CN206907920U - 一种双频段微带天线及应用该天线的无人机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种双频段微带天线及应用该天线的无人机，其中，双频段微带天线包括：基板，第一频段微带天线，设置在基板的第一面，用于产生第一频段谐振；第二频段微带天线，设置在基板的第二面，用于产生第二频段谐振及第二频段高阶谐振，所述第二频段高阶谐振用于与所述第一频段谐振叠加；其中，所述基板的第一面和所述基板的第二面为所述基板的正反两面。本实用新型实施例可以拓宽双频段微带天线在第一频段谐振的俯仰面波宽以使天线处于倾斜状态时能够保持稳定的信号。

Description

一种双频段微带天线及应用该天线的无人机
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及到一种双频段微带天线及应用该天线的无人机。
背景技术
随着无线通信的飞速发展，各种数据业务的需求，天线设计主要朝着小型化、多频段及宽频带发展。小型化要求天线缩小自身尺寸，以适应通信设备集成度不断提高、体积越来越小的发展趋势。微带天线是在带有接地板的介质基板上贴导体贴片所构成的天线，利用同轴线馈电，使导体贴片和接地板间激励起电磁场，利用缝隙向外辐射。微带天线经过几十年的发展，已经在很多领域内广泛应用，其具有结构简单、尺寸小、重量轻、成本低、设计灵活多样化等优点。
双频段(例如900MHz和2.4GHz)微带天线的方向图具有较好全方向性。目前，双频段天线在俯仰面的3dB波宽一般为80度左右，但由于在实际使用的过程中，天线通常会有倾斜使用的情况，在天线倾斜时，较窄的在俯仰面的3dB波宽(例如80度)会使得水平面上的信号变化较大，信号的稳定性差，甚至会影响到设备的正常使用。
因此，如何拓宽双频微带天线在俯仰面波宽，以使天线处于倾斜状态时能够保持稳定的信号成为亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于拓宽双频微带天线在俯仰面波宽，在天线倾斜时，信号保持稳定。
为此，根据第一方面，本实用新型实例提供了一种双频端微带天线，包括：基板，第一频段微带天线设置在基板的第一面，用于产生第一频段谐振；第二频段微带天线设置在基板的第二面，用于产生第二频段谐振及调第二频段高阶谐振，第二频段高阶谐振用于与第一频段谐振叠加；其中，基板的第一面和基板的第二面为基板的正反两面。
可选地，双频段为带天线还包括：同轴馈电线；第一频段微带天线和第二频段微带天线分别连接同轴馈电线。
可选地，第一频段微带天线包括第一接地板和第一射频模块；第一接地板与同轴馈电线的接地端连接，第一射频模块与同轴馈电线的馈电端连接。
可选地，第一射频模块包括：与同轴馈电线的馈电端连接的第一微带馈线、与第一微带馈线连接的阻抗变换馈电带、与阻抗变换馈电带连接的第一振子臂。
可选地，第一射频模块还包括：第一微带线，与第一振子臂连接，第一微带线用于扩展第一频段微带天线的带宽。
可选地，第二频段微带天线包括第二接地板和第二射频模块；基板上开设有导电通孔，第二接地板通过导电通孔与第一接地板连接。
可选地，第二射频模块包括：与第二接地板连接的第二微带馈线、与第二微带馈线连接的第二微带线、与第二微带线连接的第二振子臂。
可选地，第二微带线为弯曲微带线。
可选地，阻抗变换馈电带和第一振子臂在垂直于基板的方向上的投影分别与第二微带馈线在垂直于基板的方向上的投影重叠，使得阻抗变换馈电带和第一振子臂分别与第二微带馈线形成耦合。
可选地，第一振子臂为对称结构的振子臂。
可选地，第一频段微带天线为单极子形式结构天线、偶极子形式结构天线或者环形结构天线；第二频段微带天线为单极子形式结构天线、偶极子形式结构天线或者环形结构天线。
可选地，第一频段微带天线为2.4GHz频段天线；第二频段微带天线为 900MHz频段天线。
根据第二方面，本实用新型实施例提供了一种无人机，包括：机身、设于机身下方的起落架以及如第一方面任一项描述的双频段微带天线，双频段微带天线设置在起落架中。
本实用新型实施例提供的一种双频段微带天线，通过第一频段微带天线产生第一频段谐振，第二频段微带天线产生第二频段谐振及第二频段高阶谐振，第二频段高阶谐振用于与第一频段谐振叠加。从而，可以拓宽双频段微带天线在第一频段俯仰面的波宽以使天线处于倾斜状态时能够保持稳定的信号。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实用新型实施例提供的双频段微带天线第一面的结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例提供的双频段微带天线第二面的结构示意图；
图3示出了本实用新型实施例提供的双频段微带天线散射参数测试效果图；
图4示出了本实用新型实施例提供的双频段微带天线中第一频段微带天线的方向图测试效果示意图；
图5示出了本实用新型实施例提供的双频段微带天线中第二频段微带天线的方向图测试效果示意图；
图6示出了本实用新型实施例提供的无人机示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型实施例提供了一种双频微带天线，如图1和图2所示，包括：
基板10，用于承载双频段微带天线；第一频段微带天线20，设置在基板10的第一面，用于产生第一频段谐振；第二频段微带天线30，设置在基板10的第二面，用于产生第二频段谐振及第二频段高阶谐振，第二频段高阶谐振用于与第一频段谐振叠加；其中基板10的第一面与基板10的第二面为基板10上相对设置的正反两面。
在具体的实施例中，双频段微带天线通过两个不同频段的天线结构组合实现，第一频段微带天线20设置在基板10的第一面；第二频段微带天线30设置在基板10的第二面；双频段微带天线可以以天线贴片的形式附着在基板10的正反两面。其中，天线贴片的材质可以为金属的，常见的为铜片。第一频段微带天线20产生第一频段谐振，第二频段微带天线30产生第二频段谐振，伴随第二频段谐振的产生会附带产生第二频段高阶谐振，通常，第二频段微带天线30的高阶谐振的频率都略高于第一频段谐振频率，例如，第二频段谐振的频率为900MHz，第二频段高阶谐振的频率通常为 2.7GHz，而第一频段谐振的频率为2.4GHz。为了能够使得第二频段高阶谐振与第一频段谐振叠加，需要对第二频段高阶谐振的频率进行调整，即降低第二频段高阶谐振的频率至第一频段谐振的频率。可以理解的是，由于信号或电流等外界因素的影响，所称频率相同在实际中难以保证完全相同，两个频率之间可以存在误差。第二频段高阶谐振叠加到第一频段谐振，拓宽了双频段微带天线在俯仰面的带宽，以使天线在处于倾斜状态时能够保持稳定的信号。
在可选的实施例中，双频段微带天线还可以包括：同轴馈电线40；第一频段微带天线20和第二频段微带天线30分别连接同轴馈电线40。在本实施例中，同轴馈电线40可以包括馈电端41和包裹在馈电端41外部与馈电端41同轴不导通的接地端42。在本实施例中，第一频段微带天线20和第二频段微带天线30的结构包括一下结构中的任意一种：单极子形式结构天线，偶极子形式结构天线，环形结构天线。在本实施例中，对第一频段微带天线20和第二频段微带天线30的具体结构不予限定。例如，第一频段微带天线20和/或第二频段微带天线30，可以是偶极子形式结构天线，也可以是单极子形式结构天线，还可以是环形结构天线，或者，还可以是其它任意结构的天线。
请参阅图1和图2，在可选的实施例中，第一频段微带天线20为单极子形式结构，可以包括第一接地板25和第一射频模块26。第一接地板25 与同轴馈电线40的接地端42连接，第一射频模块26与同轴馈电线40的馈电端41连接。从而使得同轴馈电线40为第一频段微带天线20进行馈电。
在可选的实施例中，第一射频模块26包括：与同轴馈电线40的馈电端41连接的第一微带馈线24、与第一微带馈线24连接的阻抗变换馈电带 23、与阻抗变换馈电带23连接的第一振子臂21。优选的，第一振子臂21 可以为对称结构的单极子振子臂。当第一频段微带天线20为偶极子形式结构时，则第一振子臂21可以为对称结构的偶极子振子臂。第一振子臂21 的具体构造可以如图1和图2所示的U形结构，也可以是半圆形结构。在本实施例中，并不限于上述两种结构，其他能够与第一微带馈线24、阻抗变换馈电带23配合产生第一频段谐振的第一振子臂21的结构都适用于本实施例。
在可选的实施例中，第一射频模块26还可以包括：第一微带线22，与第一振子臂21连接，第一微带线22用于扩展第一频段微带天线20的带宽。在本实施例中，第一微带线22与第一振子臂21连接的位置并不做限制，不同的连接位置对带宽的扩展不同，可以根据实际需要选择合适的位置。一般地，第一微带线22与第一振子臂21相交设置，具体的，第一微带线 22的两端分别连接第一振子臂21的两边。需要说明的是，第一微带线22 可以为中间断开或缺口，缺口的位置和大小同样影响对带宽的扩展，也可以根据实际需要选择断开或缺口。可选地，第一微带线22还可以为多根，多根第一微带线22间隔设置在第一振子臂21上。不同数量的第一微带线22对带宽的拓展不同，可以根据实际需要选择合适的第一微带线22的根数。
如图1和图2所示，第二频段微带天线30也为单极子形式结构天线，第二频段微带天线30可以包括第二接地板33和第二射频模块35；在基板 10上开设有导电通孔60，第二接地板33通过导电通孔60与第一接地板25 连接。在本实施例中，同轴馈电线40的馈电端41与第一射频模块26连接，以实现同轴馈电线40对第一射频模块26的馈电，通过第一射频模块26与第二射频模块35的耦合，实现对第二射频模块35的馈电，同轴馈电线40 的接地端42与第一接地板25连接，第一接地板25与第一接地板33通过导电通孔60连接，可以实现第一频段微带天线20与第二频段微带天线30 共用同轴馈电线40的接地端42从而，可以实现同轴馈电线40对第一频段微带天线20和第二频段微带天线30同时进行馈电。优选的，导电通孔60 可以为金属化通孔，也可以为其他导电介质的通孔。导电通孔60可以设置在第二接地板33的任意位置，可以为一个或多个。
在可选地实施例中，第二射频模块35可以包括：与第二接地板33连接的第二微带馈线32、与第二微带馈线32连接的第二微带线31、与第二微带线31连接的第二振子臂34。优选的，第二微带线31可以为弯曲微带线。将第二微带线31设置为弯曲形式，其优势在于能够大大减小第二频段微带天线30的尺寸，从而节省基板10的空间。在本实施例中，以图1和图2所示的弯曲微带线为例进行说明，其他形式的弯曲微带线也是可行的，这里不作限定。优选的，第二微带线31用于调整第二频段高阶谐振，以使第二频段高阶谐振频率与第一频段谐振的频率相同。在本实施例中，第一微带线31可以降低第二频段高阶谐振的频率，使得第二频段高阶谐振频率与第一频段谐振的频率匹配。
可以理解的是，同轴馈电线40的馈电端41可以与第二微带馈线32直接连接，同轴馈电线40的接地端42可以与第二接地板33直接连接，再通过导电通孔和射频部分耦合的方式使得第一频段微带天线20和第二频段微带天线30共用同轴馈电线40进行馈电。
在可选的实施例中，阻抗变换馈电带23和第一振子臂21分别与第二微带馈线32形成耦合。具体的，第二微带馈线32在垂直于基板10的方向上的投影与阻抗变换馈电带23和第一振子臂21在垂直于基板10的方向上的投影有重叠，使得第二微带馈线32与阻抗变换馈电带23和第一振子臂 21形成耦合。在具体的实施例中，两者耦合形成的电场可以改变第一频段微带天线20与第二频段微带天线30之间电场分布，使第一频段微带天线 20与第二频段微带天线30的电磁耦合抵消，从而可以改善阻抗匹配及带宽，对天线的两个频段进行调节。此外，当第一射频模块26设置有第一微带线 22时，阻抗变换馈电带23、第一振子臂21和第一微带线22三者分别与第二微带馈线32形成耦合。第一微带线22与第二微带馈线32耦合，进一步对天线的两个频段进行调节。
以第一频段为2.4GHz，第二频段为900MHz为例对本实施的双频段微带天线的测试效果进行说明，图3示出了本实用新型实施例的散射参数 (Scatteringparameters，S参数)测试效果图，S11小于-10dB的带宽为 890MHz至940MHz以及2.26GHz～2.56GHz，带宽分别为50MHz及300MHz，可以满足常用的900MHz和2.4GHz频段的覆盖。
图4和图5示出了本实用新型实施例的天线方向图，其中，图4为 2.4GHz天线方向图测试效果图，图5为900MHz天线方向图测试效果图。由图4和图5可知，天线在900MHz和2.4GHz均可实现全方向覆盖。在 2.4GHz天线方向图中，天线的3dB波宽为接近120度，相对于一般全向性天线的80～90度，波宽有了明显的提高。
优选的，基板10的长度为86mm，宽度为9mm，厚度为0.8mm；2.4GHz 微带天线20为对称单极子形式，第一接地板25的长度为21mm，第一微带馈线24的宽度为1mm，阻抗变换馈电带23的宽度为2.5mm，第一振子臂 21的长度为20mm，其中，第一振子臂21的环宽为1mm，第一微带线22 的尺寸为1mm*9mm；900MHz微带天线30为单极子形式，第二微带馈线 32的尺寸为25mm*1mm，第二微带线31的弯曲部的尺寸为8.5mm*2.5mm，第二振子臂34为T型结构，其中，与第二微带线31连接的第二振子臂34 的第一部分的尺寸为15mm*1mm，第二振子臂的第二部分的尺寸为 9mm*1.5mm。
可选的，可以用两根同轴馈电线取代一根同轴馈电线，即利用一根同轴馈电线连接第一频段微带天线20的第一接地板25和第一射频模块26，为第一频段微带天线20进行馈电；利用另一根同轴馈电线连接第二频段微带天线30的第二接地板33和第二微带馈线32，为第二频段微带天线30进行馈电。
可选的，双频段微带天线除可以为900MHz与2.4GHz两天线的组合外，也可以是2.4GHz与5.8GHz两天线的组合，或者为其他两频段的天线的组合，本实施例不作限定。
本实用新型实施例提供的一种双频段微带天线，通过第一频段微带天线产生第一频段谐振，第二频段微带天线产生第二频段谐振及第二频段高阶谐振，第二频段高阶谐振用于与第一频段谐振叠加。从而，可以拓宽双频段微带天线在俯仰面的波宽以使天线处于倾斜状态时能够保持稳定的信号。
本实用新型实施例还提供了一种无人机，如图6所示，该无人机包括机身51、设于机身51下方的起落架52以及上述实施例中任一项描述的双频段微带天线53，双频段微带天线53设置在起落架52中。在附图6中以无人机的仰视图为例示意性的示出了双频段微带天线53的安装位置，本实用新型实施例中双频段微带天线53的安装位置并不仅限于附图6示出的安装位置，其他能够较好的满足信号收发的双频段微带天线53的安装位置亦可。
在无人机上的起落架中设置的双频段微带天线，拓宽了双频微带天线在俯仰面的波宽，在天线倾斜时，信号保持稳定。从而，使得无人机在飞行过程，减小无人机的飞行姿势对无人机通信的影响，保障无人机在飞行过程中的通信。
可以理解的是，本实用新型实施例提供的双频段微带天线不仅可以应用在无人机上，也可以应用于同时使用第一频段(如2.4GHz)和第二频段 (如900MHz)两个频段的场景中，本实施例不作限定。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (13)

1.一种双频段微带天线，其特征在于，包括：
基板(10)，
第一频段微带天线(20)设置在基板(10)的第一面，用于产生第一频段谐振；
第二频段微带天线(30)设置在基板(10)的第二面，用于产生第二频段谐振及第二频段高阶谐振，所述第二频段高阶谐振用于与所述第一频段谐振叠加；其中，所述基板(10)的第一面和所述基板(10)的第二面为所述基板(10)的正反两面。
2.如权利要求1所述的双频段微带天线，其特征在于，还包括：
同轴馈电线(40)；
所述第一频段微带天线(20)和所述第二频段微带天线(30)分别连接所述同轴馈电线(40)。
3.如权利要求2所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第一频段微带天线(20)包括第一接地板(25)和第一射频模块(26)；
所述第一接地板(25)与所述同轴馈电线(40)的接地端(42)连接，所述第一射频模块(26)与所述同轴馈电线(40)的馈电端(41)连接。
4.如权利要求3所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第一射频模块(26)包括：
与所述同轴馈电线(40)的馈电端(41)连接的第一微带馈线(24)、与所述第一微带馈线(24)连接的阻抗变换馈电带(23)、与所述阻抗变换馈电带(23)连接的第一振子臂(21)。
5.如权利要求4所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第一射频模块(26)还包括：
第一微带线(22)，与所述第一振子臂(21)连接，所述第一微带线(22)用于扩展所述第一频段微带天线(20)的带宽。
6.如权利要求4所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第二频段微带天线(30)包括第二接地板(33)和第二射频模块(35)；
所述基板(10)上开设有导电通孔(60)，所述第二接地板(33)通过所述导电通孔(60)与所述第一接地板(25)连接。
7.如权利要求6所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第二射频模块(35)包括：
与所述第二接地板(33)连接的第二微带馈线(32)、与所述第二微带馈线(32)连接的第二微带线(31)、与所述第二微带线(31)连接的第二振子臂(34)。
8.如权利要求7所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第二微带线(31)为弯曲微带线。
9.如权利要求7所述的双频段微带天线，其特征在于，
所述阻抗变换馈电带(23)和所述第一振子臂(21)在垂直于所述基板(10)的方向上的投影分别与所述第二微带馈线(32)在垂直于所述基板(10)的方向上的投影重叠，使得所述阻抗变换馈电带(23)和所述第一振子臂(21)分别与所述第二微带馈线(32)形成耦合。
10.如权利要求4所述的双频段微带天线，其特征在于，所述第一振子臂(21)为对称结构的振子臂。
11.如权利要求1所述的双频段微带天线，其特征在于，
所述第一频段微带天线(20)为单极子形式结构天线、偶极子形式结构天线或者环形结构天线；
所述第二频段微带天线(30)为单极子形式结构天线、偶极子形式结构天线或者环形结构天线。
12.如权利要求1-11任一项所述的双频段微带天线，其特征在于，
所述第一频段微带天线(20)为2.4GHz频段天线；
所述第二频段微带天线(30)为900MHz频段天线。
13.一种无人机，其特征在于，包括机身、设于所述机身下方的起落架以及如权利要求1-12任一项所述的双频段微带天线，所述双频段微带天线设置在所述起落架中。
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