CN213692328U

CN213692328U - 微带天线

Info

Publication number: CN213692328U
Application number: CN202022501843.3U
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 赵治亚; 马斌
Original assignee: Kuang Chi Cutting Edge Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Cutting Edge Technology Ltd
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2030-11-03

Abstract

本实用新型涉及一种微带天线。包括介质板；包括第一矩形主臂、第一矩形侧长臂、矩形侧短臂的F形贴片；梯形微带巴伦；包括垂直连接于微带巴伦的第二矩形主臂和平行于微带巴伦的第二矩形侧长臂的直角贴片；寄生贴片包括位于第一表面的第一寄生贴片、第三寄生贴片和位于第二表面的第五寄生贴片、第七寄生贴片；第一寄生贴片和第三寄生贴片、第五寄生贴片和第七寄生贴片均关于介质板的中轴线对称；第一寄生贴片和第三寄生贴片在第二表面的投影分别与第五寄生贴片和第七寄生贴片重合；第二表面为第一表面的相对面。本实用新型的微带天线通过寄生贴片在不改变微带天线外形尺寸的情况下扩展了天线的工作带宽，提高了工作带宽内天线的增益。

Description

微带天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，特别是涉及一种微带天线。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，无线频谱资源的不足以及带宽需求的不断增长已经显得日益突出。微带天线因其独有的优点，如重量轻、体积小、制造成本低而被广泛用于通信系统中，并且易于集成到各种仪器中。然而，大多数微带天线的带宽很窄，大大限制了它们的实际应用。

实用新型内容

基于此，有必要针对微带天线的带宽很窄的问题，提供一种新的微带天线。

一种微带天线,包括：

介质板；

F形贴片，所述F形贴片包括第一矩形主臂、第一矩形侧长臂、矩形侧短臂，所述F形贴片位于所述介质板的第一表面，所述第一矩形主臂位于所述介质板的中轴线上；梯形微带巴伦，所述梯形微带巴伦位于所述介质板的第二表面，且所述梯形微带巴伦位于所述介质板的中轴线上；

直角贴片，所述直角贴片位于所述介质板的第二表面，所述直角贴片包括垂直连接于所述梯形微带巴伦的上底边的第二矩形主臂，和平行于所述梯形微带巴伦的上底边的第二矩形侧长臂，所述第二矩形主臂的宽度与所述梯形微带巴伦的上底边的宽度相同；所述第二矩形主臂位于所述介质板的中轴线上，且所述第二矩形主臂在所述第一表面的投影落在所述第一矩形主臂上；所述第二矩形侧长臂在所述第一表面的投影与所述第一矩形侧长臂关于所述介质板的中轴线对称；

寄生贴片，所述寄生贴片包括位于所述第一表面且与所述第一矩形主臂不相连的第一寄生贴片、第三寄生贴片，和位于所述第二表面且与所述第二矩形主臂不相连的第五寄生贴片、第七寄生贴片；

所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片均关于所述介质板的中轴线对称；

所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片在所述第二表面的投影分别与所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片重合；

其中，所述第二表面为所述第一表面的相对面。

在其中一个实施例中，所述第一寄生贴片、所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片、所述第七寄生贴片均被宽度为预设数值的间隙分为两部分，所述间隙垂直于所述介质板的中轴线。

在其中一个实施例中，所述第一寄生贴片、所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片、所述第七寄生贴片均被所述间隙分为大小相同的两部分。

在其中一个实施例中，所述预设数值大于等于0.095毫米且小于等于0.25毫米。

在其中一个实施例中，所述微带天线还包括位于所述矩形侧短臂与所述介质板的底端之间、且关于所述第一矩形主臂呈轴对称的第一组超材料贴片和第二组超材料贴片；

所述第一组超材料贴片和所述第二组超材料贴片均包括行间距和列间距相同的四行六列矩形超材料贴片。

在其中一个实施例中，所述第一矩形主臂的底端、所述梯形微带巴伦的下底边均与所述介质板的底端对齐，所述矩形侧短臂位于所述第一矩形主臂的底端与所述第一矩形侧长臂之间；

所述第二矩形主臂的长度与所述梯形微带巴伦的高度之和等于所述第一矩形主臂的长度；

所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片均位于所述第一矩形侧长臂与所述矩形侧短臂之间。

在其中一个实施例中，所述介质板的相对介电常数为3.5，相对磁导率为1。

在其中一个实施例中，所述介质板的长度为17.6毫米，宽度为14.2毫米，厚度为0.9毫米；所述第一矩形主臂的长度为9.89毫米，宽度为1.6毫米；所述第一矩形侧长臂和所述第二矩形侧长臂的长度均为5.51毫米，宽度均为1.6毫米；所述矩形侧短臂的长度为0.92毫米，宽度为1.6毫米，所述矩形侧短臂与所述介质板的底端之间的距离为4.3毫米；所述梯形微带巴伦的顶端的宽度为1.6毫米，底端的宽度为8.55毫米，高度为3.8毫米；所述第二矩形主臂的宽度为1.6毫米，长度为6.09毫米；所述寄生贴片的长度均为7.55毫米，宽度均为0.455毫米，所述寄生贴片与所述介质板的底端之间的距离为0.93毫米。

在其中一个实施例中，第一组超材料贴片与相邻介质板边缘之间距离均为0.19毫米，所述矩形超材料贴片的长度为0.95毫米，宽度为0.285毫米，第一组超材料贴片中相邻矩形超材料贴片之间的距离为0.095毫米。

在其中一个实施例中，所述矩形超材料贴片至少为金超材料贴片、银超材料贴片、铝超材料贴片、铜超材料贴片中的一种。

在其中一个实施例中，所述寄生贴片至少为金寄生贴片、银寄生贴片、铝寄生贴片、铜寄生贴片中的一种。

上述微带天线，包括：介质板；F形贴片，所述F形贴片包括第一矩形主臂、第一矩形侧长臂、矩形侧短臂，所述F形贴片位于所述介质板的第一表面，所述第一矩形主臂位于所述介质板的中轴线上；梯形微带巴伦，所述梯形微带巴伦位于所述介质板的第二表面，且所述梯形微带巴伦位于所述介质板的中轴线上；直角贴片，所述直角贴片位于所述介质板的第二表面，所述直角贴片包括垂直连接于所述梯形微带巴伦的上底边的第二矩形主臂，和平行于所述梯形微带巴伦的上底边的第二矩形侧长臂，所述第二矩形主臂的宽度与所述梯形微带巴伦的上底边的宽度相同；所述第二矩形主臂位于所述介质板的中轴线上，且所述第二矩形主臂在所述第一表面的投影落在所述第一矩形主臂上；所述第二矩形侧长臂在所述第一表面的投影与所述第一矩形侧长臂关于所述介质板的中轴线对称；寄生贴片，所述寄生贴片包括位于所述第一表面且与所述第一矩形主臂不相连的第一寄生贴片、第三寄生贴片，和位于所述第二表面且与所述第二矩形主臂不相连的第五寄生贴片、第七寄生贴片；所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片均关于所述介质板的中轴线对称；所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片在所述第二表面的投影分别与所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片重合；其中，所述第二表面为所述第一表面的相对面。本实用新型的微带天线包括位于所述第一表面且与所述第一矩形主臂不相连的第一寄生贴片、第三寄生贴片和位于所述第二表面且与所述第二矩形主臂不相连的第五寄生贴片、第七寄生贴片，所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片均关于所述介质板的中轴线对称；所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片在所述第二表面的投影分别与所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片重合，通过位于所述第一表面且与所述第一矩形主臂不相连的第一寄生贴片、第三寄生贴片和位于所述第二表面且与所述第二矩形主臂不相连的第五寄生贴片、第七寄生贴片，在不改变微带天线外形尺寸的情况下扩展了微带天线的工作带宽，提高了工作带宽内微带天线的增益。

附图说明

图1为一实施例中微带天线的介质板的示意图；

图2为一实施例中微带天线的介质板的第一表面对应的示意图；

图3为一实施例中微带天线的介质板的第二表面对应的示意图；

图4为一实施例中微带天线结构的分解示意图；

图5为一实施例中微带天线频率与电压驻波比之间的曲线图；

图6为一实施例中微带天线频率与增益之间的曲线图；

图7为一实施例中微带天线在工作带宽为8GHz时xy平面的辐射方向对比图；

图8为一实施例中微带天线在工作带宽为8GHz时yz平面的辐射方向对比图；

图9为一实施例中微带天线在工作带宽为10GHz时xy平面的辐射方向对比图；

图10为一实施例中微带天线在工作带宽为10GHz时yz平面的辐射方向对比图；

图11为一实施例中微带天线在工作带宽为12GHz时xy平面的辐射方向对比图；

图12为一实施例中微带天线在工作带宽为12GHz时yz平面的辐射方向对比图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的属于“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

天线作为现代无线通信网络的最前端无源器件之一，它的电磁性能、物理尺寸，外观形状，结构强度都影响着它的使用范围。从实际使用出发，天线小型化、宽频带和高增益一直都是国内外学者的研究重点。对天线使用导体、集总元件、高介电常数材料加载，以及短路和利用周围的环境(例如PCB接地板)等是实现天线小型化设计的主要手段。能够在不改变天线使用外形的基础上扩展天线的使用带宽以及辐射增益是国内外学者研究的主要方向。F形贴片天线是利用印刷工艺和天线弯折技术而兴起的一种很容易加工的通信天线，但是由于其本身工作频带窄，体积大而导致不能在便携的宽频带设备中使用，且由于其天线本身相当于偶极子天线，天线后向辐射很大，导致天线增益较低，能够覆盖的通信距离不远。

如图1，图2，图3，图4所示，在一个实施例中，提供一种微带天线,所述微带天线包括：

介质板100，所述介质板100具有第一表面102和第二表面104，所述第二表面104为所述第一表面102的相对面。

在一个实施例中，所述介质板100的相对介电常数为3.5，相对磁导率为1。

F形贴片，所述F形贴片包括第一矩形主臂202、第一矩形侧长臂204、矩形侧短臂206，所述F形贴片位于介质板100的第一表面102，第一矩形主臂202位于介质板100的中轴线上。

梯形微带巴伦302，梯形微带巴伦302位于介质板100的第二表面104，且梯形微带巴伦302位于介质板100的中轴线上，梯形微带巴伦302起到阻抗匹配的作用。

直角贴片，所述直角贴片位于介质板100的第二表面104，所述直角贴片包括垂直连接于所述梯形微带巴伦302的上底边的第二矩形主臂402，和平行于梯形微带巴伦302上底边的第二矩形侧长臂404，第二矩形主臂402位于梯形微带巴伦302的顶端，第二矩形主臂402的宽度与梯形微带巴伦302上底边的宽度相同；所述第二矩形主臂402位于所述介质板100的中轴线上，且所述第二矩形主臂402在所述第一表面102的投影落在所述第一矩形主臂202上；第二矩形侧长臂404在第一表面102的投影与第一矩形侧长臂204关于介质板100的中轴线对称，即关于第一矩形主臂202对称。

寄生贴片，所述寄生贴片包括位于第一表面102且与第一矩形主臂202不相连的第一寄生贴片502、第三寄生贴片506，和位于第二表面104且与第二矩形主臂402不相连的第五寄生贴片510、第七寄生贴片514。

所述第一寄生贴片502和所述第三寄生贴片506、所述第五寄生贴片510和所述第七寄生贴片514均关于所述介质板100的中轴线对称；即第一寄生贴片502和第三寄生贴片506关于第一矩形主臂202对称，即关于介质板100的中轴线对称；第五寄生贴片510和第七寄生贴片514关于第二矩形主臂402对称，即关于介质板100的中轴线对称。

所述第一寄生贴片和所述第三寄生贴片在所述第二表面的投影分别与所述第五寄生贴片和所述第七寄生贴片重合；即第一寄生贴片502和第五寄生贴片510、第三寄生贴片506和第七寄生贴片514均关于介质板100对称。

寄生贴片主要起耦合电流的作用，通过寄生贴片将原来单频点谐振的微带天线改为多频点耦合谐振，并且在不改变微带天线外形的基础上提高了微带天线的带宽，使得微带天线的工作带宽由8GHz～10GHz扩展到8GHz～12GHz，覆盖了整个X波段，可以应用于侦查、探测、无线通信等军事应用中。并且本实用新型中的微带天线通过寄生贴片，在电压驻波比的变化不超过2的情况下，将微带天线的增益提高到7.5dB。

本实用新型中的微带天线具有体积小、宽频带、易于加工等优势，可以应用于各种机载预警平台，战斗机机载火控雷达，各种地空导弹防空预警雷达，各种军舰防空预警雷达，3G/4G基站天线，卫星通信系统，民用航空管制雷达和气象雷达等领域，具有重大技术价值和经济效益。

本实用新型中的微带天线采用同轴馈电形式馈电，50欧姆阻抗同轴线的内芯与介质板100的第一表面102的F形贴片的第一矩形主臂202的底端通过焊接相连，同轴线的外皮与介质板100的第二表面104的梯形微带巴伦302通过焊接相连，从而使微带天线中介质板的第一表面和第二表面的辐射贴片耦合形成闭环回路，向外辐射能量。

在一个实施例中，第一寄生贴片502、第三寄生贴片506、第五寄生贴片510、第七寄生贴片514均为大小相同的矩形寄生贴片。

在一个实施例中，第一寄生贴片502、第三寄生贴片506、第五寄生贴片510、第七寄生贴片514均被宽度为预设数值的间隙分为两部分，所述间隙垂直于所述介质板的中轴线。

在一个实施例中，第一寄生贴片502、第三寄生贴片506、第五寄生贴片510、第七寄生贴片514均被宽度为预设数值的间隙分为大小相同的两部分。所述间隙垂直于所述介质板的中轴线。即第一寄生贴片502、第三寄生贴片506、第五寄生贴片510、第七寄生贴片514均由尺寸相同的两部分构成。进一步提高了微带天线的增益。在一个实施例中，所述预设数值大于等于0.01毫米且小于等于0.25毫米，例如0.01毫米、0.095毫米、0.1微米、0.15毫米、0.20毫米、0.22毫米、0.25毫米等。

在一个实施例中，以所述第一数值等于0.095毫米进行说明。

在一个实施例中，第一寄生贴片502、第三寄生贴片506、第五寄生贴片510、第七寄生贴片514均被宽度为预设数值的间隙分为宽度为0.18毫米的两部分。

典型的F形贴片微带天线是利用印刷工艺和天线弯折技术而兴起的一种很容易加工的通信天线，但是由于其本身工作频带窄，体积大而导致不能在便携的宽频带设备中使用，且由于其天线本身相当于偶极子天线，天线后向辐射很大，导致天线增益较低，能够覆盖的通信距离不远。

如图2所示，在一个实施例中，所述微带天线还包括位于矩形侧短臂206与介质板100的底端之间、且关于第一矩形主臂202呈轴对称的第一组超材料贴片602和第二组超材料贴片604；第一组超材料贴片602和第二组超材料贴片604均包括行间距和列间距相同的四行六列矩形超材料贴片606。通过位于矩形侧短臂与介质板的底端之间、且关于第一矩形主臂轴对称的第一组超材料贴片602和第二组超材料贴片604，在不改变微带天线外形、保持低电压驻波比(电压驻波比不超过2)的情况下，降低了天线的Q值，减小微带天线后向辐射，进一步提高微带天线增益。本申请中的微带天线大大提高了微带天线在高频的定向性和微带天线全频段增益，在工作带宽为12GHz时，消除微带天线后向辐射后，最高可将增益提升7.2dB。

在一个实施例中，各矩形超材料贴片606的尺寸完全相同。

在一个实施例中，所述第一矩形主臂202的底端、梯形微带巴伦302的下底边均与介质板100的底端对齐，矩形侧短臂206位于第一矩形主臂202的底端与第一矩形侧长臂204之间；第二矩形主臂402的长度与梯形微带巴伦302的高度之和等于第一矩形主臂202的长度；第一寄生贴片502和第三寄生贴片506均位于第一矩形侧长臂204与矩形侧短臂206之间。

如图5所示，为微带天线频率与电压驻波比之间的曲线图，由图5可以看出，与典型的F形微带天线相比，本实用新型加载寄生贴片的F形微带天线的工作带宽均从8GHz～10GHz扩展到8GHz～12GHz，并且在工作带宽处于8GHz～12GHz时，全频电压驻波比小于2，微带天线的性能优异。

如图6所示，为微带天线频率与增益之间的曲线图，与典型的F形微带天线相比，加载寄生贴片的F形微带天线的阻抗匹配有所改善，由图6可以看出，随着工作频率的提高，加载寄生贴片的F形微带天线的增益均逐渐升高，在工作带宽为12GHz时，加载寄生贴片的F形微带天线的增益约为7.5dB，比典型的F形微带天线增加了5.5dB,加载寄生贴片和矩形超材料贴片的F形微带天线的增益约为9.3dB，比典型的F形微带天线增加了7.2dB。

图7、图9、图11分别为微带天线在工作带宽为8GHz、10GHz、12GHz时xy平面的辐射方向对比图，图8、图10、图12分别为微带天线在工作带宽为8GHz、10GHz、12GHz时yz平面的辐射方向对比图，由图7-图12可知，与典型的F形微带天线相比，加载寄生贴片和矩形超材料贴片的F形微带天线的定向性良好，适合用于探测和侦察，特别是在工作带宽为12GHz时较为明显，后向辐射很小，基本改为前向辐射，且增益较高。

在一个实施例中，介质板100的长度L为17.6毫米，宽度W为14.2毫米，厚H为0.9毫米；第一矩形主臂202的长度L1为9.89毫米，宽度W1为1.6毫米；第一矩形侧长臂204和第二矩形侧长臂404的长度L2均为5.51毫米，宽度W2均为1.6毫米；矩形侧短臂206的长度L3为0.92毫米，宽度W3为1.6毫米，矩形侧短臂206与介质板100的底端之间的距离L4为4.3毫米；梯形微带巴伦302的顶端的宽度W4为1.6毫米，底端的宽度W5为8.55毫米，高度H1为3.8毫米；第二矩形主臂402的宽度W4为1.6毫米，长度L5为6.09毫米；寄生贴片的长度L6均为7.55毫米，宽度均为0.455毫米，所述寄生贴片与介质板100的底端之间的距离L7为0.93毫米。

在一个实施例中，第一组超材料贴片602包括4行6列矩形超材料贴片606，且第一组超材料贴片602与相邻介质板边缘之间距离D1、D2均为0.19毫米，矩形超材料贴片606的长度L8为0.95毫米，宽度W6为0.285毫米，第一组超材料贴片602中相邻矩形超材料贴片606之间的距离D3为0.095毫米。

在一个实施例中，所述矩形超材料贴片606至少为金超材料贴片、银超材料贴片、铝超材料贴片、铜超材料贴片中的一种。

在一个实施例中，所述寄生贴片至少为金寄生贴片、银寄生贴片、铝寄生贴片、铜寄生贴片中的一种。

在一个实施例中，微带天线包括超宽带通信微带天线、共形微带天线。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种微带天线,其特征在于，所述微带天线包括：

介质板；

F形贴片，所述F形贴片包括第一矩形主臂、第一矩形侧长臂、矩形侧短臂，所述F形贴片位于所述介质板的第一表面，所述第一矩形主臂位于所述介质板的中轴线上；

梯形微带巴伦，所述梯形微带巴伦位于所述介质板的第二表面，且所述梯形微带巴伦位于所述介质板的中轴线上；

其中，所述第二表面为所述第一表面的相对面。

2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述第一寄生贴片、所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片、所述第七寄生贴片均被宽度为预设数值的间隙分为两部分，所述间隙垂直于所述介质板的中轴线。

3.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述第一寄生贴片、所述第三寄生贴片、所述第五寄生贴片、所述第七寄生贴片均被所述间隙分为大小相同的两部分。

4.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述预设数值大于等于0.095毫米且小于等于0.25毫米。

5.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微带天线还包括位于所述矩形侧短臂与所述介质板的底端之间、且关于所述第一矩形主臂呈轴对称的第一组超材料贴片和第二组超材料贴片；

6.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述第一矩形主臂的底端、所述梯形微带巴伦的下底边均与所述介质板的底端对齐，所述矩形侧短臂位于所述第一矩形主臂的底端与所述第一矩形侧长臂之间；

7.根据权利要求6所述的微带天线，其特征在于，所述介质板的长度为17.6毫米，宽度为14.2毫米，厚度为0.9毫米；所述第一矩形主臂的长度为9.89毫米，宽度为1.6毫米；所述第一矩形侧长臂和所述第二矩形侧长臂的长度均为5.51毫米，宽度均为1.6毫米；所述矩形侧短臂的长度为0.92毫米，宽度为1.6毫米，所述矩形侧短臂与所述介质板的底端之间的距离为4.3毫米；所述梯形微带巴伦的顶端的宽度为1.6毫米，底端的宽度为8.55毫米，高度为3.8毫米；所述第二矩形主臂的宽度为1.6毫米，长度为6.09毫米；所述寄生贴片的长度为7.55毫米，宽度为0.455毫米，所述寄生贴片与所述介质板的底端之间的距离为0.93毫米。

8.根据权利要求5所述的微带天线，其特征在于，所述第一组超材料贴片与相邻介质板边缘之间距离均为0.19毫米，所述矩形超材料贴片的长度为0.95毫米，宽度为0.285毫米，第一组超材料贴片中相邻矩形超材料贴片之间的距离为0.095毫米。

9.根据权利要求5所述的微带天线，其特征在于，所述矩形超材料贴片至少为金超材料贴片、银超材料贴片、铝超材料贴片、铜超材料贴片中的一种。

10.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述寄生贴片至少为金寄生贴片、银寄生贴片、铝寄生贴片、铜寄生贴片中的一种。