CN206180106U - 一种小型化螺旋微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小型化螺旋微带天线，其包括微带馈线、金属连接过孔、螺旋辐射贴片和介质基板四个部分，所述螺旋辐射贴片和微带馈线分别贴于介质基板的两面，所述金属连接过孔贯穿介质基板的中心部，该金属连接过孔的内径小于微带馈线的宽度，所述螺旋辐射贴片通过所述金属连接过孔与微带馈线电气连接。本实用新型的微带天线采用平面印刷技术，其集成了微带天线和螺旋天线的优势，辐射部分采用螺旋折线结构，具有较低的频率、较宽的带宽，中心频率可自由调节；其结构紧凑，降低了加工复杂度，易于集成，解决了现有技术中低频频段螺旋微带天线的体积及集成问题，具有广阔的应用前景。

Description

一种小型化螺旋微带天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体是一种基于螺旋结构的小型化微带天线。

背景技术

螺旋天线是由导电性能良好的金属导线绕成螺旋线的形状而构成的。20世纪40年代,John D.Kraus在实验中发现螺旋天线的辐射能力，其具有结构简单，易实现圆极化、频带较宽等优点。然而，广泛应用于移动通信设备中的螺旋天线有许多缺点：如尺寸大，易损坏，天线无法集成电路，需匹配电路，损耗大，成本高等。

微带天线作为一维小型化天线，具有低轮廓、可共形、易集成等特点，广泛应用在移动通信、航空航天、雷达等领域。但在实际应用中，特别是当微带天线低频段工作时，天线的物理尺寸较大，工作带宽较窄，不能适应通信系统向小型化、集成化方向发展的要求，限制了微带天线在便携式移动通信系统中的应用。

随着电子技术的不断发展，近年来，对结合了螺旋天线和微带天线优点的复合型螺旋微带天线取得了一定成果。如CN 102938500 A公开的一种基于左手材料效应的复合型螺旋线矩形框贴片天线，该复合贴片天线包括介质基板、金属接地板、矩形框金属贴片天线、微带馈电线、螺旋金属线和金属条。矩形框天线固定在介质基板的正面，基板的介电常数为10，用微带馈电线对天线馈电，在矩形框天线内周期性排列6×6个螺旋金属线，并在螺旋线间嵌入四根金属条。介质基板的反面贴有金属接地板。上述贴片天线能够在4.18GHZ频率处产生的电磁波共振态，使得该贴片天线在移动通信、卫星通信以及航空航天等众多领域能更好地得到应用。但上述方案的技术侧重于高频阶段，而对于中低频阶段的螺旋微带天线，也亟需一种体积小且易于集成的螺旋微带天线。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种小型化螺旋微带天线，其具有较低的频率、较宽的带宽，中心频率可自由调节；其结构紧凑，降低加工复杂度，易于集成，其能够解决中低频频段螺旋微带天线的体积及集成问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种小型化螺旋微带天线，其包括介质基板，所述介质基板的一面贴有螺旋辐射贴片，该介质基板的另一面贴有微带馈线，所述介质基板的中心部贯穿有金属连接过孔，该金属连接过孔的内径小于微带馈线的宽度，所述螺旋辐射贴片通过所述金属连接过孔与微带馈线电气连接。

本方案中，螺旋辐射贴片和微带馈线分别位于介质基板的两面，且两者通过金属连接过孔贯穿连接，其降低了微带天线的谐振频率，增大了微带天线的阻抗带宽，提高了微带天线的辐射效率，减小了微带天线的尺寸，结构紧凑、馈电方便。

进一步的，所述螺旋辐射贴片包括以其中心部向外等间距螺旋延伸而成的金属折线，该螺旋辐射贴片中心部的金属折线与所述金属连接过孔连接。

采用金属折线代替现有技术中的曲线，从而增加天线表面的电流路径的有效长度，降低谐振频率，有效地缩小了天线尺寸；同时，在保证天线性能的前提下，简化了制图方法，设计结构简单，天线参数调整方便，简化了加工工艺。

进一步的，所述金属折线为首尾串接的多个螺旋臂构成，两相连的螺旋臂之间相互垂直。

进一步的，所述金属折线中心部一端的螺旋臂为正方形，其余螺旋臂为矩形，该正方形的螺旋臂的一边与该螺旋臂相连的螺旋臂的一端对齐连接，所述螺旋臂的宽度均相等。

进一步的，所述微带馈线与50欧姆阻抗匹配，其宽度为2.5mm，其长度为30mm；所述螺旋臂为20条，其宽度为2.5mm，两相邻平行的螺旋臂之间间隔为1mm；所述金属连接过孔的内径为1mm。

进一步的，所述介质基板的相对介电常数为2.65，其长为49mm，其宽为40mm，其高为1.6mm。

进一步的，所述介质基板为聚四氟乙烯材质。

进一步的，所述微带馈线的馈电端位于所述介质基板的边缘，方便馈电输入。

本实用新型的微带天线采用平面印刷技术，适用于需要将天线与系统实现平面集成的应用场合，其集成了微带天线和螺旋天线的优势，辐射部分采用螺旋折线结构，谐振频率可调，具有较低的频率、较宽的带宽，中心频率可自由调节，阻抗匹配好；其结构紧凑、制图简单，降低了加工复杂度，易于集成，易于实现小型化，能够广泛地应用到移动通信领域中，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型提供的微带螺旋天线实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型提供的微带螺旋天线实施例的正面结构示意图；

图3是本实用新型提供的微带螺旋天线实施例的背面结构示意图；

图4是本实用新型提供的微带螺旋天线实施例的测试结果回波损耗S11；

图5是本实用新型提供的小型化微带螺旋天线实施例的测试结果驻波比VSWR。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

一种小型化螺旋微带天线，其包括微带馈线1、金属连接过孔2、螺旋辐射贴片3和介质基板4四个部分，如图1至图3所示，所述螺旋辐射贴片3贴在介质基板4的一面上，所述微带馈线1贴在介质基板4的另一面上，所述金属连接过孔2贯穿介质基板4的中心部，该金属连接过孔2的内径小于微带馈线1的宽度，所述螺旋辐射贴片3通过所述金属连接过孔2与微带馈线1电气连接。调节金属连接过孔2的半径，可以实现微带天线的不同频率响应。

上述螺旋辐射贴片3包括以其中心部向外等间距螺旋延伸而成的金属折线，该螺旋辐射贴片3中心部的金属折线与所述金属连接过孔2连接。上述金属折线可以是首尾串接的多个螺旋臂构成，两相连的螺旋臂之间相互垂直；也可以直接平面整体刻画而成。金属折线的总长影响微带天线的频率响应，其外侧末端的螺旋臂设计为长度可调，其根据需要调节长度。

所述金属折线中心部一端的螺旋臂为正方形，其不论哪边均可以引出后面的螺旋臂，后面其余的螺旋臂为矩形，该正方形的螺旋臂的一边与该螺旋臂相连的螺旋臂的一端对齐连接，所述螺旋臂的宽度均相等。那么螺旋臂的长度计算如下：

螺旋臂L(2n-1)＝A+(A+B)(n-1)mm；

L(2n)＝(A+B)n mm；

其中：A表示螺旋的宽度和中心第一个螺旋臂的长度，B表示并排两个螺旋臂的间隔。L(n)表示某条螺旋臂的长度，L(2n-1)和L(2n)表示第(2n-1)条螺旋臂和第(2n)条螺旋臂。螺旋辐射贴片3的天线总长为各螺旋臂的长度之和。

这种螺旋微带天线的谐振频率可根据金属折线的圈数和长度进行调节，螺旋圈数越多，总长度越长，则谐振频率越低；螺旋圈数越少，总长度越短，则谐振频率越高。

以应用于433MHz频段的要求设计本微带天线的参数，所述微带馈线1与50欧姆阻抗匹配，其宽度为2.5mm，其长度为30mm；所述螺旋臂为20条，其宽度为2.5mm，两相邻平行的螺旋臂之间间隔为1mm；所述金属连接过孔2的内径为1mm。即A＝2.5mm，B＝1mm。

由上述计算公式有：

L1＝L(2n-1)＝L(2*1-1)＝2.5+(2.5+1)*0＝2.5mm，其中n＝1

L2＝L(2n)＝L(2*1)＝(2.5+1)*1＝3.5mm，其中n＝1

L3＝L(2n-1)L(2*2-1)＝2.5+(2.5+1)*1＝6mm，其中n＝2

L4＝L(2n)＝L(2*2)＝(2.5+1)*2＝7mm，其中n＝2

L5＝L(2n-1)L(2*3-1)＝2.5+(2.5+1)*(3-1)＝9.5mm，其中n＝3

L6＝L(2n)＝L(2*3)＝(2.5+1)*3＝10.5mm，其中n＝3

依次计算螺旋臂，可得出所有螺旋臂的尺寸。

其收尾相连的螺旋臂长度依次为2.5mm、3.5mm、6mm、7mm、9.5mm、10.5mm、13mm、14mm、16.5mm、17.5mm、20mm、21mm、23.5mm、24.5mm、27mm、28mm、30.5mm、31.5mm、34mm、26.5mm(最后一条螺旋臂根据需要可调节其长度)。

图4和图5给出了螺旋微带天线的实施例测试图，曲线S11表示回波损耗，曲线VSWR表示电压驻波比。实施例采用安捷伦科技有限公司(Agilent Technologies)的E5063A型矢量网络分析仪对本实用新型实施例中的微带天线的反射系数(S11)和驻波比(VSWR)进行测量。从该测试结果可以看出，在300MHz-600MHz范围内，回波损耗达到-28.5dBm，谐振频率为433.5MHz；带宽从428.9MHz到439.2MHz，达10MHz，谐振点的驻波比的值为1.09。本实施例螺旋微带天线具有良好的驻波比和较宽的带宽，可应用于433MHz频段。因此，该螺旋微带天线因其具有较低的频率、较宽的带宽，可以广泛的应用于移动通信。

所述介质基板4采用聚四氟乙烯材质，其相对介电常数为2.65，其长为49mm，其宽为40mm，其高为1.6mm，使其在尺寸上与上述微带天线的参数设计相比配，且达到一个较小的尺寸。所述微带馈线1的馈电端位于所述介质基板4的边缘，方便馈电引入连接。

本微带天线各部分的设计参数直接影响和最终决定微带天线的总体效果和性能。为了满足工程应用中的需要，可以通过改变金属折线的螺旋圈数和长度、金属过孔半径，实现微带天线的不同频率响应。根据使用的介质基板4的介电常数和厚度的不同，微带天线的尺寸设计可以相应地调整变化。

Claims (8)

1.一种小型化螺旋微带天线，包括介质基板，其特征在于：所述介质基板的一面贴有螺旋辐射贴片，该介质基板的另一面贴有微带馈线，所述介质基板的中心部贯穿有金属连接过孔，该金属连接过孔的内径小于微带馈线的宽度，所述螺旋辐射贴片通过所述金属连接过孔与微带馈线电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述螺旋辐射贴片包括以其中心部向外等间距螺旋延伸而成的金属折线，该螺旋辐射贴片中心部的金属折线与所述金属连接过孔连接。

3.根据权利要求2所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述金属折线为首尾串接的多个螺旋臂构成，两相连的螺旋臂之间相互垂直。

4.根据权利要求3所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述金属折线中心部一端的螺旋臂为正方形，其余螺旋臂为矩形，该正方形的螺旋臂的一边与该螺旋臂相连的螺旋臂的一端对齐连接，所述螺旋臂的宽度均相等。

5.根据权利要求4中任一项所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述微带馈线与50欧姆阻抗匹配，其宽度为2.5mm，其长度为30mm；所述螺旋臂为20条，其宽度为2.5mm，两相邻平行的螺旋臂之间间隔为1mm；所述金属连接过孔的内径为1mm。

6.根据权利要求5所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述介质基板的相对介电常数为2.65，其长为49mm，其宽为40mm，其高为1.6mm。

7.根据权利要求6所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述介质基板为聚四氟乙烯材质。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种小型化螺旋微带天线，其特征在于：所述微带馈线的馈电端位于所述介质基板的边缘。