CN213184586U - 一种极低剖面低频微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种极低剖面低频微带天线，包括从上向下依次设置的带有U型槽的辐射贴片、第一介质基板、金属接地层、第二介质基板和背面馈电微带线结构，带有U型槽的辐射贴片和背面馈电微带线结构通过金属馈电探针连接馈电。本实用新型具有很低的剖面高度，小型化，贴片中心直连背面微带线式馈电，损耗小，对正面的辐射影响小，不会引入不需要的交叉极化，同时具有便于安装等优点，结构简单，易于低成本批量生。

Description

一种极低剖面低频微带天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种极低剖面高度、小型化、工作在低频的微带贴片天线。

背景技术

微带贴片天线因其成本低、剖面低、重量轻、易加工制造和能与有源器件集成等诸多优点，广泛应用于各种通信系统中，但是其主要缺点也很明显，一是微带贴片天线是谐振式结构，带宽较窄，尤其是厚度越薄，相对带宽越小；二是微带天线有导体和介质损耗，会激励表面波，辐射效率因此下降；三是微带天线的功率容量较小。因此，如何扬长避短，研究在低功率发射和接收应用场合下，微带天线在薄厚度、小型化的基础上增加其带宽和降低损耗是微带天线研究的热点。

常规的微带天线宽频带技术研究主要集中在以下几个方面：

1.降低等效电路Q值，如增大厚度，降低ε_r，增大tanδ等，但是增大厚度破坏了微带天线的低剖面高度的优点，增大tanδ会使损耗增大，降低辐射效率；

2.附加寄生贴片，采用双面或多层结构等，但是这种改进会使得天线结构复杂，破坏了微带天线固有的低剖面，体积小，易制造的优点；

3.改进馈电方法，比如电磁耦合馈电，L形探针馈电，巴伦馈电等，但是这些方法会使得馈电复杂，不易集成，大幅增加了阵列天线的设计难度。

近些年来，业界发展了一些扩展带宽的方案，通过在辐射贴片表面开槽来构造双频谐振特性，从而增强带宽，也取得了不错的进展。1995年K.-F.Lee提出了加载U型缝隙来展宽带宽，实现了微带天线在厚度26.9mm，h/λ＝0.08时，带宽增加到47％，K.-F.Lee也凭此成果荣获2009年的John Kraus奖，随后几年里，K.-F.Lee在U形槽天线的基础上，相继实用新型出了E型槽天线，半U形槽天线，半E形槽天线，多U形槽天线和四分之一波长U形槽天线等多项带宽增强的微带天线，大大拓展了微带天线的适用范畴；2001年Yang Fang、2003年Weigand S、2004年Ge Yuehe等人独立在对E形微带天线的性能研究中，实用新型了阻抗带宽能达到30％以上的微带天线，大大拓展了E形天线使用；后来又增加层叠结构的E形微带天线，其阻抗带宽可达40％以上。但是以上这些天线都是采用厚基板(0.1λ₀左右，λ₀为中心频率波长)，并未考虑对天线剖面的降低，厚度过大，不适用于需要极低剖面应用场景。

实用新型内容

本实用新型提供了一种极低剖面低频微带天线，具有极低剖面、带宽高，可工作在低频等优点。

为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：一种极低剖面低频微带天线，包括从上向下依次设置的带有U型槽的辐射贴片、第一介质基板、金属接地层、第二介质基板和背面馈电微带线结构，带有U型槽的辐射贴片和背面馈电微带线结构通过金属馈电探针连接馈电。

作为本实用新型的优化方案，带有U型槽的辐射贴片上的开槽为半U形槽。

作为本实用新型的优化方案，第一介质基板的厚度为0.0055λ₀，λ₀为中心频率波长。

作为本实用新型的优化方案，背面馈电微带线结构的一端连接金属馈电探针，背面馈电微带线结构的另一端连接共面波导式馈电结构。

作为本实用新型的优化方案，第一介质基板为Rogers5880板。

作为本实用新型的优化方案，背面馈电微带线结构的线宽为0.78mm。

作为本实用新型的优化方案，第二介质基板的厚度为0.254mm。

本实用新型具有积极的效果：1)本实用新型的介质板厚度只有0.0055λ₀，远小于一般微带贴片天线的0.1λ₀厚度；面积很小，最小不到0.64λ₀×0.63λ₀(233×230mm)，便于该定向性天线的隐蔽性安装；

2)本实用新型通过在贴片上蚀刻半U形槽，改变表面电流分部，实现带宽增强，能够在820-832MHz频段内实现回波损耗S₁₁<-10dB，增益G>6dB；

3)本实用新型具有很低的剖面高度，小型化，贴片中心直连背面微带线式馈电，损耗小，对正面的辐射影响小，不会引入不需要的交叉极化，同时具有便于安装等优点，结构简单，易于低成本批量生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是本实用新型的正面示意图；

图3是本实用新型的尺寸图；

图4是本实用新型的背面示意图；

图5是开槽为半U形槽的极低剖面低频微带天线正面示意图；

图6是图5天线的反射系数图；

图7是图5天线的E面辐射方向图；

图8是图5天线的H面辐射方向图；

图9是图5天线的增益随频率变化图。

其中：11、带有U型槽的辐射贴片，12、第一介质基板，13、金属接地层，14、第二介质基板，15、背面馈电微带线结构，115、金属馈电探针，151、共面波导式馈电结构。

具体实施方式

如图1和2所示，本实用新型公开了一种极低剖面低频微带天线，包括从上向下依次设置的带有U型槽的辐射贴片11、第一介质基板12、金属接地层13、第二介质基板14和背面馈电微带线结构15，带有U型槽的辐射贴片11和背面馈电微带线结构15通过金属馈电探针115连接馈电。其中，金属接地层13中间留有馈电孔。通过在带有U型槽的辐射贴片11上蚀刻U型槽，改变电流分布，实现多频谐振，达到带宽增加的目的。

如图3所示，带有U型槽的辐射贴片11的X_patch＝117.2mm，Y_patch＝237.4mm；U形槽的大小：dx1＝45mm，dx2＝7.56mm，y1＝14mm，dy1＝2mm。

第一介质基板12的厚度为0.0055λ₀，λ₀为中心频率波长，将第一介质基板12的厚度设置为0.0055λ₀，达到了在超薄厚度上的带宽增强。第一介质基板12为Rogers5880板，带有U型槽的辐射贴片11的大小与第一介质基板12的材质有关系，使用高介电常数的板材，可以大大降低天线的大小，有助于天线的小型化，便于安装，低损耗可以保持天线的增益稳定。

如图4所示，背面馈电微带线结构15的一端连接金属馈电探针115，背面馈电微带线结构15的另一端连接共面波导式馈电结构151，能够有效增强天线馈电处的结构强度，也便于实际上的加工测试和应用。除了使用微带线馈电还可以使用同轴线馈电。使用微带线馈电可选用介电常数为2.2，厚度为0.254mm第二介质基板14。共面波导式馈电结构151为CPW共面波导式馈电结构，背面馈电微带线结构15的线宽为0.78mm。

如图5所示，带有U型槽的辐射贴片11上的开槽为半U形槽，实现了天线小型化。第一介质基板12大小0.64λ₀×0.63λ₀(233mm×230mm)，上表面的金属贴片尺寸仅为0.33λ₀×0.32λ₀(119mm×118mm)。

图6为极低剖面低频微带天线的反射系数，在820-832MHz频段内反射系数S₁₁<-10dB。

图7和图8为半U形槽的辐射方向图，在820MHz，826MHz和832MHz三个频点处极低剖面低频微带天线(图7)E面和(图8)H面辐射方向图，辐射方向图保持稳定。

图9为半U形槽的极低剖面低频微带天线的增益随频率变化图，天线在工作频段820-832MHz频段内的增益整体大于6.0dB。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：包括从上向下依次设置的带有U型槽的辐射贴片(11)、第一介质基板(12)、金属接地层(13)、第二介质基板(14)和背面馈电微带线结构(15)，所述的带有U型槽的辐射贴片(11)和背面馈电微带线结构(15)通过金属馈电探针(115)连接馈电。

2.根据权利要求1所述的一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：所述带有U型槽的辐射贴片(11)上的开槽为半U形槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：所述第一介质基板(12)的厚度为0.0055λ₀，λ₀为中心频率波长。

4.根据权利要求1或2所述的一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：背面馈电微带线结构(15)的一端连接金属馈电探针(115)，背面馈电微带线结构(15)的另一端连接共面波导式馈电结构(151)。

5.根据权利要求1或2所述的一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：所述第一介质基板(12)为Rogers5880板。

6.根据权利要求1或2所述的一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：背面馈电微带线结构(15)的线宽为0.78mm。

7.根据权利要求1或2所述的一种极低剖面低频微带天线，其特征在于：第二介质基板(14)的厚度为0.254mm。

Images