CN219350668U - 微带天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种微带天线及电子设备，其中，上述微带天线中，通过从上到下依次设置辐射贴片和环形耦合器，以将辐射贴片和环形耦合器设置为上下分布，形成多层结构，同时，辐射贴片上设置有多个馈电点，环形耦合器包括多个第一连接端，多个第一连接端与多个馈电点一一对应连接。相比于现有技术，本申请将环形耦合器和辐射贴片的馈电点分布在不同平面，使得天线结构更为紧凑，减小了天线的尺寸。

Description

微带天线及电子设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，具体涉及一种微带天线及电子设备。

背景技术

随着信息时代的不断变革，无线通信技术日新月异，单纯的线极化天线很难满足通信要求。圆极化天线具有可接收任意极化方式的来波，且其辐射波也可被任意极化方式的天线收到，具有抑制天气干扰和抗多径反射等优点。由于圆极化天线在现代通信中的优越性能，受到人们越来越多的关注随着信息时代的不断变革。

传统的微带天线要实现圆极化，单馈电形式的大多采用在辐射贴片上切角的形式，这种结构的圆极化微带天线只有一个旋向，例如左旋或右旋。双馈电形式实现双圆极化大多将贴片天线与耦合器连接在一个平面上，耦合器例如双分支线耦合器或正交混合耦合器。但这样会使天线整体尺寸过大，不利于天线的小型化，增加了天线成本。

实用新型内容

本申请实施例公开了一种微带天线及电子设备，以实现单一天线可以收发左旋圆极化波及右旋圆极化波，可减小天线的尺寸，有利于天线的小型化。

第一方面，本申请提供一种微带天线，所述微带天线包括从上到下依次设置的辐射贴片和环形耦合器，所述辐射贴片上设置有多个馈电点，所述环形耦合器包括多个第一连接端，所述多个第一连接端与所述多个馈电点一一对应连接，所述多个第一连接端的位置不重合。

其中一种实施方式中，所述环形耦合器还包括多个第二连接端，所述多个第二连接端和所述多个第一连接端中任意两个连接端之间的传输距离相等。

其中一种实施方式中，所述多个第一连接端均位于所述环形耦合器的内侧。

其中一种实施方式中，所述微带天线还包括接地板，所述接地板位于所述辐射贴片和所述环形耦合器之间。

其中一种实施方式中，所述接地板上设置有多个金属通孔，所述多个金属通孔的位置分别与所述多个第一连接端一一对应。

其中一种实施方式中，所述多个第一连接端分别通过探针与所述多个馈电点一一对应连接。

其中一种实施方式中，所述接地板与所述环形耦合器之间的间隙为0.8-1.2毫米，所述辐射贴片与所述接地板之间的间隙为1.8-2.2毫米。

其中一种实施方式中，所述多个第一连接端包括直通端和耦合端，第二连接端包括输入端和隔离端。

其中一种实施方式中，所述辐射贴片为矩形。

第二方面，本申请提供一种电子设备，所述电子设备包括上述微带天线。

上述微带天线及电子设备中，通过从上到下依次设置辐射贴片和环形耦合器，以将辐射贴片和环形耦合器设置为上下分布，形成多层结构，同时，辐射贴片上设置有多个馈电点，环形耦合器包括多个第一连接端，多个第一连接端与多个馈电点一一对应连接。相比于现有技术，本申请将环形耦合器和辐射贴片的馈电点分布在不同平面，使得微带天线在能够实现双圆极化的基础上整体结构更为紧凑，减小了天线的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种微带天线的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种辐射贴片的馈电点的位置示意图；

图3为本申请实施例提供的一种环形耦合器的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种微带天线的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种微带天线的轴比随辐射场立体角的角度变化的曲线示意图；

图6为本申请实施例提供的一种微带天线的轴比随频率变化的曲线示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

一般而言，在电子设备中可以通过设置具有双极化辐射特性的天线提升通信性能。可以理解的是，与单极化天线相比，双极化天线可以利用双极化特性同时传输两路信号，因此有助于减少天线数量，降低成本。同时，也能够达到提高分集增益的效果。为了使得天线具备双极化辐射特性，需要在多端口馈电时，在天线上激励起具有相位差的电流，因此能够实现同时进行两路信号的传输。由此实现通过双极化辐射提升通信性能。但现有技术中，在实现双极化天线时，大多将贴片天线与耦合器连接在一个平面上，耦合器例如采用双分支线耦合器或正交混合耦合器。但这样会使天线整体尺寸过大，不利于天线的小型化，增加天线成本。

图1为本申请实施例提供的一种微带天线的结构示意图，如图1所示，该微带天线可以包括从上到下依次设置的辐射贴片10和环形耦合器20，辐射贴片10上设置有多个馈电点110，环形耦合器20包括多个第一连接端210，多个第一连接端210与多个馈电点110一一对应连接，多个第一连接端210的位置不重合。

在实施过程中，环形耦合器20在接收到射频信号后，将该射频信号经多个第一连接端210传输至辐射贴片10，且多个第一连接端210的位置不重合，故环形耦合器20在接收到射频信号后，因射频信号在经环形耦合器20的输入端输入后，可在环形耦合器20的顺时针或逆时针方向上进行传输，故传输至某个第一连接端210的射频信号因传输方向的不同而导致存在相位差，从而形成等功率且存在相位差的两个辐射信号，故辐射贴片10在向外界辐射时就会产生等功率且存在相位差的两个辐射信号叠加后的辐射信号。

可选地，上述多个第一连接端210与多个馈电点110之间可以通过探针连接。例如，在环形耦合器20的每个第一连接端210上均设置有金属化通孔，使得环形耦合器20的上下两金属表面电位相等，大大改善微带天线的驻波性能；在每个馈电点110上设置有金属凹槽。在利用探针将多个第一连接端210与多个馈电点110之间一一对应连接时，探针穿过某一第一连接端210的金属化通孔与对应的馈电点110上的金属凹槽接触，以实现多个第一连接端210与多个馈电点110之间的一一对应连接。

辐射贴片10一般由三部分组成：介质基片、接地板和导体贴片。导体贴片是具有特定形状的一块金属面，是印刷在介质基片表面的，介质基片上层的导体贴片的形状是比较规则的，常见的导体贴片是矩形或者圆形。导体贴片的尺寸大小决定了天线的工作频率，介质基片的厚度、介质基片的相对介电常数、损耗角正切以及基片的长度和宽度也会影响天线的性能和参数。这类微带天线的最大辐射方向一般在+Z轴方向，即垂直于介质基片的方向上。

可选地，上述辐射贴片10上的多个馈电点110的位置可以位于辐射贴片10的对角线的位置，当多个馈电点110位于对角线上时在有射频信号输入至辐射贴片10时可以激发辐射贴片10的两个辐射模式TM01和TM10，在两个辐射模式下辐射贴片10的辐射电场相互垂直。其中，辐射贴片10的两个辐射模式TM01和TM10的具体工作模式采用常用技术手段，此处不做赘述。

可选地，上述辐射贴片10可以为矩形。一些实施例中，辐射贴片10的长度和宽度可以相等，这样在激发TM01和TM10两个辐射模式时的信号频率相同，强度相等，且两个电场相位差为零。另一些实施例中，辐射贴片10的长度和宽度也可以不相等，即辐射贴片10的长度为L1，宽度为W1，且L1>W1，若辐射贴片10的谐振长度为Lc，则微带天线在工作时，辐射贴片10的长度可等效于一个容抗Y1＝G-jB，辐射贴片10的宽度可等效于一个感抗，Y2＝G+jB，只要调整L1和W1的值，使得每一组的电抗分量等于阻抗的实数部分，即B＝G，则容抗和感抗的大小相等，相位分别为-45度和+45度，这样就满足了圆极化的条件，从而构成了圆极化的微带天线。其极化旋向取决于射频信号经某一第一连接端210接入的馈电点110的位置，例如，当射频信号输入的馈电点110在如图2的A点时，产生右旋圆极化；当射频信号输入的馈电点110在图2的B点时，产生左旋圆极化波。

可选地，在计算辐射贴片10的具体尺寸时，可以通过以下方式：

馈电点110取辐射贴片10的对角线上的位置，相位分别为-45度和+45度，即两馈电点110相位差90°。对于工作频率为f的矩形贴片天线，其贴片宽度W的计算公式为：

式中，c是光速，ε_r＝4.4是相对介电常数。

理想情况下，辐射贴片10的长度一般取为λ_e/2，这里λ_e是介质内的导波波长，即：

式中，ε_e是有效介电常数，计算公式是：

式中，h为辐射贴片10所属的介质基片的厚度。而实际设计中由于会有边缘缩短效应，所以实际的辐射贴片10的长度L为：

式中，ΔL为等效辐射缝隙长度，计算公式为：

可选地，上述馈电点110的位置可以通过以下方式确定：

其中d为馈电点110在辐射贴片10的对角线上的位置。式中，

可选地，上述多个第一连接端210可以均位于环形耦合器20的内侧，从而实现与辐射贴片10的对角线上的馈电点110的直接连接。将多个第一连接端210设于环形耦合器20的内侧可以极大减小环形耦合器20的结构尺寸。

可选地，上述环形耦合器20具有的多个第一连接端210并联在环形耦合器20上，将环形耦合器20分为多段，每段的长度根据射频信号在环形耦合器20内部的传输距离确定，例如，环形耦合器20的某一段的长度为四分之一的圆周，则射频信号在该段上的波长为四分之一λg，其中，λg为整个环形耦合器20的波长。

可选地，上述环形耦合器20还可以包括多个第二连接端220，多个第二连接端220和多个第一连接端210中任意两个连接端之间的传输距离相等。多个第二连接端220用于接收传输至环形耦合器20的射频信号。一些实施例中，多个第一连接端210包括直通端和耦合端，多个第二连接端220包括输入端和隔离端。

示例性地，如图3所示，当环形耦合器20的多个第一连接端210为直通端211和耦合端212，多个第二连接端220为输入端221和隔离端222时，输入端221、直通端211、耦合端212和隔离端222之间任意相邻连接端之间的传输距离均为四分之一的环形耦合器20的圆周。则环形耦合器20在传输射频信号时，当输入端221有射频信号输入时，射频信号进入隔离端222的传输路径有两条，第一条传输路径为输入端221→直通端211→耦合端212→隔离端222，传输距离为四分之三个波长，第二条传输路径为输入端221→隔离端222，传输距离为四分之一个波长，这两条传输路径传入的射频信号的幅度是相同的，叠加后在隔离端222输出，隔离端222的射频信号的相位与输入端221的相位之间相差90°；射频信号进入直通端211的传输路径也有两条，第一条传输路径为输入端221→直通端211，传输距离为四分之一个波长，第二条传输路径为输入端221→隔离端222→耦合端212→直通端211，传输距离为四分之三个波长，这两条传输路径传入的射频信号的幅度是相同的，叠加后在直通端211输出，直通端211的射频信号的相位与输入端221的相位之间相差90°；射频信号进入耦合端212也有两条传输路径，第一条传输路径为输入端221→直通端211→耦合端212，传输距离为二分之一个波长，第二条传输路径为输入端221→隔离端222→耦合端212，传输距离也为二分之一个波长，这两条路径传入的射频信号的幅度是相同的，叠加后在耦合端212输出，耦合端212的射频信号的相位与输入端221的相位之间相差180°。

可选地，上述输入端221和直通端211之间、隔离端222和耦合端212之间均以微带线连接，微带线的阻抗根据微带天线的输入阻抗确定，例如，若输入阻抗为Z₀＝50Ω时，则输入端221和直通端211之间、隔离端222和耦合端212之间的微带线的阻抗为Z₀/√2＝35.4Ω，输入端221和隔离段、直通端211和耦合端212之间微带线的阻抗值为输入阻抗Z₀。

上述微带天线中，通过从上到下依次设置辐射贴片10和环形耦合器20，以将辐射贴片10和环形耦合器20设置为上下分布，形成多层结构，同时，辐射贴片10上设置有多个馈电点110，环形耦合器20包括多个第一连接端210，多个第一连接端210与多个馈电点110一一对应连接。相比于现有技术，本申请将环形耦合器20和辐射贴片10的馈电点110分布在不同平面，使得天线结构更为紧凑，减小了天线的尺寸。

图4为本申请实施例提供的一种微带天线的结构示意图，如图4所示，基于图1所示的结构，上述微带天线还可以包括接地板30，接地板30位于辐射贴片10和环形耦合器20之间。

可选地，上述接地板30上设置有多个金属通孔，多个金属通孔的位置与多个第一连接端210一一对应。从而使得在辐射贴片10和环形耦合器20通过探针连接时可以穿过接地板30上的多个金属通孔实现对应连接。例如，在环形耦合器20的每个第一连接端210上均设置有金属化通孔，在接地板30上设置有多个金属通孔，在每个馈电点110上设置有金属凹槽。在利用探针将多个第一连接端210与多个馈电点110之间一一对应连接时，探针穿过某一第一连接端210的金属化通孔以及接地板30的金属通孔后，即可与对应的馈电点110上的金属凹槽接触，以实现多个第一连接端210与多个馈电点110之间的一一对应连接。

可选地，上述接地板30与环形耦合器20之间的间隙可以为0.8-1.2毫米，辐射贴片10与接地板30之间的间隙可以为1.8-2.2毫米，接地板30与环形耦合器20之间的间隙以及辐射贴片10与接地板30之间的间隙可以用于放置第一连接端210与馈电点110之间的连接带，并且辐射贴片10与接地板30之间的间隙大于接地板30与环形耦合器20之间的间隙可以更大程度上屏蔽辐射贴片10的第一连接端210处的馈电结构所产生的辐射，以使馈电结构不会影响天线的偏振纯度。

优选地，上述接地板30与环形耦合器20之间的间隙为1毫米，辐射贴片10与接地板30之间的间隙为2毫米。

上述微带天线中，通过在辐射贴片10和环形耦合器20之间设置接地板30，可以使得辐射贴片10中的馈线以及环形耦合器20中的馈线被接地板30所屏蔽，整体馈电结构不会影响微带天线的偏振纯度。

图5为本申请实施例提供的一种微带天线的轴比随辐射场立体角的角度变化的轴比曲线，如图5所示，微带天线在接收到辐射信号以激励环形耦合器的输入端时，会发射等功率且相位差为90°的辐射信号到环形耦合器的直通端或耦合端，以使环形耦合器的直通端或耦合端传输辐射信号到辐射贴片的馈电点处，从而使辐射贴片辐射出左旋圆极化波或右旋圆极化波，具体的波形根据辐射贴片的馈电点位置确定。此时，辐射信号在118°立体角处有最大轴比点，并且在-117°也有极大轴比点，两者的绝对值大致相等，满足圆极化的要求，故工作在微带天线中的辐射信号具有较小的轴比，可以满足用户对于天线的日常需求。

图6为本申请实施例提供的一种微带天线的轴比随频率变化的轴比曲线，如图6所示，以微带天线的辐射贴片的长度为27.78mm，辐射贴片的宽度为6.2mm为例，在对微带天线形成的辐射信号的主瓣方向上，即辐射信号的立体角theta＝0且平面方位角phi＝0时，微带天线的中心频率在2.45GHz频率处，2.45GHz的中心频率可以使微带天线工作在作为蓝牙通讯领域的信号收发设备中进行信号辐射。

图7为本申请实施例公开的一种电子设备的结构示意图。如图7所示，该电子设备可以包括本申请实施例公开的任一种微带天线。

在本实用新型实施例的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

需要理解的是，本文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

另外，在本说明书各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种微带天线，其特征在于，所述微带天线包括从上到下依次设置的辐射贴片和环形耦合器，所述辐射贴片上设置有多个馈电点，所述环形耦合器包括多个第一连接端，所述多个第一连接端与所述多个馈电点一一对应连接，所述多个第一连接端的位置不重合。

2.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述环形耦合器还包括多个第二连接端，所述多个第二连接端和所述多个第一连接端中任意两个连接端之间的传输距离相等。

3.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述多个第一连接端均位于所述环形耦合器的内侧。

4.如权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微带天线还包括接地板，所述接地板位于所述辐射贴片和所述环形耦合器之间。

5.如权利要求4所述的微带天线，其特征在于，所述接地板上设置有多个金属通孔，所述多个金属通孔的位置分别与所述多个第一连接端一一对应。

6.如权利要求5所述的微带天线，其特征在于，所述多个第一连接端分别通过探针与所述多个馈电点一一对应连接。

7.如权利要求4所述的微带天线，其特征在于，所述接地板与所述环形耦合器之间的间隙为0.8-1.2毫米，所述辐射贴片与所述接地板之间的间隙为1.8-2.2毫米。

8.如权利要求2所述的微带天线，其特征在于，所述多个第一连接端包括直通端和耦合端，第二连接端包括输入端和隔离端。

9.如权利要求1-8任一所述的微带天线，其特征在于，所述辐射贴片为矩形。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任一所述的微带天线。

Images