CN205122765U - 一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线。本实用新型将泡沫介质基板置于微带介质基板和接地板中间，增加介质基板厚度，同时降低等效介电常数，拓展天线的工作带宽；在辐射贴片一侧的边缘加载金属短路面，形成开路到短路的驻波结构，天线在与短路面垂直方向的长度为四分之一波长；通过在辐射贴片上开槽，弯曲天线贴片表面激励电流的路径，增加了天线贴片的有效长度，从而使谐振频率降低，实现天线在另一维尺寸的小型化；采用容性贴片耦合馈电，达到良好的阻抗匹配，从而降低天线的等效品质因素，实现天线工作带宽的增加。本实用新型克服现有微带贴片天线在兼顾宽频带和小型化方面的不足，具有宽频带、低剖面、尺寸小、重量轻、易于加工的优点。

Description

一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线

技术领域

本实用新型涉及一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线，具有宽频带、小型化等特点，能够广泛应用于军事通信和移动电子设备当中。

背景技术

微波集成电路技术的快速发展和新材料和新工艺的广泛应用，促进了多功能、小型化电子设备的应用需求和技术发展。因此电子设备天线的宽频带和小型化研究就成为天线研究领域中的一个重要分支。

微带贴片天线具有剖面低、加工制作方便、易于共形结构设计等诸多优点，小型化微带贴片天线受到越来越多的关注和研究。随着移动通信的迅速发展，出现各种微带贴片天线小型化方法，主要有以下几种措施：采用高介电常数基板是一种有效的方法；采用加载技术可以有效地在固定的工作频率上缩小天线尺寸；采用曲流技术，主要包括贴片曲流方法和地板曲流方法；平面倒F和平面倒L天线设计等。

但是，微带贴片天线的最大带宽和增益决定于它的尺寸，减小天线尺寸会使天线的效率下降，工作带宽变窄。在减小天线尺寸的同时，为了使天线实际可用，且天线输入端口驻波比(VSWR)满足要求，需要天线和负载之间的获得良好的匹配，有效的方法之一是实现天线的自谐振，即在天线的工作频率上天线的输入阻抗呈纯阻性。本实用新型在减小微带贴片天线辐射贴片二维的尺寸同时，通过容性贴片耦合馈电，获得良好的阻抗匹配，有效增加了工作带宽。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有微带贴片天线在兼顾宽频带和小型化方面的不足，提供一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线，具有宽频带、低剖面、尺寸小、重量轻、易于加工的优点。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线，包括辐射贴片，容性耦合馈电贴片，接地板，金属短路面，辐射贴片开槽，微带介质基板，泡沫介质基板；

所述泡沫介质基板置于微带介质基板和接地板中间；

所述辐射贴片位于微带介质基板正面中部，容性耦合馈电贴片位于微带介质基板反面；所述辐射贴片的形状为长方形、正方形、圆形或三角形；所述容性耦合馈电贴片的形状为长方形、正方形、圆形或三角形；

所述辐射贴片刻蚀一开槽，其形状可以为U型、Y型、E型、十字型、圆环等；

所述金属短路面位于辐射贴片一侧的边缘，连接辐射贴片的边缘和接地板；

天线采用同轴馈电，同轴内导体穿过泡沫介质基板的同轴孔，与容性耦合馈电贴片相连接。

本实用新型中辐射贴片、容性耦合馈电贴片以及辐射贴片开槽的形状、尺寸均需对微带贴片天线性能的仿真优化来确定容性耦合馈电贴片与辐射贴片之间间隔的最佳距离也到通过对天线性能的仿真优化来确定。

本实用新型与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性突出特点和显著优点：

将泡沫介质基板置于微带介质基板和接地板中间，能够在增加介质基板厚度的同时，有效降低等效介电常数，从而拓展天线的工作带宽；

在辐射贴片一侧的边缘加载金属短路面，将通常半波长结构的矩形微带天线两开路端中间的零电位线与地短接，形成开路到短路的驻波结构，实现天线在与短路面垂直方向的长度减少一半，将半波长结构缩短为四分之一波长结构；

通过在辐射贴片上开槽，弯曲天线贴片表面激励电流的路径，使常规形状的贴片表面电流路径弯曲，增加了天线贴片的有效长度，从而使谐振频率降低，实现天线在另一维尺寸的小型化；

采用容性贴片耦合馈电，抵消处于容性贴片和接地板之间的同轴内导体所引起的感性电抗，实现天线的自谐振，达到良好的阻抗匹配，从而降低天线的等效品质因素，实现天线工作带宽的增加。

附图说明

图1为本实用新型天线结构示意图。

图2为本实用新型天线结构俯视图。

图3为本实用新型天线结构侧视图。

图4为本实用新型容性耦合馈电与普通同轴直接馈电方式的天线驻波比较。

图5为本实用新型中心频率E面方向图。

图6为本实用新型中心频率H面方向图。

图中标注分别表示为：1-矩形辐射贴片，2-圆形容性耦合馈电贴片，3-接地板，4-金属短路面，5-辐射贴片U型开槽，6-微带介质基板，7-泡沫介质基板，8-同轴孔。

具体实施方式

下面结合一个具体实施及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

图2和图3是本实用新型一个具体实施结构图，一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线，包括矩形辐射贴片1，圆形容性耦合馈电贴片2，接地板3，金属短路面4，辐射贴片U型开槽5，微带介质基板6，泡沫介质基板7，同轴孔8。辐射贴片和容性耦合馈电贴片可根据需要设计成其他任何规则的形状，如三角形、椭圆等。辐射贴片开槽也可以选取其他形式，如十字型、E型、圆环等。为了减小天线的尺寸，在位于辐射贴片1一侧的边缘加载金属短路面4，连接辐射贴片1的边缘和接地板3，形成开路到短路的驻波结构，实现四分之一波长结构。除此，在矩形辐射贴片1上刻蚀U型开槽5，将天线贴片表面激励电流从同轴沿开槽弯曲，增加了天线贴片的有效长度，从而使谐振频率降低，实现天线小型化。矩形辐射贴片1的长度为L、宽度为W，距离接地板的距离为H；U型开槽5的长度和宽度分别为L_a、L_b、W_a、W_b。

本具体实施宽带容性馈电小尺寸型化微带贴片天线的中心频点为1.08GHz，为了实现天线的宽频带，采用相对介电常数为2.2的微带介质基板和相对介电常数为1的泡沫介质基板，天线采用同轴馈电，同轴内导体穿过泡沫介质基板的同轴孔8，与容性耦合馈电贴片2相连接。

微带贴片天线总的输入阻抗为：Z_in＝Z_R+jX_L，其中：Z_R是基本谐振模式的天线输入阻抗，X_L是高阶模在同轴内导体中所产生的感抗部分，且其中η，k分别为特性阻抗和介质中的波数。为了补偿同轴内导体所引起的感抗部分，拓宽天线的工作频带，采用容性耦合馈电贴片加载，容性耦合馈电贴片所产生的电容应该和同轴内导体的电感满足串联谐振条件，即ω_rCX_L＝1。当C确定后，可以由C＝ε₀ε_r[πD²/4H₂+2Dln(0.38D/H₂)]来确定圆形容性耦合馈电贴片2的直径D和容性耦合馈电贴片与辐射贴片之间间隔的最佳距离H₂。

图4为本实用新型容性耦合馈电与普通同轴直接馈电方式的仿真天线驻波比较。由图3可知，虚线为传统的同轴馈电的驻波曲线，天线只有一个谐振点，引入容性耦合馈电贴片加载后，产生另一谐振点，因此天线的工作VSWR<2.0的频带为0.98GHz～1.18GH，工作带宽达到18.5％。

图5和图6为本具体实施天线在中心频点的E面和H面仿真方向图，可以发现，该天线在满足宽频带和小型化的同时，具有稳定的辐射特性。

Claims (3)

1.一种宽带容性馈电小型化微带贴片天线，包括辐射贴片，容性耦合馈电贴片，接地板，金属短路面，辐射贴片开槽，微带介质基板，泡沫介质基板，其特征在于：泡沫介质基板置于微带介质基板和接地板中间；辐射贴片位于微带介质基板正面中部，容性耦合馈电贴片位于微带介质基板反面；辐射贴片上刻蚀一开槽；金属短路面位于辐射贴片一侧的边缘，连接辐射贴片的边缘和接地板；天线采用同轴馈电，同轴内导体穿过泡沫介质基板的同轴孔，与容性耦合馈电贴片相连接。

2.根据权利要求1所述的宽带容性馈电小型化微带贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片的形状为长方形、正方形、圆形或三角形；所述容性耦合馈电贴片的形状为长方形、正方形、圆形或三角形。

3.根据权利要求1所述的宽带容性馈电小型化微带贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片开槽的形状为U型、Y型、E型、十字型或圆环。