CN208723102U - 简化馈电网络的缝隙阵列天线及移动通信设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种简化馈电网络的缝隙阵列天线及移动通信设备，所述缝隙阵列天线包括介质基板、贴片、微带馈线和若干个第一通孔，所述贴片和微带馈线设置在介质基板的上表面，所述贴片上开有四个辐射缝隙，所述微带馈线与贴片相连，所述若干个第一通孔穿过贴片和介质基板，且沿贴片的各个边缘内侧均匀分布；所述移动通信设备包括上述的缝隙阵列天线。本实用新型天线相比传统双缝隙天线组成的二单元阵列性能更优，且结构更为简单，无需额外的馈电网络，免去了馈电网络的损耗，加工方便，调试也更为简易，适合应用于大型的缝隙天线阵列。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种缝隙阵列天线，尤其是一种简化馈电网络的缝隙阵列天线及移动通信设备，属于移动通信天线技术领域。
背景技术
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)是一种新的微波传输线。因其继承了金属波导低损耗、高功率容量的特性，又没有金属波导结构笨重、不易加工的缺点；既有微带线易于平面集成的优点，又不含微带线高频辐射大的缺点；加工方便，价格低廉，因此广泛应用于微波毫米波电路中。
天线作为射频系统里极为重要的一个环节，增益是影响其性能好坏的一个关键指标，怎样在有限的天线体积与复杂度的情况下提高天线增益是天线领域工作人员亟待解决的问题。而基于SIW的天线低辐射损耗、高功率容量的特性使得该类型的天线增益较高。
在实际应用中，往往把天线组成阵列的形式用来提高其增益，而大型阵列的馈电网络一般较为复杂，不仅给天线的设计与安装造成较大麻烦，还提高了天线的损耗。一般天线阵列的增益不超过30db的很大一个原因是因为如果再加大规模，馈电网络的损耗就会很大，无形中限制了天线阵列的最高增益，所以如何简化馈电网络对天线阵列的设计具有很大的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述现有技术的不足之处，提供了一种简化馈电网络的缝隙阵列天线，该天线性能良好、结构简单、易于平面集成，且无需额外的馈电网络。
本实用新型的另一目的在于提供一种移动通信设备。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
简化馈电网络的缝隙阵列天线，包括介质基板、贴片、微带馈线和若干个第一通孔，所述贴片和微带馈线设置在介质基板的上表面，所述贴片上开有四个辐射缝隙，所述微带馈线与贴片相连，所述若干个第一通孔穿过贴片和介质基板，且沿贴片的各个边缘内侧均匀分布。
进一步的，所述四个辐射缝隙从贴片的表面上看，均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构。
进一步的，所述四个辐射缝隙的长度、宽度相同。
进一步的，所述贴片为方形结构，所述四个辐射缝隙以贴片中心为对称中心对称分布。
进一步的，所述贴片在与微带馈线的相连处两侧分别开有一个匹配缝隙。
进一步的，所述微带馈线从介质基板的上表面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构。
进一步的，所述介质基板的下表面为地板。
进一步的，所述介质基板的截面形状为方形。
进一步的，所述介质基板的截面边长为94mm～100mm。
本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
移动通信设备，包括上述的缝隙阵列天线。
本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本实用新型的缝隙阵列天线的介质基板上设有贴片，在贴片上开出四个辐射缝隙，四个辐射缝隙构成四缝隙阵列，相比双缝隙阵列天线，既省略了馈电网络，减少了馈电损耗与结构复杂度，又实现了更优的性能，而且结构简单、加工方便廉价、性能良好。
2、本实用新型的缝隙阵列天线还有很大的研究空间，可根据类似原理拓展到六缝隙阵列天线、八缝隙阵列天线、十缝隙阵列天线等2N(N为大于2的自然数)缝隙阵列天线。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的缝隙阵列天线的介质基板上表面示意图。
图2为本实用新型实施例1的缝隙阵列天线的介质基板下表面示意图。
图3为传统双缝隙天线构成的四缝隙天线阵列的介质基板上表面示意图。
图4为本实用新型实施例1的回波损耗电磁仿真曲线图。
图5为传统双缝隙天线构成的四缝隙天线阵列的回波损耗电磁仿真曲线图。
图6为本实用新型实施例1的缝隙阵列天线在频率中心点的方向图。
图7为传统双缝隙天线构成的四缝隙天线阵列在频率中心点的方向图。
其中，1-介质基板，2-贴片，3-微带馈线，4-第一通孔，5-地板，6-第一辐射缝隙，7-第二辐射缝隙，8-第三辐射缝隙，9-第四辐射缝隙，10-第一匹配缝隙，11-第二匹配缝隙。
具体实施方式
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。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种简化馈电网络的缝隙阵列天线，该缝隙阵列天线为基片集成波导(SIW)缝隙阵列天线，能够应用于移动通信设备中，其包括介质基板1、贴片2、微带馈线3和若干个第一通孔4，贴片2和微带馈线3设置在介质基板1的上表面(正面)，介质基板1的下表面(背面)为地板5，即地板5覆盖整个介质基板1下表面。
所述介质基板1的截面形状为方形，截面边长为97mm，即截面的尺寸为97mm*97mm。
所述贴片2从介质基板1的上表面上看，为方形结构，贴片2上开有四个辐射缝隙，四个辐射缝隙从贴片2的表面上看，均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构(可视为竖直朝向)，且长度、宽度相同，四个辐射缝隙分别为第一辐射缝隙6、第二辐射缝隙7、第三辐射缝隙8和第四辐射缝隙9，第一辐射缝隙6、第二辐射缝隙7、第三辐射缝隙8和第四辐射缝隙9构成四缝隙阵列，可以看到四缝隙阵列的排列方式为2*2(竖直*水平)，其中第一辐射缝隙6位于左上方，第二辐射缝隙7位于右上方，第三辐射缝隙8位于左下方，第四辐射缝隙9位于右下方。
进一步地，第一辐射缝隙6、第二辐射缝隙7、第三辐射缝隙8和第四辐射缝隙9以贴片2中心为对称中心对称分布；具体地，第一辐射缝隙6和第二辐射缝隙7、第三辐射缝隙8和第四辐射缝隙9均关于贴片2的竖直方向中线对称，第一辐射缝隙6和第三辐射缝隙8、第二辐射缝隙7和第四辐射缝隙9均关于贴片2的水平方向中线对称，同时第一辐射缝隙6和第二辐射缝隙7、第三辐射缝隙8和第四辐射缝隙9、第一辐射缝隙6和第三辐射缝隙8、第二辐射缝隙7和第四辐射缝隙9均关于贴片2的中心点中心对称，第一辐射缝隙6和第四辐射缝隙9、第二辐射缝隙7和第三辐射缝隙8均关于贴片2的中心点旋转对称。
所述微带馈线3从介质基板的上表面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构(可视为竖直朝向)，微带馈线3位于第二辐射缝隙7的左侧不远处，其与贴片2相连，具体与贴片2的上边缘相连，微带馈线3的馈电方式为侧边馈电，用于激励四个辐射缝隙；优选地，贴片2上边缘与微带馈线3的相连处左右两侧分别开有第一匹配缝隙10和第二匹配缝隙11，可以调节阻抗匹配。
所述若干个第一通孔4穿过贴片2和介质基板1，与介质基板1下表面的地板5相连，且沿贴片2的各个边缘内侧均匀分布，形成方形结构，也就是说若干个第一通孔4围成了一圈，可以理解，除了贴片2上边缘与微带馈线3的相连处，各个边缘内侧的其余位置均分布了第一通孔4，若干个第一通孔4用于阻止电磁能量辐射，使贴片2等效于波导结构；进一步地，相邻两个第一通孔2之间具有一定间距，该间距经过优化，可以保证天线性能最好且电磁能量不外泄。
上述实施例中，所述贴片1、地板5、第一通孔4的孔壁均采用金属材料制成，优选采用铜金属材料；所述移动通信设备可以为手机、平板电脑等电子设备。
图3为传统双缝隙天线构成的四缝隙天线阵列的介质基板上表面示意图，可以看出图3中的四个辐射缝隙是分别开在两块贴片上，贴片边缘内侧分别设有一圈通孔，并由一个一分二的馈电网络所激励，该天线下表面也是一层金属作为地板；而本实施例的图1与图2中的结构是四个辐射缝隙开在一块贴片上，且直接由微带馈线馈电而无额外的馈电网络。
此外，图3所示天线阵列的介质基板截面尺寸为85.2mm*107.4mm，而图1所示本实施例的缝隙阵列天线的介质基板截面尺寸为97mm*97mm，两种天线的面积是基本相近的。
图4与图5分别为本实施例的缝隙阵列天线与传统双缝隙天线构成的四缝隙天线阵列的回波损耗，可以看出这两种天线均工作在同一频率点4.96GHz；而由图6与图7可看出这两种天线的方向图、前后比、增益等参数也相近，且传统双缝隙天线构成的四缝隙天线阵列在频率中心点的辐射方向增益为10.2dbi，而本实施例的缝隙阵列天线在频率中心点的辐射方向增益为10.9dbi，相比较之下有0.7个db增益的提高。
由上述说明可以看出，本实施例简化馈电网络的方法与传统的缝隙天线阵列相比，能实现基本一致的功能，且简化了馈电网络，减少了馈电损耗，提高了增益，不仅继承了缝隙天线的所有优点，阵列结构还变得愈加简单，而且在大型阵列中馈电网络更加复杂，将本实施例简化馈电网络的理念按类似方法推广到更大的阵列天线所获得的效果会更加显著。
实施例2：
本实施例的主要特点是：所述介质基板1的截面边长为94mm。其余同实施例1。
实施例3：
本实施例的主要特点是：所述介质基板1的截面边长为100mm。其余同实施例1。
综上所述，本实用新型的缝隙阵列天线的介质基板上设有贴片，在贴片上开出四个辐射缝隙，四个辐射缝隙构成四缝隙阵列，相比双缝隙阵列天线，既省略了馈电网络，减少了馈电损耗与结构复杂度，又实现了更优的性能，而且结构简单、加工方便廉价、性能良好；此外，本实用新型的缝隙阵列天线还有很大的研究空间，可根据类似原理拓展到六缝隙阵列天线、八缝隙阵列天线、十缝隙阵列天线等2N(N为大于2的自然数)缝隙阵列天线。
以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
Claims (10)
1.简化馈电网络的缝隙阵列天线，其特征在于：包括介质基板、贴片、微带馈线和若干个第一通孔，所述贴片和微带馈线设置在介质基板的上表面，所述贴片上开有四个辐射缝隙，所述微带馈线与贴片相连，所述若干个第一通孔穿过贴片和介质基板，且沿贴片的各个边缘内侧均匀分布。
2.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述四个辐射缝隙从贴片的表面上看，均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构。
3.根据权利要求2所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述四个辐射缝隙的长度、宽度相同。
4.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述贴片为方形结构，所述四个辐射缝隙以贴片中心为对称中心对称分布。
5.根据权利要求1-4任一项所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述贴片在与微带馈线的相连处两侧分别开有一个匹配缝隙。
6.根据权利要求1-4任一项所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述微带馈线从介质基板的上表面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构。
7.根据权利要求1-4任一项所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述介质基板的下表面为地板。
8.根据权利要求1-4任一项所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述介质基板的截面形状为方形。
9.根据权利要求8所述的缝隙阵列天线，其特征在于：所述介质基板的截面边长为94mm～100mm。
10.移动通信设备，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的缝隙阵列天线。
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| CN201821337035.4U CN208723102U (zh) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | 简化馈电网络的缝隙阵列天线及移动通信设备 |
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| CN114024132B (zh) * | 2021-11-04 | 2022-05-31 | 北京航空航天大学 | 一种基于场重构的基片集成波导差分天线增益提升方法 |
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