CN116259961A - 折叠偶极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种折叠偶极子天线，涉及天线技术领域。折叠偶极子天线包括由下至上依次设置的地板、第一基板和至少两个第二基板；第一基板设置于地板上，第一基板设置有接地金属通孔，第一基板的上表面设置有馈电结构；每个第二基板的上表面设置有折叠偶极子，且每相邻的两个第二基板上的折叠偶极子通过金属通孔实现电性连接；第一基板上的馈电结构通过第一金属柱与位于最下方的第二基板的折叠偶极子电性连接，地板通过第二金属柱与位于最下方的第二基板的折叠偶极子电性连接。根据本发明的折叠偶极子天线，能够在低剖面环境下实现较宽的带宽，且天线的占用面积较小，有利于实现天线的小型化。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种折叠偶极子天线。
背景技术
折叠偶极子天线作为偶极子天线的一种典型变体，自被发明以来，由于其具有结构简单、带宽大、易于加工等诸多优点，一直受到领域内许多研究者的关注。大带宽、低剖面、小型化天线一直是折叠偶极子天线研究的热门内容，目前用于展宽折叠偶极子天线带宽的许多方式在毫米波天线设计中并不适用，且低剖面和小型化设计在毫米波频段也没有很好的解决方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种带宽较大的折叠偶极子天线。
根据本发明实施例的折叠偶极子天线，包括：
地板；
第一基板，设置于所述地板上，所述第一基板设置有接地金属通孔，所述第一基板的上表面设置有馈电结构；
由下至上依次设置于所述第一基板上方的至少两个第二基板，每个所述第二基板的上表面分别设置有折叠偶极子，且每相邻的两个所述第二基板上的所述折叠偶极子通过金属通孔实现电性连接；所述馈电结构通过第一金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述折叠偶极子电性连接，所述地板通过第二金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述折叠偶极子电性连接。
根据本发明的一些实施例，每个所述第二基板的所述折叠偶极子的折叠臂的长度不同。
根据本发明的一些实施例，所述折叠偶极子包括对称设置且相互连接的第一辐射部和第二辐射部。
根据本发明的一些实施例，所述第一金属柱和所述第二金属柱各有两个，所述馈电结构通过其中一个所述第一金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第一辐射部电性连接，所述馈电结构通过另一个所述第一金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第二辐射部电性连接；所述地板通过其中一个所述第二金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第一辐射部电性连接，所述地板通过另一个所述第二金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第二辐射部电性连接。
根据本发明的一些实施例，所述第一辐射部和所述第二辐射部分别具有多个宽度不同的折叠臂。
根据本发明的一些实施例，多个所述折叠臂之间的距离可调。
根据本发明的一些实施例，所述折叠偶极子呈中空的工字型。
根据本发明的一些实施例，所述馈电结构包括接地共面波导，所述接地共面波导的首端为馈电端，所述接地共面波导的末端分别与所述第一金属柱和所述第二金属柱电性连接。
根据本发明的一些实施例，所述接地共面波导的末端设置成宽度逐渐变宽的渐变结构，且所述渐变结构的内部进行镂空处理。
根据本发明的一些实施例，所述第二基板共有两个。
根据本发明实施例的折叠偶极子天线，至少具有如下有益效果：采用了结构简单、易于加工的折叠偶极子作为天线的辐射单元，并利用金属通孔直接导通上下堆叠的折叠偶极子，上下层的折叠偶极子在不同的频率谐振，从而增大了天线的带宽；而且，这种通过堆叠多层折叠偶极子以增大带宽的方式，减少了加工难度，能够适用于工作于毫米波频段的天线；同时，上下堆叠的各个基板之间可以紧凑放置，从而使得天线的占用面积较小，有利于实现天线的小型化。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的折叠偶极子天线的结构示意图；
图2为本发明实施例的折叠偶极子、第一金属柱与第二金属柱的结构示意图；
图3为本发明实施例的折叠偶极子的结构示意图；
图4为本发明实施例的折叠偶极子天线的匹配带宽仿真结果示意图；
图5为本发明实施例的折叠偶极子天线的辐射方向图；
附图标记：
地板100、第一基板200、接地金属通孔210、接地共面波导300、渐变结构310、第二基板400、折叠偶极子500、第一辐射部510、第一折叠臂511、第二折叠臂512、第二辐射部520、第三折叠臂521、第四折叠臂522、金属通孔600、第一金属柱700、第二金属柱800、绿油层900。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
折叠偶极子天线作为偶极子天线的一种典型变体，自被发明以来，由于其具有结构简单、带宽大、易于加工等诸多优点，一直受到领域内许多研究者的关注。然而，当前行业内用于增加折叠偶极子天线带宽的许多方式，在毫米波天线设计中并不适用，仅适用于工作于2.4GHz以及5GHz等较低频段的天线。例如对折叠偶极子进行垂直方向的折叠的方式，这种方式对于较低频段的天线而言，加工较为方便，天线可以较为方便地进行垂直方向的折叠。而由于毫米波天线采用封装工艺加工或者印刷电路板技术制造，难以对金属片进行垂直方向的折叠，只能采用打一排金属通孔的方式近似金属片折叠，但这样造成的阻抗不连续性也影响了匹配带宽，无法实现宽带设计。
为此，本发明实施例提出了一种适用于毫米波天线设计的带宽较宽的折叠偶极子天线，如图1和图2所示，该折叠偶极子天线包括由下至上依次设置的地板100、第一基板200和至少两个第二基板400；第一基板200设置于地板100上，第一基板200设置有接地金属通孔210，第一基板200的上表面设置有馈电结构；每个第二基板400的上表面设置有折叠偶极子500，且每相邻的两个第二基板400上的折叠偶极子500通过金属通孔600实现电性连接；第一基板200上的馈电结构通过第一金属柱700与位于最下方的第二基板400的折叠偶极子500电性连接，地板100通过第二金属柱800与位于最下方的第二基板400的折叠偶极子500电性连接。
根据本发明实施例的折叠偶极子天线，采用了结构简单、易于加工的折叠偶极子500作为天线辐射单元，并利用金属通孔600直接导通上下堆叠的折叠偶极子500，上下层的折叠偶极子在不同的频率谐振，从而增大了天线的带宽，并减少加工难度以及加工误差等不利因素的影响，此方法适用于工作于各种频段的天线。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，馈电结构包括接地共面波导300，接地共面波导300的首端为馈电端，接地共面波导300的末端分别与第一金属柱700和第二金属柱800电性连接。对于传统的天线而言，通常采用微带线与耦合缝隙二者结合的结构来实现对辐射部分的馈电，对于此种馈电结构，微带线与耦合缝隙需分别设置在不同的板层上，该馈电结构所需的板层数量至少为二；而且，为了使耦合缝隙具有较好的馈电效果，耦合缝隙与微带线间的高度差也有相应要求，这两个要求均会导致增加天线的剖面高度。而天线的辐射性能又与剖面高度有着很强的相关性，当剖面高度过高时，会使天线的辐射性能严重下降，从而导致其阻抗带宽迅速缩小。而本发明实施例所采用的馈电结构为接地共面波导300，接地共面波导300具有信号损耗低和保真性强等优点，且能够将天线的馈电结构所用的板层数减少至一层，从而能满足天线低剖面高度的要求。根据本发明实施例的折叠偶极子天线，在实际工作时，对接地共面波导300的首端进行馈电，能量沿着接地共面波导300水平传输至末端后，传输方向偏转90°，沿着第一金属柱700和第二金属柱800呈垂直方向的传输，最终实现对每个第二基板400上的折叠偶极子500的馈电。第一金属柱700和第二金属柱800构成了一个平行双线的结构，通过接地共面波导300转平行双线的馈电方式，使得天线能够取得良好的辐射效果，并降低天线的剖面高度。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，接地共面波导300的末端设置成宽度逐渐变宽的渐变结构310，且渐变结构310的内部进行镂空处理。通过在接地共面波导300到平行双线结构的转换处添加渐变结构310，并对渐变结构310进行挖空处理，传输线由小变大的过程中使用渐变结构310能有效减小馈线的阻抗变化；而对宽度渐变处的传输线进行挖空处理，实质上是让传输线一分为二，实现两路传输线的并联。通过对渐变结构310的大小和挖空部分的长度与宽度进行调整，就能实现一个比较完美的转换巴伦。
在本实用新型的一些实施例中，每个第二基板400的折叠偶极子500的折叠臂的长度不同，从而能够使得每个折叠偶极子500在不同的频率谐振，贡献更多的谐振点，提升天线的带宽。
如图2和图3所示，在本发明的一些实施例中，折叠偶极子500包括左右对称且相互连接的第一辐射部510和第二辐射部520，从而呈现中空的横放的工字型的形状。第一金属柱700和第二金属柱800的数量各有两个，馈电结构通过其中一个第一金属柱400与位于最下方的第二基板400的第一辐射部510电性连接，馈电结构通过另一个第一金属柱700与位于最下方的第二基板400的第二辐射部520电性连接；地板100通过其中一个第二金属柱800与位于最下方的第二基板400的第一辐射部510电性连接，地板100通过另一个第二金属柱800与位于最下方的第二基板400的第二辐射部520电性连接。折叠偶极子500采用了第一辐射部510与第二辐射部520背靠背放置的结构，从而使得接地共面波导300能够通过第一金属柱700和第二金属柱800对折叠偶极子500进行差分馈电，同时激励左右两侧的第一辐射部510和第二辐射部520，以实现折叠偶极子500带内方向图的稳定。
在本发明的一些实施例中，第一辐射部510和第二辐射部520分别具有宽度不同的多个折叠臂，且折叠臂之间的距离可调。例如，如图3所示，第一辐射部510的第一折叠臂511与第二折叠臂512的宽度不等，第二辐射部520的第三折叠臂521与第四折叠臂522的宽度不等。通过调整第一辐射部510和第二辐射部520的折叠臂的宽度和间距，能够灵活调整阻抗，实现天线在低剖面环境下仍具有良好的阻抗匹配。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，折叠偶极子天线还包括绿油层900，绿油层900设置于位于最上方的第二基板400的上端，绿油层900起到阻焊和保护天线的作用。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，第二基板400的数量共有两个，两个第二基板400上的折叠偶极子500通过金属通孔600实现电性连接。需要说明的是，第二基板400的数量也可以是三个、四个、甚至更多，具体数量可以根据实际需要进行设置。
根据本发明实施例的折叠偶极子天线，能够工作于毫米波频段，通过采用堆叠多层折叠偶极子500的方式实现了宽频带阻抗匹配性能，获得了更宽的带宽，且各基板之间可以紧凑放置，从而使得天线的占用面积较小，有利于实现天线的小型化。同时，折叠偶极子500采用了第一辐射部510与第二辐射部520背靠背放置的结构，通过差分馈电同时激励两侧的第一辐射部510和第二辐射部520，实现了折叠偶极子500带内方向图的稳定。同时，通过调整折叠偶极子500的折叠臂的宽度以及不同臂之间的距离等方法，可以灵活调整阻抗，有利于实现宽频带的阻抗匹配，且这种方式适用于采用封装工艺加工或者印刷电路板技术制造加工的天线。
本发明实施例的折叠偶极子天线，其匹配带宽仿真结果如图4所示，其中，-10dB阻抗匹配带宽为55.7–66.6GHz，且带内匹配深度十分接近20dB，仿真结果说明本发明中实施例的折叠偶极子天线具备宽带性能。折叠偶极子天线的辐射方向图如图5所示，其中，主极化波束较为对称，也具有较宽的波束宽度、较小的交叉极化；天线的仿真增益为6.2dBi。因此，本发明实施例的折叠偶极子天线，在低剖面辐射环境下的仿真结果仍具有较宽带宽，而且辐射方向图稳定、交叉极化较小。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种折叠偶极子天线，其特征在于，包括：
地板；
第一基板，设置于所述地板上，所述第一基板设置有接地金属通孔，所述第一基板的上表面设置有馈电结构；
由下至上依次设置于所述第一基板上方的至少两个第二基板，每个所述第二基板的上表面分别设置有折叠偶极子，且每相邻的两个所述第二基板上的所述折叠偶极子通过金属通孔实现电性连接；所述馈电结构通过第一金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述折叠偶极子电性连接，所述地板通过第二金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述折叠偶极子电性连接。
2.根据权利要求1所述的折叠偶极子天线，其特征在于，每个所述第二基板的所述折叠偶极子的折叠臂的长度不同。
3.根据权利要求1所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述折叠偶极子包括对称设置且相互连接的第一辐射部和第二辐射部。
4.根据权利要求3所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述第一金属柱和所述第二金属柱各有两个，所述馈电结构通过其中一个所述第一金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第一辐射部电性连接，所述馈电结构通过另一个所述第一金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第二辐射部电性连接；所述地板通过其中一个所述第二金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第一辐射部电性连接，所述地板通过另一个所述第二金属柱与位于最下方的所述第二基板的所述第二辐射部电性连接。
5.根据权利要求3所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述第一辐射部和所述第二辐射部分别具有多个宽度不同的折叠臂。
6.根据权利要求5所述的折叠偶极子天线，其特征在于，多个所述折叠臂之间的距离可调。
7.根据权利要求3所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述折叠偶极子呈中空的工字型。
8.根据权利要求1所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述馈电结构包括接地共面波导，所述接地共面波导的首端为馈电端，所述接地共面波导的末端分别与所述第一金属柱和所述第二金属柱电性连接。
9.根据权利要求8所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述接地共面波导的末端设置成宽度逐渐变宽的渐变结构，且所述渐变结构的内部进行镂空处理。
10.根据权利要求1所述的折叠偶极子天线，其特征在于，所述第二基板共有两个。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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