CN114421154A - 双极化天线及移动传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双极化天线及移动传感器，其中，双极化天线包括依次层叠设置的第一金属层、第一介质层、第二介质层和第二金属层；第一金属层上开设有对称的第一槽孔，第二介质层和第二金属层上开设有贯穿且对称的第二槽孔；第一介质层和第二介质层之间夹设有耦合金属片，耦合金属片通过传输线与馈电端口连接，馈电端口延伸至第二槽孔内部悬空设置。本申请将馈电端口通过传输线引至距离第一金属层中心较近的距离，从而在缩小双极化天线尺寸的同时，满足双极化天线对应的阻抗要求，同时在第二金属层中心为射频芯片预留安装位置，使射频芯片和双极化天线互不影响工作，整体缩小电子设备的体积。

Description

双极化天线及移动传感器

技术领域

本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种双极化天线及移动传感器。

背景技术

移动传感器，是一种通过感知物体移动来改变自身某种形态的装置。移动传感器上一般都设有微带贴片天线，用于发射或接收电磁波。微带贴片天线包括单极化天线和双极化天线。

随着时代的发展，人们越来越追求体积更小的电子设备，随之对天线的体积也要求更小。微带天线一般由馈电端口偏离中心的位置决定微带天线对应的输入阻抗。为了得到体积更小的微带天线，对于单极化天线，通常可以采用开槽、加载电容电感等方式得到微带天线对应的输入阻抗，缩小天线体积。但是，对于双极化天线，因为两个极化贴片距离较近，如果随意开槽或加载电容电感，则很有可能导致两个极化贴片的耦合增加，阻抗失配，进而影响两个极化贴片的正常工作。

发明内容

本申请的目的在于提供一种双极化天线及移动传感器，旨在解决传统双极化天线难以缩小尺寸的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种双极化天线，包括依次层叠设置的第一金属层、第一介质层、第二介质层和第二金属层；

所述第一金属层上开设有对称的第一槽孔，所述第二介质层和所述第二金属层上开设有贯穿且对称的第二槽孔；

所述第一介质层和所述第二介质层之间夹设有耦合金属片，所述耦合金属片通过传输线与馈电端口连接，所述馈电端口延伸至所述第二槽孔内部悬空设置。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述耦合金属片的位置根据所述双极化天线的匹配阻抗设置。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第一介质层和所述第二介质层的材质包括FR4介质板材。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第二槽孔还贯穿所述第一介质层和所述第一金属层。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述馈电端口贯穿所述第一金属层、所述第一介质层、所述第二介质层和所述第二金属层。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第一槽孔包括对称图形。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述对称图形包括正多边形或椭圆形。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述对称图形包括四组正交对称的L形或圆弧。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述双极化天线还包括接地端口；

所述第一金属层、所述第一介质层、所述第二介质层和所述第二金属层中心设有贯穿的接地孔，所述接地端口在所述第一金属层、所述第一介质层和所述第二介质层的接地孔内悬空设置且与所述第二金属层接触。

第二方面，本申请实施例提供了一种移动传感器，包括所述的双极化天线和射频芯片；

所述射频芯片安装于所述第二金属层底部中心位置且不覆盖所述馈电端口。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的双极化天线，将馈电端口通过传输线引至距离第一金属层中心较近的距离，从而在缩小双极化天线尺寸的同时，满足双极化天线对应的阻抗要求，同时在第二金属层中心为射频芯片预留安装位置，使射频芯片和双极化天线互不影响工作，整体缩小电子设备的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的双极化天线的第一种剖面结构示意图；

图2为本申请实施例提供的双极化天线的第二种剖面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的双极化天线的第一种爆炸结构示意图；

图4为本申请实施例提供的双极化天线的第二种爆炸结构示意图；

图5为本申请实施例提供的移动传感器的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一金属层，11-第一槽孔，12-第二槽孔，13-馈电端口，14-接地端口，15-接地孔，2-第一介质层，3-第二介质层，4-第二金属层，5-耦合金属片，6-射频芯片。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

微带贴片天线一般包括单极化天线和双极化天线。微带天线一般由馈电端口偏离中心的位置决定微带天线对应的输入阻抗，例如，对于50Ω的输入阻抗，馈电端口一般距离天线中心较近。为了得到体积更小的微带天线，对于单极化天线，通常可以采用开槽、加载电容电感等方式得到微带天线的对应阻抗，同时缩小微带天线的整体体积。因为单极化微带天线只有一个极化方向，所以在一个极化方向上进行开槽、加载电容电感等操作，只会对该天线的一个极化方向产生影响，而并不会影响其他方向。

但是，对于双极化天线，因为两个极化天线距离较近，如果随意开槽或加载电容电感，很有可能会导致两个极化的耦合增加，阻抗失配，或者使一个极化方向能够正常工作，另一个极化方向失配，进而影响微带天线的正常工作。例如，当希望在微带天线接地侧封装体积较大的射频芯片进行馈电时，因为一般射频芯片的背面都是接口，如果直接将射频芯片封装在微带天线上，可能会覆盖馈电端口，从而导致无法向双极化天线馈电。如果将微带天线的馈电端口外移，馈电端口距离微带天线的距离增加，又将会导致对应的输入阻抗增加，与微带天线需求的输入阻抗失配，从而导致微带天线的效率降低，影响射频天线的工作性能。如果采用盲孔工艺，利用额外的传输线将馈电端口引出，因为盲孔工艺的成本较高，势必又将增加双极化天线的生产成本。

本申请提供一种双极化天线，将馈电端口通过传输线引至第一介质层和第二介质层之间，同时将传输线末端的耦合金属片设置在距离第一金属层中心阻抗匹配的距离，从而既能够缩小双极化天线尺寸，又满足双极化天线对应的输入阻抗要求。并且还可以在第二金属层中心底部为射频芯片预留安装位置，使射频芯片的背面和双极化天线安装在一起且互不影响工作，将原本平铺设置的双极化天线和射频芯片叠加安装在一起，从而整体缩小了移动传感器的体积，为电子设备小型化做出了贡献。

下面结合附图，对本申请提供的双极化天线，进行实例性的说明。

图1为本申请实施例提供的双极化天线的第一种剖面结构示意图，如图1所示，示例性地，一种双极化天线，包括依次层叠设置的第一金属层1、第一介质层2、第二介质层3和第二金属层4；

第一金属层1上开设有对称的第一槽孔11，第二介质层3和第二金属层4上开设有贯穿且对称的第二槽孔12；

第一介质层2和第二介质层3之间夹设有耦合金属片5，耦合金属片5通过传输线与馈电端口13连接，馈电端口13延伸至第二槽孔12内部悬空设置。

在应用中，通过在第一金属层上开设对称的第一槽孔，降低贴片天线的工作频率，使第一槽孔切断第一金属层原本谐振模式的电流，使得电流需要绕过第一槽孔的位置，增加了电流的路径长度，从而通过使用更小面积的贴片天线获得同样的谐振频率。通过在第二金属层和第二介质层上开设贯穿且对称的第二槽孔，并在第二槽孔内设置不与第二槽孔接触的馈电端口，从而可以将馈电端口设置在距离第一金属层中心较远的位置，以便为射频芯片空出位置，便于射频芯片贴合安装。将馈电端口通过传输线与耦合金属片连接，并将耦合金属片设置在第一介质层和第二介质层之间的位置，从而可以将耦合金属片设置在与天线输入阻抗相匹配的位置，通过耦合金属片为天线提供耦合电源。其中，传输线的宽度也与天线需要传输的频率相匹配。

示例性地，耦合金属片5的位置根据双极化天线的匹配阻抗设置。

在应用中，因为贴片天线谐振时的输入阻抗主要是由其馈电端口的位置决定。在本申请中，馈电端口通过耦合金属片耦合到贴片天线上，则贴片天线的输入阻抗主要由耦合金属片的位置和形状决定，与馈电端口的位置没有关系。馈电端口可以设置在远离天线中心的位置，由传输线连接到耦合金属片，完成信号的传递，从而可以将微带贴片天线的中心位置空出，以便射频芯片安装，完成微带贴片天线和射频芯片的整体体积缩小，更适应未来社会的发展。同时，耦合金属片可以设置在第一介质层和第二介质层之间且位于馈电端口和第一金属片中心之间的位置。耦合金属片的形状可以设为矩形。

示例性地，第一介质层2和第二介质层3的材质包括FR4介质板材。

在应用中，FR4介质板材是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，目前一般电路板所用的FR-4等级材料有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能(Tera-Function)的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。主要特点是电绝缘性能稳定、平整度好、表面光滑、无凹坑、厚度公差标准，同时FR4介质板材还具有成本低廉、加工方便的特性，非常适合应用于高性能电子绝缘要求的产品，所以在本申请中，第一介质层和第二介质层的材质可以采用FR4介质板材。FR4介质板材的介电常数一般在4.3左右，用其设计的5.8GHz微带贴片天线在谐振方向的长度大约为11.5mm。本申请还可以使用微波介质板材，微波介质板材是一种具有可调整的介电常数，满足低介质损耗角、最小表面硬度要求的介质材料，通常为陶瓷类。主要应用于微波频段(例如UHF频段（Ultra High Frequency）、SHF频段（Super HighFrequency），300MHz~300GHz等)电路中作为介质材料完成一种或多种功能的陶瓷，广泛适应于微波移动通讯的发展需求。

图2为本申请实施例提供的双极化天线的第二种剖面结构示意图，如图2所示，示例性地，第二槽孔12还贯穿第一介质层2和第一金属层1。

在应用中，因为在电子设备的制造过程中，盲孔的加工工艺成本一般要比通孔的加工工艺成本高，所以当第二槽孔只贯穿第二金属层和第二介质层时成本会较高。同时因为本申请的馈电端口只需要能够设置在距离第一金属层中心较远的位置，且通过传输线与第一介质层和第二介质层之间的耦合金属片连接即可，所以为了降低成本，还可以将第二槽孔贯穿第一介质层和第一金属层形成贯穿双极化天线的通孔，降低生产成本。

如图2所示，示例性地，馈电端口13贯穿第一金属层1、第一介质层2、第二介质层3和第二金属层4。

在应用中，当第二槽孔贯穿第一金属层、第一介质层、第二介质层和第二金属层时，设置在第二槽孔内且不与第二槽孔接触的馈电端口也贯穿第一金属层、第一介质层、第二介质层和第二金属层，从而通过传输线与耦合金属片连接，通过耦合金属片距离第一金属片中心的位置得到与微带贴片天线匹配的输入阻抗。其中第一金属片为耦合电源金属片，第二金属片为接地金属片。

图3为本申请实施例提供的双极化天线的第一种爆炸结构示意图，如图3所示，示例性地，第一槽孔11包括对称图形。

在应用中，为了使双极化天线的两个极化方向得到同样的谐振频率和电流路径长度，所以设置第一金属层上的第一槽孔为对称图形，从而使耦合金属片耦合的电流流经双极化天线的两个极化方向的路径相同、降低的谐振谐振频率相同，从而得到双极化天线需要对应的输入阻抗。

示例性地，对称图形包括正多边形或椭圆形。

在应用中，第一槽孔的对称图形可以设为正多边形或椭圆形。例如，其中的正多边形可以为正方形、正六边形、正八边形或者其他正多边形。其中的椭圆形还可以为椭圆形或者圆形。因为圆形是一种特殊的椭圆形。在应用中，第一金属层可以有两个正交的谐振模式，分别辐射产生两种正交极化，从而得到双极化天线的两个极化方向。

图4为本申请实施例提供的双极化天线的第二种爆炸结构示意图，如图4所示，示例性地，对称图形包括四组正交对称的L形或圆弧。

在应用中，第一槽孔的对称图形还可以设为四组正交对称的L形或圆弧。例如，如图3所示，第一槽孔的对称图形为L形且L形未开槽到边沿。如图4所示，第一槽孔的对称图形为L形且L形开槽到边沿。同时，第一槽孔的对称图形还可以为圆弧形，并且开槽到边沿或者未开槽到边沿。第一槽孔的在第一金属层上的开槽位置不同，将会形成不同的图案，但都可以达到降低双极化天线谐振频率的目的。同时，馈电端口的位置与天线中心位置的偏差以及耦合金属片的位置与天线中心位置的偏差，可以很好地解决天线输入阻抗匹配和馈电端口位置矛盾的问题，从而既可以将馈电端口的位置移动到远离天线中心的位置，又可以达到天线良好的阻抗匹配。

如图3和图4所示，示例性地，双极化天线还包括接地端口14；

第一金属层1、第一介质层2、第二介质层3和第二金属层4中心设有贯穿的接地孔15，接地端口14在第一金属层1、第一介质层2和第二介质层3的接地孔15内悬空设置且与第二金属层4接触。

在应用中，通过将第二金属层作为接地层，使与第二金属层接触的接地端口接地，从而使本申请使双极化天线接地。同时也为后期安装的射频芯片也提供了接地端口。

在应用中，本申请使用廉价的FR4介质板材实现双极化微带贴片天线的小型化处理，并解决了普通微带双极化天线的馈电端口距离天线中心位置较近的问题，方便在一些特定条件下的使用，例如将射频芯片安装在双极化天线的接地侧。通过对称的第一槽孔降低双极化天线的工作频率。通过馈电端口不与第一金属层直接连接，馈电端口通过传输线连接到第一介质层和第二介质层之间的耦合金属片上，通过耦合金属片向双极化天线提供耦合电源，从而使馈电端口的位置可以偏移到远离天线中心的位置，通过耦合金属片靠近天线中心点来完成双极化天线的输入阻抗匹配。同时通过类似电容耦合的耦合方式，可以使双极化天线工作的带宽有所增加，改善了由于小型化设计后造成的带宽降低问题。

图5为本申请实施例提供的移动传感器的结构示意图，如图5所示，为了便于说明，仅示出与本实施例相关的部分，示例性地，本申请实施例提供一种移动传感器，包括双极化天线和射频芯片6；

射频芯片6安装于第二金属层4底部中心位置且不覆盖馈电端口13。

在应用中，将射频芯片安装于双极化天线的第二金属层底部中心位置且不覆盖馈电端口，从而将射频芯片和双极化天线叠加在一起，可以通过在第一金属层上开设对称的第一槽孔，降低贴片天线的工作频率，使第一槽孔切断第一金属层原本谐振模式的电流，使得电流需要绕过第一槽孔的位置，增加了电流的路径长度，从而通过使用更小面积的贴片天线获得同样的谐振频率。通过在第一金属层和第一介质层上开设贯穿的第二槽孔，并在第二槽孔内设置不与第二槽孔接触的馈电端口，从而可以将馈电端口设置在距离第一金属层中心较远的位置，以便为射频芯片空出位置，便于射频芯片贴合安装。

将馈电端口通过传输线与耦合金属片连接，并将耦合金属片设置在第一介质层和第二介质层之间的位置，从而可以将耦合金属片设置在与天线输入阻抗相匹配的位置，通过耦合金属片为天线提供耦合电源。并将双极化天线和射频芯片结合使用，进行信号发送和信号接收，完成移动传感器的移动监测功能。其中，移动传感器可以用于照明、安防、小家电等智能家居的移动检测，即通过移动传感器检测到智能家居的移动数据，并将移动数据通过射频芯片和双极化天线发送至终端设备。还通过双极化天线和射频芯片接收终端设备发送的指令信息，控制移动传感器进行相应操作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的双极化天线，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的双极化天线实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些多接口系统，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极化天线，其特征在于，包括依次层叠设置的第一金属层、第一介质层、第二介质层和第二金属层；

所述第一金属层上开设有对称的第一槽孔，所述第二介质层和所述第二金属层上开设有贯穿且对称的第二槽孔；

所述第一介质层和所述第二介质层之间夹设有耦合金属片，所述耦合金属片通过传输线与馈电端口连接，所述馈电端口延伸至所述第二槽孔内部悬空设置。

2.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述耦合金属片的位置根据所述双极化天线的匹配阻抗设置。

3.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层的材质包括FR4介质板材。

4.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述第二槽孔还贯穿所述第一介质层和所述第一金属层。

5.如权利要求4所述的双极化天线，其特征在于，所述馈电端口贯穿所述第一金属层、所述第一介质层、所述第二介质层和所述第二金属层。

6.如权利要求1-5任一项所述的双极化天线，其特征在于，所述第一槽孔包括对称图形。

7.如权利要求6所述的双极化天线，其特征在于，所述对称图形包括正多边形或椭圆形。

8.如权利要求6所述的双极化天线，其特征在于，所述对称图形包括四组正交对称的L形或圆弧。

9.如权利要求1-5任一项所述的双极化天线，其特征在于，所述双极化天线还包括接地端口；

所述第一金属层、所述第一介质层、所述第二介质层和所述第二金属层中心设有贯穿的接地孔，所述接地端口在所述第一金属层、所述第一介质层和所述第二介质层的接地孔内悬空设置且与所述第二金属层接触。

10.一种移动传感器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的双极化天线和射频芯片；

所述射频芯片安装于所述第二金属层底部中心位置且不覆盖所述馈电端口。

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