CN113725622A - 微带贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微带贴片天线，包括主辐射单元和寄生辐射单元，主辐射单元包括第一介质基板和主辐射开缝贴片，主辐射开缝贴片位于第一介质基板上表面，主辐射开缝贴片内设有第一缝隙；寄生辐射单元位于主辐射单元上方，且与主辐射单元具有间距；寄生辐射单元包括第二介质基板和寄生辐射贴片，寄生辐射贴片位于第二介质基板上表面。本发明能够扩展微带贴片天线的相对带宽值。并且本发明中的微带贴片天线具有剖面低、面积小、结构简单、成本低等优点，适用于对天线一致性要求较高的阵列天线。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，特别是涉及一种微带贴片天线。
背景技术
天线是无线通信系统中不可缺少的一部分，它负责整个系统接收和发送信号的功能，其性能的好坏直接影响整个通信系统的性能。对于无线通信系统，主要关心阵列天线的幅度辐射性能，而对基于到达角(AOA)的定位系统来说，更多的是关心阵列天线的相位方向图，为了提高测量精度，相位测向法要求不同阵列天线的相位一致性须保持一致，或者在小范围之内波动。
微带天线不仅体积小，重量轻，低剖面，易共形，而且易集成，成本低，适合批量生产，此外还兼备电性能多样化等优势，能够提高不同阵列天线的相位一致性，但是微带天线的工作机理属于谐振式天线，目前的微带天线具有频带窄的缺点，它的相对带宽只有0.6～3％左右，这限制了现有微带天线的应用。
发明内容
基于此，有必要针对微带天线频带窄的问题，提供一种微带贴片天线。
本申请实施例提供了一种微带贴片天线，包括：
主辐射单元，包括第一介质基板和主辐射开缝贴片，主辐射开缝贴片位于第一介质基板上表面，主辐射开缝贴片内设有第一缝隙；
寄生辐射单元，位于主辐射单元上方，且与主辐射单元具有间距；寄生辐射单元包括第二介质基板和寄生辐射贴片，寄生辐射贴片位于第二介质基板上表面。
在其中一个实施例中，第一缝隙的外边缘与主辐射开缝贴片的外边缘具有间隔。
在其中一个实施例中，寄生辐射贴片内设有第二缝隙。
在其中一个实施例中，主辐射开缝贴片的形状包括圆形、矩形或梯形；第一缝隙包括十字型缝隙或一字型缝隙；寄生辐射贴片的形状包括圆形、矩形或梯形；第二缝隙包括十字型缝隙或一字型缝隙。
在其中一个实施例中，第二缝隙的外边缘与寄生辐射贴片的外边缘部分重合。
在其中一个实施例中，主辐射开缝贴片的中心与第一缝隙的中心重合；寄生辐射贴片的中心与第二缝隙的中心重合；主辐射开缝贴片的中心与寄生辐射贴片的中心上下对应。
在其中一个实施例中，第一缝隙的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1～0.3倍，第一缝隙的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.03～0.05倍；第二缝隙的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1～0.3倍，第二缝隙的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长0.03～0.05倍。
在其中一个实施例中，主辐射单元与寄生辐射单元固定连接。
在其中一个实施例中，主辐射单元还包括覆铜层，覆铜层位于第一介质基板的下表面。
在其中一个实施例中，微带贴片天线还包括连接器，连接器固定于第一介质基板上，用于给主辐射单元直接馈电。
在其中一个实施例中，连接器包括SMA连接器，SMA连接器的内芯贯穿第一介质基板并与主辐射开缝贴片连接。
在其中一个实施例中，主辐射单元的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.3倍，主辐射单元的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.3倍；寄生辐射单元的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.4倍，寄生辐射单元的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.4倍。
在其中一个实施例中，第一介质基板包括PCB板；第一介质基板的介电常数为1.0～12.0，第一介质基板的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005～0.03倍；第二介质基板包括PCB板，第二介质基板的介电常数为1.0～12.0，第二介质基板的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005～0.03倍。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
本发明通过在主辐射单元中的主辐射开缝贴片内设置缝隙，并在主辐射单元上方增加寄生辐射单元，能够扩展微带贴片天线的相对带宽值，例如，扩展至9％。并且本发明中的微带贴片天线具有剖面低、面积小、结构简单、成本低等优点，适用于对天线一致性要求较高的阵列天线。
附图说明
图1为本发明提供的微带贴片天线的立体图；
图2为本发明提供的微带贴片天线中的主辐射单元的俯视图；
图3为本发明提供的微带贴片天线中的寄生辐射单元的俯视图；
图4为本发明提供的微带贴片天线中的主辐射单元的立体图；
图5为本发明提供的微带贴片天线的回波损耗特性仿真图；
图6为本发明提供的微带贴片天线在2.6GHz频率的水平面增益方向图；其中，图6中的实线为主极化曲线，图6中的虚线为交叉极化曲线。
附图标记说明：
1、主辐射单元；101、第一介质基板；1011、第一连接孔；1012、覆铜层；102、主辐射开缝贴片；1021、第一缝隙；1022、小孔；2、寄生辐射单元；201、第二介质基板；2011、第二连接孔；202、寄生辐射贴片；2021、第二缝隙；3、连接器；301、内芯。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
请查阅图1，在本申请的一个实施例中，提供一种微带贴片天线，微带贴片天线包括：主辐射单元1，主辐射单元1包括第一介质基板101和主辐射开缝贴片102，主辐射开缝贴片102位于第一介质基板101上表面，主辐射开缝贴片102内设有第一缝隙1021；寄生辐射单元2，寄生辐射单元2位于主辐射单元1上方，且与主辐射单元1具有间距；寄生辐射单元2包括第二介质基板201和寄生辐射贴片202，寄生辐射贴片202位于第二介质基板201上表面。
上述微带贴片天线在主辐射开缝贴片102内设置第一缝隙1021，并在主辐射单元1上方设置寄生辐射单元2，能够扩展微带贴片天线的相对带宽值，例如，扩展至9％。并且上述微带贴片天线具有剖面低、面积小、结构简单、成本低等优点。
在其中一个实施例中，主辐射单元1与寄生辐射单元2固定连接；具体的，第一介质基板101上可以设置有第一连接孔1011，第二介质基板201上可以设有第二连接孔2011，可以通过固件将第一介质基板101上的第一连接孔1011与第二介质基板201上的第二连接孔2011固定连接，固件可以为塑料固件或其他材质的固件。
在其中一个实施例中，如图1及图2所示，主辐射开缝贴片102的形状可以为圆形，不失一般性，主辐射开缝贴片102的形状还可以为矩形或梯形。
第一缝隙1021可以为十字型缝隙，不失一般性，第一缝隙1021也可以为一字型缝隙或其他结构缝隙。当第一缝隙1021为十字型缝隙时，第一缝隙1021具有4条子缝隙，4条子缝隙的结构相同，其中2条子缝隙在同一条直线上，另外2条子缝隙在另一条直线上，两条直线相交，具体的，两条直线可以包括但不仅限于垂直相交；位于同一直线上的两条子缝隙之间具有间隙而不相连通。2条直线的延伸方向可以与主辐射单元1的长边或宽边相平行；也可以与主辐射单元1的长边或宽边均相交，譬如，可以1条直线与主辐射单元1的长边垂直相交，另1条直线与主辐射单元1的宽边垂直相交；还可以与主辐射单元1的长边或宽边均斜交。
在其中一个实施例中，第一缝隙1021的外边缘与主辐射开缝贴片102的外边缘具有间隔。
具体的，当第一缝隙1021为十字型缝隙时，第一缝隙1021中每条子缝隙的外边缘均与主辐射开缝贴片102的外边缘具有间隔，即第一缝隙1021并未延伸至主辐射开缝贴片102的外边缘。
上述第一缝隙1021的外边缘与主辐射开缝贴片102的外边缘具有间隔，能够提高主辐射单元1的阻抗匹配特性，有利于进一步扩展天线的带宽。
作为示例，如图3所示，寄生辐射贴片202的形状可以为圆形，不失一般性，寄生辐射贴片202的形状还可以为矩形或梯形。
寄生辐射贴片202内设有第二缝隙2021。第二缝隙2021可以为十字型缝隙，不失一般性，第二缝隙2021也可以为一字型缝隙或其他结构缝隙；当第二缝隙2021为十字型缝隙时，第二缝隙2021具有4条子缝隙，4条子缝隙的结构相同，其中2条子缝隙在同一条直线上，另外2条子缝隙在另一条直线上，两条直线相交，具体的，两条直线可以包括但不仅限于垂直相交；位于同一直线上的两条子缝隙之间具有间隙而不相连通。2条直线的延伸方向可以与寄生辐射单元2的长边或宽边相平行；也可以与寄生辐射单元2的长边或宽边均相交，譬如，可以1条直线与寄生辐射单元2的长边垂直相交，另1条直线与寄生辐射单元2的宽边垂直相交；还可以与寄生辐射单元2的长边或宽边均斜交。通过在寄生辐射贴片202内设置第二缝隙2021，能够减小天线的尺寸，减少阵列天线各阵元的耦合。
在其中一个实施例中，第二缝隙2021的外边缘与寄生辐射贴片202的外边缘部分重合。
具体的，当第二缝隙2021为十字型缝隙时，第二缝隙2021中每条子缝隙的外边缘分别与寄生辐射贴片202的外边缘部分重合。
上述第二缝隙2021的外边缘与寄生辐射贴片202的外边缘部分重合有利于增加寄生辐射单元2的电流路径。当寄生辐射单元2的电流路径增加后，天线的谐振频率会降低，有利于减少寄生辐射单元2的尺寸。
在其中一个实施例中，主辐射开缝贴片102的中心与第一缝隙1021的中心重合；寄生辐射贴片202的中心与第二缝隙2021的中心重合；主辐射开缝贴片102的中心与寄生辐射贴片202的中心上下对应。如此设计，有利于减少主辐射单元1和寄生辐射单元2的尺寸，使微带贴片天线扩展带宽的效果更好。
在其中一个实施例中，第一缝隙1021的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1～0.3倍，第一缝隙1021的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.03～0.05倍；第二缝隙2021的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1～0.3倍，第二缝隙2021的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长0.03～0.05倍。
具体的，第一缝隙1021的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1倍、0.2倍或0.3倍等等，第一缝隙1021的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.03倍、0.04倍或0.05倍等等；第二缝隙2021的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1倍、0.2倍或0.3倍等等，第二缝隙2021的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长0.03倍、0.04倍或0.05倍等等。
在其中一个实施例中，如图4所示，主辐射单元1还包括覆铜层1012，覆铜层1012位于第一介质基板101的下表面。
在其中一个实施例中，主辐射开缝贴片102为对覆在第一介质基板101上表面的铜箔刻蚀而形成，寄生辐射贴片202为对覆在第二介质基板201上表面的铜箔刻蚀而形成。
在其中一个实施例中，如图1所示，微带贴片天线还包括连接器3，连接器3固定于第一介质基板101上，用于给主辐射单元1直接馈电，寄生辐射单元2通过主辐射单元1进行耦合馈电。
在其中一个实施例中，连接器3可以为SMA连接器，不失一般性，连接器3还可以为任何形式的其它连接器，并且在天线与射频电路一体化集成设计方案中。SMA连接器的内芯301贯穿第一介质基板101与主辐射开缝贴片102连接。具体的，SMA连接器的内芯301贯穿第一介质基板101的小孔以及主辐射开缝贴片上的小孔1022与主辐射开缝贴片102连接。
在其中一个实施例中，主辐射单元1的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.3倍，主辐射单元1的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.3倍；寄生辐射单元2的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.4倍，寄生辐射单元2的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.4倍。
具体的，主辐射单元1的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2倍、0.25倍或0.3倍等等，主辐射单元1的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2倍、0.25倍或0.3倍等等；寄生辐射单元2的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2倍、0.3倍或0.4倍等等，寄生辐射单元2的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2倍、0.3倍或0.4倍等等。
在其中一个实施例中，第一介质基板101包括PCB板；第一介质基板101的介电常数为1.0～12.0，第一介质基板101的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005～0.03倍；第二介质基板201包括PCB板，第二介质基板201的介电常数为1.0～12.0，第二介质基板201的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005～0.03倍。第一介质基板101和第二介质基板201的介电常数均匀，即第一介质基板101各处的介电常数均相同，第二介质基板201各处的介电常数均相同；第一介质基板101和第二介质基板201各个位置的厚度基本一致，即第一介质基板101各处的厚度均基本相同，第二介质基板201各处的厚度均基本相同。
具体的，第一介质基板101的介电常数为1.0、4.0、7.0、10.0或12.0等等，第一介质基板101的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005倍、0.01倍、0.02倍或0.03倍等等；第二介质基板201的介电常数为1.0、4.0、7.0、10.0或12.0等等，第二介质基板201的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005倍、0.01倍、0.02倍或0.03倍等等。
请查阅图5，为本发明实施例微带贴片天线的回波损耗特性仿真图，其中纵坐标为S11参数，S11参数是指输入反射系数，S11参数的值为回波损耗值的相反数。S11参数的值不大于-10dB的频带宽度为2.48GHz～2.71GHz，该频带的绝对带宽达到230MHz，中心频点为2.6GHz。该中心频点的相对带宽达到9％，高于普通单层微带贴片天线约3％的相对带宽。
请查阅图6，为本发明实施例微带贴片天线在2.6GHz频率的水平面增益方向图，增益值达到7.86dBi，微带贴片天线轴向交叉极化比大于45dB，±60°范围内交叉极化比大于30dB。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种微带贴片天线，其特征在于，包括：
主辐射单元，包括第一介质基板和主辐射开缝贴片，所述主辐射开缝贴片位于所述第一介质基板上表面，所述主辐射开缝贴片内设有第一缝隙；
寄生辐射单元，位于所述主辐射单元上方，且与所述主辐射单元具有间距；所述寄生辐射单元包括第二介质基板和寄生辐射贴片，所述寄生辐射贴片位于所述第二介质基板上表面。
2.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第一缝隙的外边缘与所述主辐射开缝贴片的外边缘具有间隔。
3.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述寄生辐射贴片内设有第二缝隙。
4.根据权利要求3所述的微带贴片天线，其特征在于，所述主辐射开缝贴片的形状包括圆形、矩形或梯形；所述第一缝隙包括十字型缝隙或一字型缝隙；所述寄生辐射贴片的形状包括圆形、矩形或梯形；所述第二缝隙包括十字型缝隙或一字型缝隙。
5.根据权利要求3所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第二缝隙的外边缘与所述寄生辐射贴片的外边缘部分重合。
6.根据权利要求3所述的微带贴片天线，其特征在于，所述主辐射开缝贴片的中心与所述第一缝隙的中心重合；所述寄生辐射贴片的中心与所述第二缝隙的中心重合；所述主辐射开缝贴片的中心与所述寄生辐射贴片的中心上下对应。
7.根据权利要求3所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第一缝隙的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1～0.3倍，所述第一缝隙的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.03～0.05倍；所述第二缝隙的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.1～0.3倍，所述第二缝隙的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长0.03～0.05倍。
8.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述主辐射单元与所述寄生辐射单元固定连接。
9.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述主辐射单元还包括覆铜层，所述覆铜层位于所述第一介质基板的下表面。
10.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述微带贴片天线还包括连接器，所述连接器固定于所述第一介质基板上，用于给所述主辐射单元直接馈电。
11.根据权利要求10所述的微带贴片天线，其特征在于，所述连接器包括SMA连接器，所述SMA连接器的内芯贯穿所述第一介质基板并与所述主辐射开缝贴片连接。
12.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述主辐射单元的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.3倍，所述主辐射单元的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.3倍；所述寄生辐射单元的长度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.4倍，所述寄生辐射单元的宽度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.2～0.4倍。
13.根据权利要求1所述的微带贴片天线，其特征在于，所述第一介质基板包括PCB板；所述第一介质基板的介电常数为1.0～12.0，所述第一介质基板的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005～0.03倍；所述第二介质基板包括PCB板，所述第二介质基板的介电常数为1.0～12.0，所述第二介质基板的厚度为微带贴片天线的工作中心频点波长的0.005～0.03倍。
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2021
- 2021-07-30 CN CN202110875669.5A patent/CN113725622A/zh active Pending
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