CN114678685A - 超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超宽带天线。超宽带天线设置于包括金属构件的通信装置，超宽带天线包括：第一介质基材、主辐射贴片、寄生辐射贴片与阻抗匹配贴片；第一介质基材设置有第一导电过孔；主辐射贴片设置于第一介质基材的上表面，且电连接第一导电过孔；寄生辐射贴片设置于第一介质基材的下表面；阻抗匹配贴片与寄生辐射贴片位于同一平面，且电连接第一导电过孔，寄生辐射贴片环绕阻抗匹配贴片且与阻抗匹配贴片彼此隔离，阻抗匹配贴片设置有馈电点。其中，寄生辐射贴片被配置为从主辐射贴片耦合能量，寄生辐射贴片被配置为其产生的陷波频率靠近主辐射贴片产生的陷波频率，以展宽频带带宽。

Description

超宽带天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种超宽带天线。

背景技术

超宽带技术(Ultra Wide Band，UWB)是一种无线载波通信技术，主要应用于10米左右的短距离高速数据通信，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号。

目前超宽带天线多采用单辐射贴片设计(即单贴片天线)，其中，辐射贴片位于介质基板上方，天线参考地位于所述介质基板底面。然而，单贴片天线因受限于其物理特性，存在带宽较窄的问题。因此，相关业者提出通过渐变的馈线或改变贴片的形状来增加天线的驻波比带宽，但存在定位性能较差，且外形复杂导致加工不稳定性的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种超宽带天线，可解决现有技术中，采用单贴片天线通过渐变的馈线或改变贴片的形状来增加天线的驻波比带宽，而存在定位性能较差，且外形复杂导致加工不稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请提供了一种超宽带天线，设置于包括金属构件的通信装置，超宽带天线包括：第一介质基材、主辐射贴片、寄生辐射贴片与阻抗匹配贴片；第一介质基材设置有第一导电过孔；主辐射贴片设置于第一介质基材的上表面，且电连接第一导电过孔；寄生辐射贴片设置于第一介质基材的下表面；阻抗匹配贴片与寄生辐射贴片位于同一平面，且电连接第一导电过孔，寄生辐射贴片环绕阻抗匹配贴片且与阻抗匹配贴片彼此隔离，阻抗匹配贴片设置有馈电点。其中，寄生辐射贴片被配置为从主辐射贴片耦合能量，寄生辐射贴片被配置为其产生的陷波频率靠近主辐射贴片产生的陷波频率，以展宽频带带宽。

本申请还提供了一种超宽带天线，其包括：第一介质基材、主辐射贴片、寄生辐射贴片、阻抗匹配贴片、第二介质基材、金属地与馈电焊盘；第一介质基材设置有第一导电过孔；主辐射贴片设置于第一介质基材的上表面，且电连接第一导电过孔；寄生辐射贴片设置于第一介质基材的下表面或内部；阻抗匹配贴片与寄生辐射贴片位于同一平面，且电连接第一导电过孔，寄生辐射贴片环绕阻抗匹配贴片且与阻抗匹配贴片彼此隔离；第二介质基材设置有第二导电过孔，第一介质基材接合到第二介质基材的上表面，第二导电过孔电连接阻抗匹配贴片；金属地设置于第二介质基材的下表面；馈电焊盘与金属地位于同一平面，且电连接第二导电过孔，金属地环绕馈电焊盘且与馈电焊盘彼此隔离，馈电焊盘设置有馈电点。其中，寄生辐射贴片被配置为从主辐射贴片耦合能量，寄生辐射贴片被配置为其产生的陷波频率靠近主辐射贴片产生的陷波频率，以展宽频带带宽。

在本申请实施例中，超宽带天线通过寄生辐射贴片配合主辐射贴片实现双谐振，展宽天线的带宽，弥补单贴片天线带宽窄的缺点。另外，超宽带天线通过在主辐射贴片的馈电线路上增加放置于寄生辐射贴片内且与寄生辐射贴片隔离的阻抗匹配贴片，实现主辐射贴片的阻抗匹配，提升寄生辐射贴片与主辐射贴片产生的陷波之间的耦合，也可达到小型化寄生辐射贴片的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为依据本申请的超宽带天线的一实施例立体示意图；

图2为图1的超宽带天线沿线段AA的剖面图；

图3为图1的超宽带天线的俯视图；

图4为图1的超宽带天线的仰视图；

图5为依据本申请的超宽带天线的另一实施例立体示意图；

图6为图5的超宽带天线沿线段BB的剖面图；

图7为图5的超宽带天线的俯视图；

图8为图5的第一介质基材设置有寄生辐射贴片与阻抗匹配贴片的一实施例示意图；

图9为图5的超宽带天线的仰视图；

图10为现有单贴片天线的散射参数仿真图；

图11为图5的超宽带天线的散射参数仿真图；

图12为图11中散射参数为-3dB时工作频率为7.3GHz的立体辐射方向图；

图13为图11中工作频率为频段中心的立体辐射方向图；以及

图14为图11中散射参数为-3dB时工作频率为8.78GHz的立体辐射方向图。

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。

必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理和/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件，或以上的任意组合。

必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。

请参阅图1与图2，图1为依据本申请的超宽带天线的一实施例立体示意图，图2为图1的超宽带天线沿线段AA的剖面图。超宽带天线100可设置于包括金属构件的通信装置(未绘制)，所述通信装置泛指可以进行通信的电子装置，例如但不限于是手机、笔记本电脑或设置于手机或笔记本电脑中的通信模块。如图1与图2所示，超宽带天线100包括：第一介质基材110、主辐射贴片120、寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140。其中，第一介质基材110设置有第一导电过孔50；主辐射贴片120设置于第一介质基材110的上表面112，且电连接第一导电过孔50；寄生辐射贴片130设置于第一介质基材110的下表面114；阻抗匹配贴片140与寄生辐射贴片130位于同一平面，且电连接第一导电过孔50，寄生辐射贴片130环绕阻抗匹配贴片140且与阻抗匹配贴片140彼此隔离，阻抗匹配贴片140设置有馈电点142。

更详细地说，请参阅图1至图3，图3为图1的超宽带天线的俯视图。第一介质基材110可为柔性基板或硬质基板；柔性基板的材质可包括但不限于聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚酯纤维(polyester,PET)、环烯烃共聚物(cyclic olefincopolymer,COC)或其组合，硬质基板的材质可包括但不限于玻璃、石英、晶圆、陶瓷或其组合，但本实施例并非用以限定本申请。主辐射贴片120与第一导电过孔50的材质可为导电金属(例如：铜、银、铝、锌、金、或其合金)。所述导电金属使用压合或喷涂工艺覆盖于第一介质基材110的上表面112，以形成主辐射贴片120。第一导电过孔50电连接主辐射贴片120，以作为天线馈电线路的一部分。

请参阅图1、图2与图4，图4为图1的超宽带天线的仰视图。寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140的材质可为导电金属(例如：铜、银、铝、锌、金、或其合金)，所述导电金属使用压合或喷涂工艺覆盖于第一介质基材110的下表面114，以形成寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140(即寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140位于同一平面)，其中，寄生辐射贴片130环绕阻抗匹配贴片140，寄生辐射贴片130不与阻抗匹配贴片140相连(即寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140彼此隔离)。信号由阻抗匹配贴片140设置的馈电点142输入，经阻抗匹配贴片140、第一导电过孔50传输至主辐射贴片120，使得主辐射贴片120产生对应其等效谐振长度的陷波频率(即主辐射贴片120产生的陷波频率取决于主辐射贴片120的等效谐振长度)并向外辐射信号；寄生辐射贴片130从主辐射贴片120耦合能量，产生对应其等效谐振长度的陷波频率(即寄生辐射贴片130产生的陷波频率取决于寄生辐射贴片130的等效谐振长度)；当寄生辐射贴片130产生的陷波频率靠近主辐射贴片120产生的陷波频率时，可实现展宽超宽带天线100的频带带宽。其中，阻抗匹配贴片140用于匹配寄生辐射贴片130产生的频率陷波与主辐射贴片120产生的频率陷波之间的阻抗，也可提升两陷波间耦合，使散射参数更平坦。

在本实施例中，设置于通信装置的内部的超宽带天线100以外形尺寸大于超宽带天线100的金属构件(未绘制)作为天线参考地，信号直接馈电于阻抗匹配贴片140上，因此，超宽带天线100通过第一介质基材110的上表面112设置有主辐射贴片120及下表面114设置有寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140的设计，即可实现展宽超宽带天线100的频带带宽，进一步减小超宽带天线100的整体厚度尺寸，简化制作工艺。

在一实施例中，请参阅图4，由于馈电点142的设置位置需根据阻抗匹配要求进行调整(即通过调整馈电点142的位置调整超宽带天线100的阻抗)，因此，馈电点142与第一导电过孔50在水平方向H上间隔有预定距离D1(即第一导电过孔50的中心点至馈电点142在水平方向H上的预定距离D1)，所述预定距离D1取决于超宽带天线100的阻抗。在一些实施例中，馈电点142与第一导电过孔50在水平面上的相对位置取决于超宽带天线100的阻抗。

在一实施例中，请参阅图4，寄生辐射贴片130与阻抗匹配贴片140之间间隔有缝隙，所述缝隙为环绕寄生辐射贴片130的环形槽60，环形槽60用以增加寄生辐射贴片130的等效谐振长度，且可有效减小寄生辐射贴片130的尺寸，有利于小型化设计。

在一实施例中，主辐射贴片120、寄生辐射贴片130、阻抗匹配贴片140与环形槽60的外形呈规则图形或不规则图形。其中，所述规则图形可为但不限于方形、矩形、圆形、椭圆或菱形，所述不规则图形可为但不限于L形、T形或工形。

请参阅图5与图6，图5为依据本申请的超宽带天线的另一实施例立体示意图，图6为图5的超宽带天线沿线段BB的剖面图。如图5与图6所示，超宽带天线200包括第一介质基材210、主辐射贴片220、寄生辐射贴片230、阻抗匹配贴片240、第二介质基材250、金属地260与馈电焊盘270。其中，第一介质基材210设置有第一导电过孔70；主辐射贴片220设置于第一介质基材210的上表面212，且电连接第一导电过孔70；寄生辐射贴片230设置于第一介质基材210的下表面214或内部；阻抗匹配贴片240与寄生辐射贴片230位于同一平面，且电连接第一导电过孔70，寄生辐射贴片230环绕阻抗匹配贴片240且与阻抗匹配贴片240彼此隔离；第二介质基材250设置有第二导电过孔80，第一介质基材210接合到第二介质基材250的上表面252，第二导电过孔80电连接阻抗匹配贴片240；金属地260设置于第二介质基材250的下表面254；馈电焊盘270与金属地260位于同一平面，且电连接第二导电过孔80，金属地260环绕馈电焊盘270且与馈电焊盘270彼此隔离，馈电焊盘270设置有馈电点272。其中，寄生辐射贴片230被配置从主辐射贴片220耦合能量，寄生辐射贴片230被配置其产生的陷波频率靠近主辐射贴片220产生的陷波频率，以展宽超宽带天线200的频带带宽。需注意的是，由于第一导电过孔70与第二导电过孔80在超宽带天线200的厚度方向T是错位的，因此，图6中的第二导电过孔80以虚线方式绘制。

更详细地说，请参阅图5至图7，图7为图5的超宽带天线的俯视图。第一介质基材210可为柔性基板或硬质基板；主辐射贴片220与第一导电过孔70的材质可为导电金属，所述导电金属使用压合或喷涂工艺覆盖于第一介质基材210的上表面212，以形成主辐射贴片220；第一导电过孔70电连接主辐射贴片220，以作为天线馈电线路的一部分。

请参阅图5、图6与图8，图8为图5的第一介质基材设置有寄生辐射贴片与阻抗匹配贴片的一实施例示意图。寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240的材质可为导电金属，所述导电金属使用压合或喷涂工艺覆盖于第一介质基材210的下表面214，以形成寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240(即寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240位于同一平面)，其中，寄生辐射贴片230环绕阻抗匹配贴片240，寄生辐射贴片230不与阻抗匹配贴片240相连(即寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240彼此隔离)。

请参阅图5、图6与图9，图9为图5的超宽带天线的仰视图。第二介质基材250可为柔性基板或硬质基板；金属地260、第二导电过孔80与馈电焊盘270的材质可为导电金属，所述导电金属使用压合或喷涂工艺覆盖于第二介质基材250的下表面254，以形成金属地260与馈电焊盘270(即馈电焊盘270与金属地260位于同一平面)，其中，金属地260环绕馈电焊盘270，金属地260不与馈电焊盘270相连(即金属地260与馈电焊盘270彼此隔离)。第二导电过孔80电连接阻抗匹配贴片240与馈电焊盘270，以作为天线馈电线路的一部分。信号由馈电焊盘270设置的馈电点272输入，经馈电焊盘270、第二导电过孔80、阻抗匹配贴片240、第一导电过孔70传输至主辐射贴片220，使得主辐射贴片220产生对应其等效谐振长度的陷波频率(即主辐射贴片220产生的陷波频率取决于主辐射贴片220的等效谐振长度)并向外辐射信号；寄生辐射贴片230从主辐射贴片220耦合能量，产生对应其等效谐振长度的陷波频率(即寄生辐射贴片230产生的陷波频率取决于寄生辐射贴片230的等效谐振长度)；当寄生辐射贴片230产生的陷波频率靠近主辐射贴片220产生的陷波频率时，可实现展宽超宽带天线200的频带带宽。其中，阻抗匹配贴片240用于匹配寄生辐射贴片230产生的频率陷波与主辐射贴片220产生的频率陷波之间的阻抗，也可提升两陷波间耦合，使散射参数更平坦。

需注意的是，寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240可加工于第一介质基材210或第二介质基材250，再将第一介质基材210会压合到第二介质基材250的上表面252；当第一介质基材210为柔性基板且第二介质基材250为硬质基板时，压合过程的高温会使所述柔性基板具有流动性，使得寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240设置于第一介质基材210的内部；当第一介质基材210为硬质基板且第二介质基材250为柔性基板或者第一介质基材210与第二介质基材250都为硬质基板时，压合过程的高温不会使所述硬质基板的具有流动性，使得寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240设置于第一介质基材210的下表面214。当第一介质基材210与第二介质基材250都为柔性基板时，需先判断寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240先加工于第一介质基材210或第二介质基材250；寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240先加工于第一介质基材210时，将第一介质基材210会压合到第二介质基材250的上表面252后，使得寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240位于先第一介质基材210的下表面214，并嵌入第二介质基材250的内部；寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240先加工于第二介质基材250时，将第一介质基材210会压合到第二介质基材250的上表面252后，使得寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240位于先第二介质基材250的上表面252，并嵌入第一介质基材210的内部。

在一实施例中，请参阅图6、图8与图9，由于第一导电过孔70与第二导电过孔80在超宽带天线200的厚度方向T是错位的，因此，天线馈电线路增加一段电流路径，等效引入了一些电阻电容，用于更好的匹配主辐射贴片220。需注意的是，第一导电过孔70与第二导电过孔80在超宽带天线200的厚度方向T也可以是连成一线的，取决于馈电点272的阻抗；也就是说，第一导电过孔70与第二导电过孔80在水平方向H上间隔有预定距离D2(即第一导电过孔70的中心点与第二导电过孔80的中心点在水平方向H上的预定距离D2)，预定距离D2取决于馈电点272的阻抗。在一些实施例中，第一导电过孔70与第二导电过孔80在水平面上的相对位置取决于馈电点272的阻抗。另外，馈电点272的设置位置不同，也会使得第一导电过孔70与第二导电过孔80在超宽带天线200的厚度方向T的相对位置也不同。

在一实施例中，请参阅图8，寄生辐射贴片230与阻抗匹配贴片240之间间隔有缝隙，所述缝隙为环绕寄生辐射贴片230的环形槽90，环形槽90用以增加寄生辐射贴片230的等效谐振长度，且可有效减小寄生辐射贴片230的尺寸，有利于小型化设计。

在一实施例中，主辐射贴片220、寄生辐射贴片230、阻抗匹配贴片240与环形槽90的外形呈规则图形或不规则图形。其中，所述规则图形可为但不限于方形、矩形、圆形、椭圆或菱形，所述不规则图形可为但不限于L形、T形或工形。

请参阅图10与图11，图10为现有单贴片天线的散射参数仿真图，图11为图5的超宽带天线的散射参数仿真图，其中，图10与图11的横轴为频率，单位为吉赫(GHz)；纵轴为散射参数，单位为分贝(dB)。从图10与图11可知，在散射参数为-3dB时，单贴片天线的带宽可为1.07GHz(即7.81GHz至8.88GHz)，超宽带天线200的带宽可为1.48GHz(即7.30GHz至8.78GHz)，因此，超宽带天线200相对于单贴片天线可将带宽扩展40％以上。

请参阅图11至图14，图12为图11中散射参数为-3dB时工作频率为7.3GHz的立体辐射方向图，图13为图11中工作频率为频段中心(8GHz)的立体辐射方向图，图14为图11中散射参数为-3dB时工作频率为8.78GHz的立体辐射方向图。由图11至图14可知，超宽带天线200在高中低整个频段内辐射方向图的一致性好。

综上所述，本申请实施例中，超宽带天线通过寄生辐射贴片配合主辐射贴片实现双谐振，展宽天线的带宽，弥补单贴片天线带宽窄的缺点。另外，超宽带天线通过在主辐射贴片的馈电线路上增加放置于寄生辐射贴片内且与寄生辐射贴片隔离的阻抗匹配贴片，实现主辐射贴片的阻抗匹配，提升寄生辐射贴片与主辐射贴片产生的陷波之间的耦合，也可达到小型化寄生辐射贴片的目的。此外，设置于通信装置的内部的超宽带天线以外形尺寸大于超宽带天线的金属构件作为天线参考地，可进一步减小超宽带天线的整体厚度尺寸，简化制作工艺。

虽然在本申请的图式中包含了以上描述的组件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其他的附加组件，已达成更佳的技术效果。

虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用于限缩本发明。相反地，此发明涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (13)

1.一种超宽带天线，设置于包括金属构件的通信装置，其特征在于，所述超宽带天线包括：

第一介质基材，设置有第一导电过孔；

主辐射贴片，设置于所述第一介质基材的上表面，且电连接所述第一导电过孔；

寄生辐射贴片，设置于所述第一介质基材的下表面；以及

阻抗匹配贴片，与所述寄生辐射贴片位于同一平面，且电连接所述第一导电过孔，所述寄生辐射贴片环绕所述阻抗匹配贴片且与所述阻抗匹配贴片彼此隔离，所述阻抗匹配贴片设置有馈电点；

其中，所述寄生辐射贴片被配置为从所述主辐射贴片耦合能量，所述寄生辐射贴片被配置为其产生的陷波频率靠近所述主辐射贴片产生的陷波频率，以展宽频带的带宽。

2.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述馈电点与所述第一导电过孔在水平方向上间隔有预定距离，所述预定距离取决于所述超宽带天线的阻抗。

3.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述寄生辐射贴片与所述阻抗匹配贴片之间间隔有缝隙，所述缝隙为环绕所述寄生辐射贴片的环形槽。

4.根据权利要求3所述的超宽带天线，其特征在于，所述主辐射贴片、所述寄生辐射贴片、所述阻抗匹配贴片与所述环形槽的外形呈规则图形或不规则图形。

5.根据权利要求4所述的超宽带天线，其特征在于，所述规则图形为方形、矩形、圆形、椭圆或菱形；所述不规则图形为L形、T形或工形。

6.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述寄生辐射贴片产生的所述陷波频率取决于所述寄生辐射贴片的等效谐振长度，所述主辐射贴片产生的所述陷波频率取决于所述主辐射贴片的等效谐振长度。

7.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述通信装置的所述金属构件大于所述超宽带天线的外形尺寸且作为天线参考地。

8.一种超宽带天线，其特征在于，包括：

第一介质基材，设置有第一导电过孔；

主辐射贴片，设置于所述第一介质基材的上表面，且电连接所述第一导电过孔；

寄生辐射贴片，设置于所述第一介质基材的下表面或内部；

阻抗匹配贴片，与所述寄生辐射贴片位于同一平面，且电连接所述第一导电过孔，所述寄生辐射贴片环绕所述阻抗匹配贴片且与所述阻抗匹配贴片彼此隔离；

第二介质基材，设置有第二导电过孔，所述第一介质基材接合到所述第二介质基材的上表面，所述第二导电过孔电连接所述阻抗匹配贴片；

金属地，设置于所述第二介质基材的下表面；以及

馈电焊盘，与所述金属地位于同一平面，且电连接所述第二导电过孔，所述金属地环绕所述馈电焊盘且与所述馈电焊盘彼此隔离，所述馈电焊盘设置有馈电点；

其中，所述寄生辐射贴片被配置为从所述主辐射贴片耦合能量，所述寄生辐射贴片被配置为其产生的陷波频率靠近所述主辐射贴片产生的陷波频率，以展宽频带带宽。

9.根据权利要求8所述的超宽带天线，其特征在于，所述第一导电过孔与所述第二导电过孔在水平方向上间隔有预定距离，所述预定距离取决于所述馈电点的阻抗。

10.根据权利要求8所述的超宽带天线，其特征在于，所述寄生辐射贴片与所述阻抗匹配贴片之间间隔有缝隙，所述缝隙为环绕所述寄生辐射贴片的环形槽。

11.根据权利要求10所述的超宽带天线，其特征在于，所述主辐射贴片、所述寄生辐射贴片、所述阻抗匹配贴片与所述环形槽的外形呈规则图形或不规则图形。

12.根据权利要求11所述的超宽带天线，其特征在于，所述规则图形为方形、矩形、圆形、椭圆或菱形；所述不规则图形为L形、T形或工形。

13.根据权利要求8所述的超宽带天线，其特征在于，所述寄生辐射贴片产生的所述陷波频率取决于所述寄生辐射贴片的等效谐振长度，所述主辐射贴片产生的所述陷波频率取决于所述主辐射贴片的等效谐振长度。

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