为第二金属贴片32的宽度(单位为毫米)，上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.1-0.2mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度与上述归一化电导值负相关。上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.2-0.26mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度与上述归一化电导值正相关。上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.26-0.6mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度与上述归一化电导值负相关。其中，上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.2-0.26mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度对上述归一化电导值的影响最大。
示例性地，参阅图10，图10示意了一辐射单元3的馈电相位角与该辐射单元3的一第二金属贴片32的宽度的关系。具体地，图10中坐标系的横坐标为馈电相位角的角度值，纵坐标为第二金属贴片32的宽度(单位为毫米)，上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.1-0.13mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度与上述馈电相位角正相关。上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.13-0.26mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度与上述馈电相位角负相关。上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.26-0.6mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度与上述馈电相位角正相关。其中，当上述第二金属贴片32的宽度的取值在0.13-0.26mm之间时，上述第二金属贴片32的宽度对上述馈电相位角的影响最大。
本实施例提供的微带天线通过在所述第一金属贴片31的至少一侧间隔地设置一第二金属贴片32，以实现第一金属贴片31与相邻的第二金属贴片32的耦合，进而使得至少两个辐射单元3之间的馈电相位不同，以实现所述微带天线的波束赋形。具体地，当所述微带馈线2将电信号传输至所述辐射单元3中时，所述辐射单元3中的第一金属贴片31与第二金属贴片32耦合，以调节所述辐射单元3的馈电相位，进而使所述微带天线中至少两个辐射单元3的馈电相位存在相位差。
进一步地，所述第一金属贴片31与所述第二金属贴片32之间设有缝隙33，如图1所示。各个具有至少一个第二金属贴片的辐射单元的所述缝隙的宽度具有相同或不同的值，其中，所述缝隙的宽度是指所述第二金属贴片32与对应的第一金属贴片31之间的间距值。
进一步地，各个辐射单元3中的第一金属贴片31的宽度、第二金属贴片32的宽度以及缝隙的宽度和形状确定所述微带天线的幅相分布，所述幅相分布用以实现波束赋形。
进一步地，不同的具有第二金属贴片32的辐射单元3的所述缝隙的形状彼此相同或不同。
可选地，针对每个具有第二金属贴片32的辐射单元3，该辐射单元3的所述缝隙的形状是下列中的一种：与对应的第一金属贴片31的对称轴平行的窄带、与对应的第一金属贴片31的对称轴具有夹角的窄带、相对于对应的第一金属贴片31的对称轴向外弯折的窄带、相对于对应的第一金属贴片31的对称轴向内弯折的窄带。
参阅图3所示，示例性地，所述第一金属贴片31是等腰梯形形状的金属贴片，其两侧等间距设有一形状是直角梯形的第二金属贴片32。第一金属贴片31和第二金属贴片32间距构成一相应的缝隙33。所述第二金属贴片32中的垂直于上下两底的侧边远离所述第一金属贴片31。
参阅图4所示，示例性地，所述第一金属贴片31是六边形形状的金属贴片，其两侧等间距设有第二金属贴片32。所述第一金属贴片31与两个第二金属贴片32中间的缝隙33是相对于对应的第一金属贴片31的对称轴向外弯折的窄带。
参阅图5所示，示例性地，所述第一金属贴片31是六边形形状的金属贴片，其两侧等间距设有第二金属贴片32。所述第一金属贴片31与两个第二金属贴片32中间的缝隙33是相对于对应的第一金属贴片31的对称轴向内弯折的窄带。
参阅图8以及图11所示，示例性地，所述缝隙的宽度与对应的辐射单元3的归一化电导值负相关。所述缝隙的宽度与对应的辐射单元3的馈电相位角度正相关。
进一步地，开发人员可根据实际的开发需求，设定每一辐射单元3中第一金属贴片31的宽度、第二金属贴片32的贴片宽度以及第一金属贴片31与相邻的第二金属贴片32之间缝隙的宽度。
进一步地，所述串馈式阵列天线还包括接地层。所述接地层设于所述介质基板1上且与所述辐射单元3以及微带馈线2不同层。示例性地，所述接地层的板材可选用介电常数和介质损耗小的板材，例如ROGS 3003,ROGS 4835等。
示例性地，参阅图12-13所示，图12为本发明提供的另一种微带天线的结构示意图。该微带天线包括10个辐射单元3。每一所述辐射单元3中的第一金属贴片31的两侧均等间距设有第二金属贴片32。自其微带馈线2的电信号输出始端21至输出末端，所述微带馈线2依次连接第一金属贴片31。其中，第四个以及第七个第一金属贴片31的尺寸为第一尺寸，其余的第一金属贴片31的尺寸为第二尺寸，且所述第一尺寸大于所述第二尺寸。该微带天线的天线方向图如图13所示。
示例性地，参阅图14-15所示，图14为本实施例提供的又一种微带天线的结构示意图。该微带天线包括10个辐射单元3。每一所述辐射单元3中的第一金属贴片31的两侧均等间距设有第二金属贴片32。自其微带馈线2的输入始端至输出末端，第一个第一金属贴片31到第五个第一金属贴片31的排布情况如下：第一个第一金属贴片31到第三个第一金属贴片31的尺寸依次增大，第四个第一金属贴片31的宽度与所述微带馈线2的宽度相同，第五个第一金属贴片31的尺寸与第一个金属贴片的尺寸相等。第六个第一金属贴片31到第十个第一金属贴片31中心对称于第一个第一金属贴片31到第五个第一金属贴片31。该微带天线的天线方向图如图15所示。
此外，本发明还提供了一种无线信号传输设备，所述无线信号传输设备具有至少一个如前面所描述的任一种微带天线。
本实施例的有益效果在于：本实施例提供的微带天线能够通过改变第一金属贴片与第二金属贴片之间的间隔以及各金属贴片的尺寸，从而实现不同的波束赋形效果。相较于现有技术中改变天线单元之间的间距实现波束赋形的技术相比，本实施例提供的微带天线拥有多个独立的金属贴片，所述金属贴片在能够调节与其对应的辐射单元的馈电幅度的基础上，还能够调节所述辐射单元的馈电相位，以降低调节波束赋形的难度。此外，独立的金属贴片能够根据开发人员的需求增设数量，操作简单、便捷，且容易控制天线收发电磁波的有效面积，进而降低了天线的调试及开发难度。
以上对本申请实施例所提供的一种微带天线以及无线信号传输设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种微带天线，其特征在于，包括：介质基板、贴附于所述介质基板一侧表面上的多个辐射单元以及微带馈线；
每个所述辐射单元均包括第一金属贴片，所述第一金属贴片与所述微带馈线相连接；
所述多个辐射单元中的至少一个还包括至少一个第二金属贴片，所述至少一个第二金属贴片中的每个与所述第一金属贴片之间具有缝隙且不进行电性连接，所述第二金属贴片是设置在与所述微带馈线延伸方向垂直的方向上；
各个辐射单元中的第一金属贴片的宽度、第二金属贴片的宽度以及缝隙的宽度和形状确定所述微带天线的幅相分布，所述幅相分布用以实现波束赋形，其包括当微带馈线传输电信号至辐射单元时，第一金属贴片与第二金属贴片的耦合调节辐射单元的馈电相位，进而使所述微带天线中至少两个辐射单元的馈电相位存在相位差并影响整体幅相分布；针对每个具有第二金属贴片的辐射单元，该辐射单元的所述缝隙的形状是下列中的一种：与对应的第一金属贴片的对称轴平行的窄带、与对应的第一金属贴片的对称轴具有夹角的窄带。
2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述多个辐射单元中各个包括至少一个第二金属贴片的辐射单元包括两个第二金属贴片，所述两个第二金属贴片对称地设置在对应的第一金属贴片两侧。
3.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述多个辐射单元中的第一金属贴片的宽度具有相同或不同的值，其中，所述第一金属贴片的宽度是指所述第一金属贴片在与所述微带馈线延伸方向垂直的方向上的延伸长度值。
4.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述多个辐射单元中的第二金属贴片的宽度具有相同或不同的值，其中，所述第二金属贴片的宽度是指所述第二金属贴片在与所述微带馈线延伸方向垂直的方向上的延伸长度值。
5.根据权利要求4所述的微带天线，其特征在于，各个具有至少一个第二金属贴片的辐射单元的所述缝隙的宽度具有相同或不同的值，其中，所述缝隙的宽度是指所述第二金属贴片与对应的第一金属贴片之间的间距值。
6.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述多个辐射单元中不具有第二金属贴片的辐射单元的第一金属贴片是非缝隙加载的常规天线贴片。
7.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，不同的具有第二金属贴片的辐射单元的所述缝隙的形状彼此相同或不同。
8.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，针对所述与对应的第一金属贴片的对称轴具有夹角的窄带包括相对于对应的第一金属贴片的对称轴向外弯折的窄带、相对于对应的第一金属贴片的对称轴向内弯折的窄带。
9.根据权利要求8所述的微带天线，其特征在于，所述第一金属贴片是等腰梯形形状的金属贴片，其两侧等间距设有一形状是直角梯形的第二金属贴片，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片间距构成一相应的缝隙，所述第二金属贴片中的垂直于上下两底的侧边远离所述第一金属贴片。
10.根据权利要求8所述的微带天线，其特征在于，所述第一金属贴片是六边形形状的金属贴片，其两侧等间距设有第二金属贴片，所述第一金属贴片与两个第二金属贴片中间的缝隙是相对于对应的第一金属贴片的对称轴向外弯折的窄带。
11.根据权利要求8所述的微带天线，其特征在于，所述第一金属贴片是六边形形状的金属贴片，其两侧等间距设有第二金属贴片，所述第一金属贴片与两个第二金属贴片中间的缝隙是相对于对应的第一金属贴片的对称轴向内弯折的窄带。
12.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，
各个所述辐射单元的第一金属贴片的辐射面积均相等。
13.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，还包括：接地层，所述接地层设于所述介质基板上且与所述辐射单元以及微带馈线不同层。
14.一种无线信号传输设备，所述无线信号传输设备具有一个或多个如权利要求1-13中任一项所述的微带天线。
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