CN1731626A - 宽带微带天线及其馈电匹配装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带微带天线及其馈电匹配装置和方法，包括接地板和微带贴片单元，接地板与微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑元件用于支撑和保持两者之间的距离，且支撑元件与接地板和微带贴片单元之间相互绝缘。宽带微带天线的馈电匹配装置，同轴馈线穿过接地板与微带贴片单元电连接。同轴馈线的设置，使得馈点处输入阻抗与馈线的阻抗相匹配。由于采用空气作为介质，可根据需要任意调节接地板和微带贴片单元之间的距离，结合微带贴片单元的尺寸变化，可以制成适合不同需要的各种频带宽度的天线，而对天线自身的重量和成本影响很小，本发明的该天线采用的馈电方式，匹配效果好，能够减少辐射损耗，提高辐射效率。

Description

宽带微带天线及其馈电匹配装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于通信的天线，尤其是，本发明涉及一种在无线电通信中用于发送/接收端的高频带天线，及其馈电匹配装置和方法。

技术背景

微带天线是近几年发展起来的一种新型天线，在飞机、雷达、宽带网、卫星、遥控摇测、射频识别等许多领域得到了广泛应用。附图1是一种常见的微带天线的透视图，一般情况下，微带天线包括作为基片的介质板1，敷在介质板1上的金属薄层2作为贴片单元和在介质板1上的金属薄层2另一侧的接地金属板3。所述金属薄层2是通过在介质板1的表面上贴附一顶形状的金属薄片，或通过表面已覆金属薄层的介质板腐蚀出一定形状的金属薄层形成，这种制造方法比较简单，但是由于这种结构本身的特性，如介质板的厚度较厚时，会导致该天线重量大，成本增加，加大了介质的损耗。同时，这种结构的微带天线带宽很窄。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种频带较宽，增益大，重量轻的宽带微带天线，以及与之馈电匹配装置和方法。

在本发明一实施例中，宽带微带天线，包括接地板和微带贴片单元，其中所述接地板与微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑元件用于支撑和保持两者之间的距离。

根据本发明的宽带微带天线，其中所述微带贴片单元包括介质板，和涂覆在介质板一侧上的金属薄层，所述介质板对金属薄层起支撑作用。

根据本发明的宽带微带天线，其中所述微带贴片单元由金属薄板组成。

根据本发明的宽带微带天线，其中所述接地板为金属板。

根据本发明的宽带微带天线，其中所述支撑元件与所述接地板和微带贴片单元之间相互绝缘。

根据本发明的宽带微带天线的馈电匹配装置，包括接地板和微带贴片单元，其中所述接地板与微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑，同轴馈线穿过接地板与微带贴片单元电连接。

根据本发明的宽带微带天线的馈电装置，其中所述同轴馈线的设置，使得馈入阻抗与所述馈线的阻抗匹配。

根据本发明的宽带微带天线的馈电装置，其中所述同轴馈线的内芯穿过微带贴片单元伸出。

根据本发明的宽带微带天线的馈电装置，其中所述同轴馈线的外芯在微带贴片单元和接地板之间，与接地板相连并且延伸至接地板外侧与接头连接。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，包括步骤如下：

(1)用金属薄板形成微带贴片单元；

(2)将所述微带贴片单元通过支撑元件与接地板以预定间隔连接；

(3)在所述接地板上预定通孔位置安装匹配馈电装置，同轴馈线内芯从接地板的底面穿入，并延伸至与微带贴片单元电连接，而同轴馈线外芯与接地板相连。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，其中所述微带贴片单元是通过在介质板的表面上贴附一定形状的金属薄片而形成的。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，其中所述微带贴片单元是通过表面已覆金属薄层的介质板腐蚀出一定形状的金属薄层而形成。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，其中所述微带贴片单元由金属薄板形成。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，其中所述同轴馈线的内芯穿过微带贴片单元而伸出。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，其中所述同轴馈线的设置，使得馈入阻抗与所述馈线的阻抗匹配。

根据本发明的宽带微带天线，包括，接地板和微带贴片单元，其中所述接地板与多个微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑元件用于支撑和保持两者之间的距离，且所述支撑元件与所述接地板和微带贴片单元之间相互绝缘，每个微带贴片单元之间间隔一定距离，多个微带贴片单元组成天线阵。

本发明的优点和积极效果在于，由于采用空气作为介质，可根据需要任意调节接地板和微带贴片单元之间的距离，结合微带贴片单元的尺寸变化，可以制成适合不同需要的各种频带宽度的天线，而且对天线自身的重量和成本影响不大，特别适用于航天，飞机，射频识别技术等的使用。本实用新型的该天线采用底馈方式，由于使馈入阻抗与所述馈线的阻抗相同，因此，能够获得。馈电与天线相匹配，减少辐射损耗，提高效率。

本发明的宽带微带天线及其匹配的馈电匹配装置和方法的其他细节和特点可通过阅读下文，及结合附图详加描述的实施例即可清楚明了。

附图说明

图1是现有微带天线的透视图；

图2是发明宽带微带天线的俯视图；

图3是发明宽带微带天线的侧视图；

图4是发明宽带微带天线的馈电装置的示意图；

图5是发明宽带微带天线的馈电装置的局部放大图。

图中相同的附图标记，表示相同或者相似的部件。

具体实施方式

本发明采用空气介质，由于空气具有小于除空气之外的其他介质的介电常数ε_r，根据微带天线理论，微带天线带宽 $\mathrm{BW}~\frac{1}{{\mathrm{\ϵ}}_r}\frac{h}{{\mathrm{\λ}}_0}$ 其中BW是频带宽度，W是微带贴片单元的宽度，ε_r是所用介质的介电常数，h是介质的厚度，λ₀是发射微波的波长。在图1所示的现有技术中，传输介质采用介质板1，其介电常数是ε_r，厚度是h，可计算出其频带宽度。本发明是采用空气介质，其介电常数ε_r与其它介质相比最小，因此可以显著增加频带宽度，同时，增加介质厚度，不会增加贴片单元的重量和成本。

根据本发明的上述原理所设计的宽带微带天线的一实施例，如图2，图3所示，本发明的宽带微带天线，包括，接地板3和微带贴片单元5，其中所述微带贴片单元5由介质板1和置于介质板1上的金属贴片组成，在另一实施例中，所述微带贴片单元5也可以由薄金属片组成。接地板3与微带贴片单元5间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑元件6用于支撑和保持两者之间的距离。两者之间的距离根据需要和计算得出。所述计算是本领域的公知常识，馈电点4为馈入本天线的电信号位置。当电信号馈入本天线时，在一定频段上形成谐振，电磁波便透过微带贴片单元5的辐射边和接地板3之间的缝隙辐射出去。

在本发明的一实施例中，支撑元件6与微带贴片单元5和接地板3之间相互绝缘。微带贴片单元5的金属贴片可以面对接地板3，也可以背向接地板3。

本发明的宽带微带天线，通过设计不同的谐振尺寸可以用于500MHz～2GHz的频带范围。

在本发明的另一实施例中，微带贴片单元5可以由薄金属片组成。接地板3为金属板。

根据本发明的宽带微带天线的馈电装置，如图4，图5所示，是本发明宽带微带天线的馈电装置的示意图，本发明的宽带微带天线的馈电装置，包括，接地板3和微带贴片单元5，其中接地板3与微带贴片单元5间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑6，同轴馈线7穿过接地板3与微带贴片单元5电连接。同轴馈线7的设置，使得馈入阻抗与所述馈线的阻抗相匹配或者相同。从而实现最佳传输，减少损耗，提高辐射效率。

根据本发明的宽带微带天线的馈电装置的另一实施例，其中所述同轴馈线7的内芯8穿过微带贴片单元5伸出。而同轴馈线7的外芯在微带贴片单元5和接地板3之间，及接地板3外侧延伸。其端部与一个接头11连接，接头11的另一端通过电缆和插头12与外界连接。这样既达到适合匹配又减少了辐射损耗。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，包括步骤如下：

(1)用金属薄板形成微带贴片单元；

(2)将所述微带贴片单元5通过支撑元件6与接地板3连接，相隔预定间隔；

(3)在安装支撑元件6的过程中，在所述接地板上预定通孔位置上安装馈电匹配装置，这样，同轴馈线7的内芯就从接地板的底面穿入，并延伸至与微带贴片单元电连接。而同轴馈线7的外芯与接地板相连。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法中，微带贴片单元5是通过在介质板1的表面上贴附一定形状的金属薄片而形成的。或者微带贴片单元5是通过表面已覆金属薄层的介质板1腐蚀出一定形状的金属薄层而形成。

根据本发明的宽带微带天线的馈电方法，其中同轴馈线7的内芯穿过微带贴片单元5而伸出其上表面。同轴馈线7的设置，使得馈入阻抗与所述馈线的阻抗匹配。从而实现最佳传输，减少损耗，提高辐射效率。

通过上述描述完成对本发明宽带微带天线的基本单元的设计，使用合适的功率分配器或匹配电路与多个该基本单元组成多单元的天线阵。

对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的范围和构思的前提下，各种其它改进是显而易见且容易实现的。因此，以下所附的权利要求书的范围并不限于以上的描述，该权利要求书应被视为更宽的范围。

Claims (10)

1.一种宽带微带天线，包括，接地板和微带贴片单元，其中所述接地板与微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑元件用于支撑和保持两者之间的距离，接地板和微带贴片单元之间相互绝缘。

2.根据权利要求1所述的宽带微带天线，其特征在于所述微带贴片单元包括介质板，和涂覆在介质板一侧上的金属薄层，所述介质板对金属薄层起支撑作用。

3.根据权利要求1所述的宽带微带天线，其特征在于所述微带贴片单元由金属薄板组成。

4.一种宽带微带天线的馈电匹配装置，包括接地板和微带贴片单元，其中所述接地板与微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑，同轴馈线穿过接地板与微带贴片单元电连接。

5.根据权利要求4所述的宽带微带天线的馈电装置，其特征在于所述同轴馈线的设置，使得馈入阻抗与所述馈线的阻抗匹配。

6.根据权利要求4或5所述的馈电装置，其中所述同轴馈线的内芯穿过微带贴片单元伸出。

7.根据权利要求6所述的馈电装置，其中所述同轴馈线的外芯在微带贴片单元和接地板之间，与接地板相连并且延伸至接地板外侧。

8.一种宽带微带天线的馈电方法，包括步骤如下：

(1)用金属薄板形成微带贴片单元；

(2)将所述微带贴片单元通过支撑元件与接地板连接，相隔预定间隔；

(3)在安装支撑元件的过程中，在所述接地板上预定通孔位置上安装馈电匹配装置，这样，同轴馈线的内芯就从接地板的底面穿入，并延伸至与微带贴片单元电连接。而同轴馈线7的外芯与接地板相连。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述同轴馈线的内芯穿过微带贴片单元而伸出，所述同轴馈线的设置，使得馈入阻抗与所述馈线的阻抗匹配。

10.一种宽带微带天线，包括，接地板和微带贴片单元，其特征在于所述接地板与多个微带贴片单元间隔一定距离，它们之间至少设置一个支撑元件用于支撑和保持两者之间的距离，且所述支撑元件与所述接地板和微带贴片单元之间相互绝缘，每个微带贴片单元之间间隔一定距离，多个微带贴片单元组成天线阵。

Images