一种微带贴片天线

1.本发明涉及电子与通信技术领域，特别是涉及一种微带贴片天线。


背景技术：

2.微带天线在移动通信、空间技术以及现代医疗等领域中广泛应用，因为这些领域中均要求天线具有小型化的尺寸，例如在移动通信领域中，小型化便携化的设备将使得应用更为方便；而在空间技术领域中，卫星发射成本与载荷的质量呈正比，因此降低天线的尺寸，减小天线重量，无疑可以降低发射成本。
3.虽然微带天线在结构及物理性能等方面具有许多优点，如剖面低、重量轻等优点，但是传统贴片天线尺寸一般为半波长量级，其尺寸限制了微带天线在小型化设备中的应用，存在一定的局限性。
4.现今常用的缩小微带天线尺寸的方法是加载金属短路柱或者短路壁，但是此种方法会显著降低天线效率，并且方向图可能出现畸变，同样存在一定的局限性。
5.如何在保持较高辐射效率的前提下，突破传统微带贴片天线的尺寸，使其贴片尺寸进一步缩减，是本领域内亟需解决的重要问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，即传统微带天线贴片尺寸一般为半波长量级，且其他优化尺寸的方法会降低天线效率，本发明提供一种微带贴片天线，实现在保持较高辐射效率的同时进一步缩小微带贴片天线电尺寸。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种微带贴片天线，包括：梳状贴片、介质基板、接地板与同轴线；
9.所述梳状贴片叠放至所述介质基板上；所述介质基板叠放在所述接地板上；所述接地板通过所述同轴线与所述梳状贴片连接；
10.所述梳状贴片包括若干呈周期性分布的蝶形单元结构；所述蝶形单元结构由矩形贴片的两条短边各切去一个等腰三角形形成，所述等腰三角形的底边的中点与所述矩形贴片的短边的中点重合；
11.所述同轴线、所述接地板及所述梳状贴片组成信号传输回路；所述同轴线向所述梳状贴片馈电，所述梳状贴片与所述接地板之间产生射频电磁场。
12.可选的，所述接地板的中央位置处开设有圆形凹槽。
13.可选的，所述同轴线，具体包括：外导体与内导体探针；
14.所述外导体与所述接地板连接；
15.所述内导体探针通过所述圆形凹槽，穿过所述介质基板与所述梳状贴片相连接，且所述内导体探针与所述圆形凹槽不接触，所述内导体探针用于向所述梳状贴片馈电。
16.可选的，所述蝶形单元结构为中心对称结构。
17.可选的，所述等腰三角形的高为w1，所述矩形贴片的长边为w，w1＜w/2。
18.可选的，所述接地板及所述梳状贴片的材料为银、铜和铝中任意一种金属。
19.可选的，所述接地板及所述梳状贴片的材料为银、铜和铝中任意几种金属的合金。
20.可选的，所述介质基板的相对介电常数εr设定为2.2，损耗角正切值tanδ设定为0.0009，厚度h设定为4mm。
21.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
22.本发明优化设计微带贴片天线中的梳状贴片，具体为设置若干呈周期性分布的蝶形单元结构，结构上缩小了微带贴片天线的电尺寸，相较于传统天线的矩形贴片，本发明微带贴片天线贴片电长度缩小了约24％；通过设置若干呈周期性分布的蝶形单元结构，改变其周期以实现对天线谐振频率的调控，使得天线谐振频率得到有效降低，同时还保持了良好的辐射特性，天线辐射效率高，方向图规整，实现了在保持较高辐射效率的同时缩小微带贴片天线的电尺寸。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例所提供的微带贴片天线结构图，左侧为俯视图，右侧为侧视图；
25.图2为本发明实施例所提供的微带贴片天线的蝶形单元结构结构图；
26.图3为本发明实施例所提供的微带贴片天线的梳状贴片结构图；
27.图4为本发明实施例所提供的微带贴片天线与传统微带贴片天线的反射系数曲线对比图；
28.图5为本发明实施例所提供的微带贴片天线的增益曲线图；
29.图6为本发明实施例所提供的微带贴片天线的效率曲线图；
30.图7为本发明实施例所提供的微带贴片天线的e面辐射方向图；
31.图8为本发明实施例所提供的微带贴片天线的h面辐射方向图。
32.符号说明：
33.蝶形单元结构-1，梳状贴片-2，介质基板-3，接地板-4，同轴线-5，外导体-51，内导体探针-52。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的目的是提供一种微带贴片天线，实现在保持较高辐射效率的同时缩小微带贴片天线的电尺寸。
36.电尺寸的定义为：实际尺寸除以工作波长。由于天线都涉及电磁波，其中均存在工
作波长，因此电尺寸相比实际尺寸更具价值。电尺寸缩小即意味着对于同样的物理尺寸，如果工作波长越长，则其电尺寸越短，或对于同样的工作波长，如果实际尺寸越小，则其电尺寸也越短，两种情况均属于电尺寸缩小。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.图1为本发明实施例所提供的微带贴片天线结构图；如图1所示，本发明公开了一种微带贴片天线，包括：梳状贴片2、介质基板3、接地板4与同轴线5；所述梳状贴片2叠放至所述介质基板3上；所述介质基板3叠放在所述接地板4上；所述接地板4通过所述同轴线5与所述梳状贴片2连接；所述同轴线5、所述接地板4及所述梳状贴片2组成信号传输回路；所述同轴线5向所述梳状贴片2馈电，所述梳状贴片2与所述接地板4之间产生射频电磁场。
39.所述梳状贴片2包括若干呈周期性分布的蝶形单元结构1。
40.所述梳状贴片2加载若干呈周期性分布的蝶形单元结构1后，梳状贴片2的形状类似一把梳子。
41.图2为本发明实施例所提供的微带贴片天线的蝶形单元结构结构图，如图2所示，所述蝶形单元结构1由矩形贴片的两条短边各切去一个等腰三角形形成，从而形成一种类似蝴蝶的结构，所述等腰三角形的底边的中点与所述矩形贴片的短边的中点重合。
42.所述蝶形单元结构1为中心对称结构，对称中心为蝶形单元结构1两条对角线的交点；所述蝶形单元结构1长为w，宽为p，等腰三角形的底边和高分别为l1和w1，满足p＝l1 2
×
l2，w＝w1 w2。
43.为保证蝶形单元结构是连通的，要求w1＜w/2，在工程上进一步规定w1《w/2-d/2-s，其中，d为同轴线5中内导体探针52的直径，s为保护距离，一般不小于1-2mm。
44.所述蝶形单元结构1左右对称，上下对称。
45.在本发明实施例中，梳状贴片2加载了六片蝶形单元结构1。
46.加载的蝶形单元结构1参数分别为：p＝5mm，w＝40mm，w1＝12mm，w2＝28mm，l1＝3mm和l2＝1mm；图3为本发明实施例所提供的微带贴片天线的梳状贴片结构图，如图3所示，梳状贴片2的整体尺寸为l＝6p＝30mm，w＝40mm；梳状贴片2的厚度为t＝0.035mm。
47.目前常用的解决微带天线小型化需求的方法有使用具有高介电常数的介质基板，而使用高介电常数基板通常加工困难，并且成本较高；因此本发明实施例所述介质基板3采用常规低介电常数介质基板rogers5880，相对介电常数εr为2.2，损耗角正切值tanδ为0.0009，横向尺寸g为60mm，厚度h为4mm；本发明采用低介电常数的介质基板制作微带贴片天线就能满足小型化需求，同时成本较低。
48.所述接地板4的中央位置处开设有圆形凹槽；所述接地板4的横向尺寸g为60mm，厚度t为0.035mm。
49.所述接地板4及所述梳状贴片2的材料为银、铜和铝中任意一种金属。
50.所述接地板4及所述梳状贴片2的材料为银、铜和铝中任意几种金属的合金。
51.本发明实施例中同轴线5特征阻抗为50欧姆，所述同轴线5具体包括：外导体51与内导体探针52；
52.所述外导体51与所述接地板4连接；所述内导体探针52通过所述圆形凹槽，穿过所述介质基板3与梳状贴片2相连接，且所述内导体探针52与所述圆形凹槽不接触，所述内导
体探针52用于向所述梳状贴片2馈电。
53.进一步地，可以通过改变蝶形单元结构1的周期以及内部尺寸，如w1，w2，l1或l2等，优化设计梳状贴片2，从而实现对天线的谐振频率的调控。
54.图4为本发明实施例所提供的微带贴片天线与传统微带贴片天线的反射系数曲线对比图，如图4所示，传统微带贴片天线的尺寸与本发明实施例完全相同，介质基板3材料和厚度也完全一致，唯一的区别在于传统微带贴片天线为矩形贴片，而本发明微带贴片天线为梳状贴片。
55.从图4可以看出：本发明实施例所提供的微带贴片天线谐振于在2306mhz(对应波长λ＝130.095mm)，而相同尺寸的传统矩形微带贴片天线的谐振频率为3040mhz(对应波长λ＝98.684mm)；因此，本发明实施例所提供的微带贴片天线相比于传统矩形微带贴片天线，谐振频率明显降低；考虑到两谐振频率的波长不等，这里将贴片物理长度30mm对各自的波长归一化，得到本发明实施例所提供的微带贴片天线的归一化贴片长度为0.2306λ，而传统天线的贴片长度为0.304λ，由此可见，本发明实施例所提供的微带贴片天线实现了小型化，相较于传统天线，本发明实施例所提供的微带贴片天线的梳状贴片的长度缩小了约24％。
56.本发明实施例所提供的微带贴片天线的-10db阻抗频率为2286mhz至2327mhz，绝对带宽为41mhz，相对带宽约为1.78％。
57.图5为本发明实施例所提供的微带贴片天线的增益曲线图，可以看出在本发明实施例所提供的微带贴片天线的谐振频率点2306mhz处，天线的增益为6.66dbi；而在本发明实施例所提供的微带贴片天线的-10db阻抗带宽2286mhz-2327mhz内，本发明实施例所提供的微带贴片天线的增益变化较小，且均在6.15dbi之上；综上，本发明实施例所提供的微带贴片天线增益水平较高，可以满足应用需求。
58.图6是本发明实施例所提供的微带贴片天线的效率曲线图，可以看出在谐振频率2306mhz处的天线效率为94.27％，同时在本发明实施例所提供的微带贴片天线的-10db阻抗带宽2286mhz-2327mhz内，本发明实施例所提供的微带贴片天线的天线效率不低于84％；综上，本发明实施例所提供的微带贴片天线尽管尺寸缩减，但仍然具有较高的效率，在应用中具有非常大的优越性。
59.图7为本发明实施例所提供的微带贴片天线的e面辐射方向图，图8为本发明实施例所提供的微带贴片天线的h面辐射方向图，其谐振频点均处于2306mhz，可以看出本发明实施例所提供的微带贴片天线方向图与传统天线类似，具有非常良好的远场辐射特性。
60.本发明实施例所提供的微带贴片天线为加载了六片蝶形单元结构1的微带贴片天线，在传统矩形贴片的基础上，加载若干呈周期性分布的蝶形单元结构，从而形成一种梳状贴片，通过设置若干呈周期性分布的蝶形单元结构，改变其周期以实现对天线谐振频率的调控，使得天线谐振频率得到有效降低，同时还保持了良好的辐射特性，天线辐射效率高，方向图规整；本发明实施例所提供的微带贴片天线的谐振频率远低于具有同等尺寸的传统天线；就电尺寸而言，与传统微带天线相比，本发明实施例所提供的微带贴片天线电尺寸缩小了大约24％，同时在-10db的工作带宽内具有不低于6.15dbi的天线增益，和不低于84％的天线辐射效率；本发明实施例所提供的微带贴片天线结构简单，效果明显，成本较低且具有良好的应用前景，实现了在保持较高辐射效率的同时缩小微带贴片天线的电尺寸。
61.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
62.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。