CN208622939U - 高增益贴片天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种高增益贴片天线，包括金属地板、辐射贴片和绝缘支撑柱，所述辐射贴片设于所述金属地板上方，所述金属地板与所述辐射贴片间通过绝缘支撑柱固定连接，所述辐射贴片上设有矩形通孔。通过在辐射贴片上开矩形通孔来压低E面方向图的副瓣，压窄H面方向图的波束宽度，将能量集中在主瓣上，从而有效的提高了宽带贴片天线的增益。

Description

高增益贴片天线

技术领域

本实用新型涉及到微波通信领域，具体为一种高增益贴片天线。

背景技术

近年来，随着无线通信的迅速发展，日渐复杂的应用场景，对无线通信系统中的天线的带宽和其他性能的要求越来越高。

首先，由于应用环境的需要，现在的很多无线通信零部件都必须嵌入或者集成到一个很小的通信设备中，这就需要对这些零部件进行小型化设计；同时从市场产品的角度去考虑，实用的天线也应该具有剖面低、重量轻和加工容易等特点。其次，通信系统的信号覆盖范围和距离受天线增益的影响，为了对抗传输损耗，在中远距离通信中要求天线具有较高的增益。目前高增益的天线形式有很多，如专利申请号为：201310122359.1，专利名称为《一种双频高增益同轴馈电贴片天线》的中国专利就提出了一种同时工作于2.45GHz和5.8GHz高增益天线，主要包括一个矩形薄层金属贴片，一个金属接地板以及EBG的两个覆层，天线实现了在2.40GHz-2.483GHz最高增益10dB,5.725GHz-5.875GHz最高增益8dB。但是采用EBG结构在提高增益的同时使得天线结构变得复杂。最后，由于宽带通信技术以其数据传输速率高、发射功率低、抗干扰性能强、保密性好等一系列优点备受重视，在无线通信、射频标识等诸多领域具有广阔的应用前景；针对宽带无线通信，不仅要求宽带天线在其工作频带内，具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性、相对平坦的增益特性，而且希望天线体积足够小，成本低廉、便于加工和安装。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供一种增益高的宽带贴片天线。

本实用新型提出一种高增益贴片天线，包括金属地板、辐射贴片和绝缘支撑柱，所述辐射贴片设于所述金属地板上方，所述金属地板与所述辐射贴片间通过所述绝缘支撑柱固定连接，所述辐射贴片上设有矩形通孔。

进一步地，还包括寄生贴片，所述寄生贴片设置于所述金属地板上方，且所述寄生贴片与所述辐射贴片高度相同，所述寄生贴片设置于所述辐射贴片四周，所述寄生贴片与所述金属地板通过所述绝缘支撑柱固定连接。

进一步地，还包括介质基片，所述介质基片设置于所述金属地板的上表面，且所述介质基片设置于所述辐射贴片的下方。

进一步地，还包括谐振单元，所述谐振单元设置于所述介质基片上表面，且位于所述辐射贴片的下方。

进一步地，还包括内芯和外芯，所述金属地板上设有第一通孔，所述谐振单元上设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔同轴线设置，所述内芯依次穿过所述第一通孔与所述第二通孔，所述谐振单元与所述内芯电性连接，所述外芯与所述金属地板电性连接。

进一步地，还包括若干个寄生贴片。

进一步地，所述绝缘支撑柱为塑料支撑柱。

进一步地，所述辐射贴片与所述金属地板间的介质设置为空气。

进一步地，所述辐射贴片上设有三个矩形通孔，分别为第一矩形通孔、第二矩形通孔和第三矩形通孔，所述第一矩形通孔设置于所述辐射贴片中心位置处，所述第二矩形通孔与所述第三矩形通孔均设置于所述第一矩形通孔两端。

本实用新型高增益贴片天线的有益效果为，通过在辐射贴片上开矩形通孔来压低E面方向图的副瓣，压窄H面方向图的波束宽度，将能量集中在主瓣上，从而有效的提高了宽带贴片天线的增益。

附图说明

图1是本实用新型一实施例高增益贴片天线示意图。

图2是本实用新型一实施例高增益贴片天线俯视图。

图3是本实用新型一实施例高增益贴片天线左视图。

图4是本实用新型一实施例高增益贴片天线仿真S11数据变化曲线。

图5是本实用新型一实施例高增益贴片天线仿真E面和H面的方向性系数曲线。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1-3所示，提出本实用新型一优选实施例的一种高增益贴片天线，包括金属地板1、辐射贴片2和绝缘支撑柱，辐射贴片2设于金属地板1上方的，金属地板1与辐射贴片2间通过绝缘支撑柱固定连接，辐射贴片2上设有矩形通孔。

在本实施例中，金属地板1通过绝缘支撑柱与辐射贴片2连接，绝缘支撑柱起到固定于支撑作用，同时其绝缘特性也能防止支撑柱与辐射贴片2电性连接，辐射贴片2设置为金属材料，辐射贴片2上设置有矩形通孔，该矩形通孔穿透辐射贴片2，在实施过程中，将金属地板1通电，金属地板1将能量耦合到辐射贴片2上，辐射贴片2上的矩形通孔将横向的电流切断，改变电流的分布从而改变辐射的方向，压低了E面方向图的副瓣，E面为通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面，能量集中在主瓣上，从而有效的提高了宽带贴片天线的增益。

在本实施例中，还包括寄生贴片，寄生贴片设置于金属地板1上方，且寄生贴片与辐射贴片2高度相同，寄生贴片设置于辐射贴片2四周，寄生贴片与金属地板1通过绝缘支撑柱固定连接。在本实施例中设有寄生贴片，且将寄生贴片与辐射贴片2设置在同一高度，从而降低了宽带贴片天线的剖面宽度，缩小天线的体积，降低成本。将寄生贴片水平设置于辐射贴片2相同高度上，辐射贴片2产生辐射能量时，能将能量耦合带寄生贴片上，位于相同高度的寄生贴片同时能产生辐射，从而提高了天线的增益。

在本实施例中，还包括介质基片7，介质基片7设置于金属地板1的上表面，且设置于辐射贴片2的下方。介质基片7设置于辐射贴片2下方，且位于金属地板1上表面。在其他实施例中，介质基片7上可以设有其他介质。

在本实施例中，还包括谐振单元8，谐振单元8设置于介质基片7上表面，且位于辐射贴片2的下方。在实施例中将谐振单元8设置为“工”字型金属片，通过在谐振单元8上馈电，谐振单元8产生谐振将能量耦合到辐射贴片2，能够压窄H面方向图的波束宽度，通过引入一个谐振模式来增加高增益贴片天线的带宽，在一实施例中，谐振单元8的中心与辐射贴片2的中心重合，谐振单元8水平设置于金属地板1与辐射贴片2中间，在对谐振单元8进行馈电时，可以得到对称的辐射方向图，同时还能对偶模起到抑制作用。

在本实施例中，还包括内芯9，金属地板1上设有第一通孔，谐振单元8上第二通孔，第一通孔与第二通孔同轴线设置，内芯9依次穿过第一通孔与第二通孔，内芯9电性连接谐振单元8。通过内芯9可对谐振单元8馈电，使谐振单元8能够获得能量并产生谐振将能量耦合到辐射贴片2上。

在本实施例中，还包括若干个寄生贴片。通过在辐射贴片2周围同一高度设有若干寄生贴片，能够提高天线的增益。

在本实施例中，绝缘支撑柱为塑料支撑柱。辐射贴片2与金属地板1间的介质为空气。塑料是一种常规材料，并且具有很好的绝缘效果，设置于金属地板1与辐射贴片2中间，能够将金属地板1与辐射天线设有一定空间，且不会产生短路现象，在金属地板1与辐射天线间的空间内充入空气，使空气成为该天线的介质，能够有效降低成本。

在本实施例中，辐射贴片2上设有三个矩形通孔，分别为第一矩形通孔5、第二矩形通孔4和第三矩形通孔6，第一矩形通孔5设置于辐射贴片2中心位置处，第二矩形通孔4与第三矩形通孔6均设置于第一矩形通孔5两端。在金属地板1上馈电，金属地板1将能量耦合到辐射贴片2上，辐射贴片2工作在TM03模上，能够产生一个反向电流，将第一矩形通孔5边长较长一边与电流方向垂直设置，第一矩形通孔5边长较短一边与电流方向水平设置，第二矩形通孔4和第三矩形通孔6的设置方向与第一矩形通孔5相同，第二矩形通孔4和第三矩形通孔6分别设置与辐射贴片2两端，能最大限度的切断反向电流，有效的改变电流的方向，压低E面方向图的副瓣，压窄H面方向图的波束宽度，极大限度的将能量集中在主瓣上，能使得宽带贴片天线有效的提高增益。

在优选实施例中，高增益贴片天线包括金属地板1、辐射贴片2和支撑柱，辐射贴片2设于金属地板1上方的，金属地板1与辐射贴片2间通过绝缘支撑柱固定连接，辐射贴片2工作在TM03模上，TM03模在接收到能量时，能产生一个平行于辐射贴片2较长边长方向的电流，辐射贴片2上设有三个矩形通孔，将第一矩形通孔5边长较长一边与电流方向垂直设置，第一矩形通孔5边长较短一边与电流方向水平设置，第二矩形通孔4和第三矩形通孔6的设置方向与第一矩形通孔5相同，第二矩形通孔4和第三矩形通孔6分别设置与辐射贴片2两端。还包括四个寄生贴片，寄生贴片设置于金属地板1上方，且寄生贴片与辐射贴片2高度相同，寄生贴片与金属地板1通过绝缘支撑柱固定连接，寄生贴片分别均匀设置于辐射贴片2较短边长的两侧，第一寄生贴片3a和第二寄生贴片3b设置于辐射贴片2的左侧，第三寄生贴片3c和第四寄生贴片3d设置于辐射贴片2的右侧。还包括介质基片7，介质基片7设置于金属地板1的上表面，且介质基片7设置于辐射贴片2的下方。还包括谐振单元8，谐振单元8设置于介质基片7上表面，且位于辐射贴片2的下方。还包括内芯9，金属地板1上设有第一通孔，谐振单元8上设有第二通孔，第一通孔与第二通孔同轴线设置，内芯9依次穿过第一通孔与第二通孔，内芯9电性连接谐振单元8。绝缘支撑柱为塑料支撑柱。辐射贴片2与金属地板1间的介质为空气。通过内芯9在谐振单元8上馈电，谐振单元8产生谐振把能量耦合到上方的辐射贴片2，通过引入一个谐振模式来提高天线的带宽，辐射贴片2上的矩形通孔将TM03模产生的反向电流切断，有效的改变电流的方向，压低E面方向图的副瓣，极大限度的将能量集中在主瓣上，能使得宽带贴片天线有效的提高增益，单片高增益天线的增益可达到13dB左右，辐射贴片2将能量耦合到第一寄生贴片3a、第二寄生贴片3b、第三寄生贴片3c和第四寄生贴片3d上，使得寄生贴片也产生辐射，从而极大的提高了天线的增益，引入了寄生贴片，使得整个天线的增益高达15dB左右，辐射贴片2和金属地板1之间为空气介质，辐射贴片2用塑料支撑柱支撑，无需介质填充，由于辐射贴片2和金属地板1之间用空气作为介质而不是常规的PCB板材，使得成本大大地降低，同时寄生贴片与辐射贴片2位于同一平面，使得该设计天线的剖面很低，高度仅为4.7mm。高增益贴片天线能基于简单的结构，在较宽的工作频带内实现较高增益的辐射，有利于改善无线通信系统的信号覆盖等问题。同时，具有剖面低、加工简单和价格低廉等特点。

下面结合仿真对本实施例的应用效果作详细的描述。

1、仿真内容

请请参考图4-5。利用仿真软件对上述实施例宽带贴片天线的S11及方向系数进行了仿真。

2、仿真结果

图4是在对实施例天线仿真得到的S11数据变化曲线。从图中可以看出，天线有两个谐振模式，且S11小于-10dB的频带约为200MHz,相对带宽得到了很大的提高，可以满足通信的需求。该结果表明本实用新型高增益贴片天线在低剖面下获得了显著的宽带特性。

图5是对本实施例天线仿真得到的E面和H面的方向系数，从图中可以看出，天线在E面和H面正上方的方向性系数高达15.4dB,该结果表明本实用新型高增益贴片天线具有较高的增益。、

本实用新型高增益贴片天线，通过在辐射贴片2上开矩形通孔来压低E面方向图的副瓣和压窄H面方向图的波束宽度，压窄H面方向图的波束宽度，辐射贴片2把能量耦合到寄生贴片单元，使得寄生贴片单元也产生辐射，从而有效地提高了天线的增益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种高增益贴片天线，其特征在于，包括金属地板、辐射贴片和绝缘支撑柱，所述辐射贴片设于所述金属地板上方，所述金属地板与所述辐射贴片间通过所述绝缘支撑柱固定连接，所述辐射贴片上设有矩形通孔。

2.根据权利要求1所述的高增益贴片天线，其特征在于，还包括寄生贴片，所述寄生贴片设置于所述金属地板上方，且所述寄生贴片与所述辐射贴片高度相同，所述寄生贴片设置于所述辐射贴片四周，所述寄生贴片与所述金属地板通过所述绝缘支撑柱固定连接。

3.根据权利要求1所述的高增益贴片天线，其特征在于，还包括介质基片，所述介质基片设置于所述金属地板的上表面，且所述介质基片设置于所述辐射贴片的下方。

4.根据权利要求3所述的高增益贴片天线，其特征在于，还包括谐振单元，所述谐振单元设置于所述介质基片上表面，且位于所述辐射贴片的下方。

5.根据权利要求4所述的高增益贴片天线，其特征在于，还包括内芯和外芯，所述金属地板上设有第一通孔，所述谐振单元上设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔同轴线设置，所述内芯依次穿过所述第一通孔与所述第二通孔，所述谐振单元与所述内芯电性连接，所述外芯与所述金属地板电性连接。

6.根据权利要求2所述的高增益贴片天线，其特征在于，还包括多个寄生贴片。

7.根据权利要求1所述的高增益贴片天线，其特征在于，所述绝缘支撑柱为塑料支撑柱。

8.根据权利要求1所述的高增益贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片与所述金属地板间的介质设置为空气。

9.根据权利要求1所述的高增益贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片上设有三个矩形通孔，分别为第一矩形通孔、第二矩形通孔和第三矩形通孔，所述第一矩形通孔设置于所述辐射贴片中心位置处，所述第二矩形通孔与所述第三矩形通孔均设置于所述第一矩形通孔相对的两端。