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