一種寬帶平面天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及天線設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種寬帶平面天線。一種寬帶平面天線，所述寬帶平面天線包括：介質(zhì)基板、金屬接地板、微帶饋線、同軸連接器和N個(gè)輻射單元，其中N大于等于5；所述N個(gè)輻射單元和微帶饋線印刷在介質(zhì)基板的上表面，且第1輻射單元至第N輻射單元按照對(duì)數(shù)周期的方式依次相互錯(cuò)位地排列在微帶饋線的兩側(cè)，所述N個(gè)輻射單元的尺寸按照一定的比例因子增加，每個(gè)輻射單元與微帶饋線之間設(shè)置有第一縫隙；所述金屬接地板印刷在介質(zhì)基板的下表面；所述同軸連接器的外導(dǎo)體與所述金屬接地板相連，所述同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體與所述微帶饋線相連。本發(fā)明提供的寬帶平面天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，實(shí)現(xiàn)了具有相對(duì)帶寬在66.7％以上的寬帶天線。
【專利說明】一種寬帶平面天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種寬帶平面天線。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無線通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，對(duì)寬帶通信設(shè)備的需求日益增加，特別是在超寬帶通信、測(cè)向等領(lǐng)域。這無疑也增加了對(duì)寬帶天線的需求，因此寬帶天線的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003]在零階諧振天線的設(shè)計(jì)方面，由于零階諧振天線具有無限大的波長(zhǎng)，并且其諧振頻率與物理長(zhǎng)度無關(guān)，這種特性使得零階諧振天線的尺寸與傳統(tǒng)半波長(zhǎng)天線相比大大減小了，非常易于實(shí)現(xiàn)天線的小型化設(shè)計(jì)，但零階諧振天線的缺點(diǎn)是工作帶寬很窄。目前，已經(jīng)提出了許多方法用于解決零階諧振天線的帶寬問題，但是仍然難以實(shí)現(xiàn)相對(duì)帶寬在66.7%以上的寬帶天線。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶平面天線，實(shí)現(xiàn)了具有相對(duì)帶寬在66.7%以上的寬帶天線。
[0005]本發(fā)明公開了一種寬帶平面天線，所述寬帶平面天線包括:介質(zhì)基板、金屬接地板、微帶饋線、同軸連接器和N個(gè)輻射單元，其中N大于等于5 ；
[0006]所述N個(gè)輻射單元和微帶饋線印刷在介質(zhì)基板的上表面，且第I輻射單元至第N輻射單元按照對(duì)數(shù)周期的方式依次相互錯(cuò)位地排列在微帶饋線的兩側(cè)，所述N個(gè)輻射單元的尺寸按照一定的比例因子增加，每個(gè)輻射單元與微帶饋線之間設(shè)置有第一縫隙；
[0007]所述金屬接地板印刷在介質(zhì)基板的下表面，具有與介質(zhì)基板相同的面積；
[0008]所述同軸連接器的外導(dǎo)體與所述金屬接地板相連，所述同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體穿過所述介質(zhì)基板與所述微帶饋線相連。
[0009]可選的，所述微帶饋線由第一微帶線、阻抗變換段和第二微帶線構(gòu)成，且第一微帶線通過阻抗變換段與第二微帶線相連；
[0010]所述N個(gè)輻射單元依次以相互錯(cuò)位的方式分布于所述微帶饋線中的第二微帶線的兩側(cè)；
[0011]所述同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體穿過所述介質(zhì)基板與所述微帶饋線中的第一微帶線相連。
[0012]可選的，每個(gè)輻射單元包括兩個(gè)矩形貼片，其中:所述兩個(gè)矩形貼片的形狀和大小相同，且所述兩個(gè)矩形貼片之間設(shè)置有第二縫隙，在每個(gè)矩形貼片上對(duì)稱設(shè)置有穿過所述介質(zhì)基板與所述金屬接地板相連的金屬通孔。
[0013]可選的，在每個(gè)輻射單元中，所述第二縫隙構(gòu)成串聯(lián)電容，兩個(gè)矩形貼片上的金屬通孔之間構(gòu)成并聯(lián)電感，所述兩個(gè)矩形貼片與所述金屬接地板之間構(gòu)成并聯(lián)電容，每個(gè)矩形貼片自身構(gòu)成串聯(lián)電感。
[0014]可選的，所述N個(gè)輻射單元中，從第I輻射單元至第N輻射單元的尺寸比例因子為1.1;
[0015]每個(gè)輻射單元的尺寸包括:矩形貼片的長(zhǎng)度和寬度、金屬通孔的底面直徑和第二縫隙的寬度。
[0016]可選的，所述第I輻射單元中的矩形貼片的長(zhǎng)度等于寬帶平面天線的最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的二分之一；
[0017]所述第I輻射單元中的矩形貼片的寬度等于寬帶平面天線的最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的三分之一。
[0018]可選的，所述寬帶平面天線包括5個(gè)輻射單元；
[0019]所述第一微帶線的寬度為7.8mm，且特性阻抗為50歐姆；
[0020]所述第二微帶線的寬度為1.9mm，且特性阻抗為100歐姆；
[0021]所述寬帶平面天線的最高工作頻率為8.3GHz。
[0022]可選的，所述第一縫隙的寬度為0.17mm ；
[0023]所述第I輻射單元的第二縫隙寬度為0.21mm ；
[0024]所述第I輻射單元中的金屬通孔的底面直徑為0.6mm。
[0025]可選的，所述同軸連接器為SMA同軸連接器，所述SMA同軸連接器的特性阻抗為50歐姆。
[0026]可選的，所述介質(zhì)基板的材質(zhì)為鐵氟龍，介電常數(shù)為2.65 ；
[0027]所述介質(zhì)基板長(zhǎng)度為115mm,寬度為75mm,厚度為3mm。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果為:
[0029]本發(fā)明提供的一種寬帶平面天線，將至少5個(gè)輻射單元和微帶饋線印刷在介質(zhì)基板的上表面，通過將輻射單元的尺寸按一定的比例因子變化，并以對(duì)數(shù)周期方式排列在微帶饋線的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)頻率電磁波的輻射，同時(shí)寬帶平面天線采用同軸連接器饋電，金屬接地板印刷在介質(zhì)基板的下表面，實(shí)現(xiàn)定向輻射，從而實(shí)現(xiàn)了具有相對(duì)帶寬在66.7%以上的寬帶天線。本發(fā)明提供的寬帶平面天線，與直接采用矩形貼片的平面天線相比，寬帶平面天線的阻抗帶寬得到了很大擴(kuò)展，輻射增益有了明顯提高，且具有高增益、定向輻射的特性，通過改變輻射單元的尺寸，從而改變天線的工作頻段。本發(fā)明提供的寬帶平面天線，通過印刷介質(zhì)基板上，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，且加工成本低，還可以通過直接印刷在電路板的介質(zhì)基板上，可以實(shí)現(xiàn)在多種載體上安裝使用，且不會(huì)對(duì)載體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的主視圖；
[0031]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的后視圖；
[0032]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的左視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0034]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的主視圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施例的后視圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施例的左視圖，如圖1-3所示，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種寬帶平面天線，包括:介質(zhì)基板11、金屬接地板12、微帶饋線、同軸連接器14和5個(gè)輻射單元。
[0035]寬帶平面天線的5個(gè)輻射單元和微帶饋線印刷在介質(zhì)基板的上表面，且第I輻射單元至第5輻射單元按照對(duì)數(shù)周期的方式依次相互錯(cuò)位地排列在微帶饋線的兩側(cè)，具體的分布方式為:第η射單元與第η+1輻射單元以相互錯(cuò)位的方式分布于微帶饋線的兩側(cè)，第η輻射單元的位置低于第η+1輻射單元的位置，η的取值范圍為:1<η<4。5個(gè)輻射單元的尺寸，按照一定的比例因子依次增加。
[0036]金屬接地板12印刷在介質(zhì)基板11的下表面，具有與介質(zhì)基板11相同的面積，用來實(shí)現(xiàn)寬帶平面天線的定向輻射。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例將寬帶平面天線的5個(gè)輻射單元、微帶饋線和金屬接地板12印刷在介質(zhì)基板上，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，且加工成本低。本發(fā)明實(shí)施例的寬帶平面天線還可以通過直接印刷在電路板的介質(zhì)基板上，可以實(shí)現(xiàn)在多種載體上安裝使用，且不會(huì)對(duì)載體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
[0038]同軸連接器14的外導(dǎo)體與金屬接地板12通過焊接的方式相連，同軸連接器14的內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基板11與微帶饋線通過焊接的方式相連；每個(gè)輻射單元與微帶饋線之間設(shè)置有第一縫隙16 ;寬帶平面天線通過同軸連接器實(shí)現(xiàn)饋電，并通過第一縫隙16將電流耦合到每個(gè)輻射單元上，進(jìn)而輻射電磁波。
[0039]微帶饋線由第一微帶線131、阻抗變換段132和第二微帶線133構(gòu)成，第一微帶線、阻抗變換段和第二微帶線為一體式結(jié)構(gòu)；第一微帶線131通過阻抗變換段132與第二微帶線133相連。本發(fā)明實(shí)施例中的微帶饋線具有阻抗?jié)u變功能，通過設(shè)置阻抗變換段132實(shí)現(xiàn)天線的阻抗匹配。5個(gè)輻射單元依次以相互錯(cuò)位的方式分布于微帶饋線中的第二微帶線133的兩側(cè)；同軸連接器14的內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基板11與微帶饋線中的第一微帶線131通過焊接的方式相連。
[0040]每個(gè)輻射單元包括兩個(gè)矩形貼片151，其中:兩個(gè)矩形貼片151的形狀和大小相同，且兩個(gè)矩形貼片151之間設(shè)置有第二縫隙152，在每個(gè)矩形貼片上對(duì)稱設(shè)置有穿過介質(zhì)基板11與金屬接地板12相連的金屬通孔153。對(duì)稱設(shè)置金屬通孔153，即將金屬通孔153設(shè)置在每個(gè)矩形貼片151的相同位置；金屬通孔153為空心的金屬圓柱體。本發(fā)明實(shí)施例中第二縫隙152是為了達(dá)到擴(kuò)展阻抗匹配帶寬的特性，金屬通孔153是為了改進(jìn)天線的阻抗匹配帶寬。
[0041]在每個(gè)輻射單元中，第二縫隙152構(gòu)成串聯(lián)電容，兩個(gè)矩形貼片151上的金屬通孔153之間構(gòu)成并聯(lián)電感，兩個(gè)矩形貼片151與金屬接地板12之間構(gòu)成并聯(lián)電容，每個(gè)矩形貼片151自身構(gòu)成串聯(lián)電感，從而每個(gè)輻射單元構(gòu)成蘑菇狀的復(fù)合左右手傳輸線。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例中的5個(gè)輻射單元中，從第I輻射單元至第N輻射單元的尺寸比例因子為1.1，即5個(gè)輻射單元中，第η+1輻射單元的尺寸與第η輻射單元的尺寸的比值為1.Ln的取值范圍為:1 < η < 4。每個(gè)輻射單元的尺寸包括:矩形貼片151的長(zhǎng)度和寬度、金屬通孔153的底面直徑和第二縫隙152的寬度。5個(gè)輻射單元中，輻射單元間的尺寸比例因子的大小影響寬帶平面天線的帶寬和增益。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例中的寬帶平面天線的最高工作頻率為8.3GHz ;寬帶平面天線的相對(duì)帶寬為66.7% ;寬帶平面天線的最大增益在整個(gè)工作帶寬內(nèi)大于7.5dBi。介質(zhì)基板11的材質(zhì)為鐵氟龍，介電常數(shù)為2.65 ;介質(zhì)基板11長(zhǎng)度為115mm,寬度為75mm,厚度為3mm。同軸連接器14為SMA同軸連接器，SMA同軸連接器的特性阻抗為50歐姆。第一微帶線131的寬度為7.8mm,且特性阻抗為50歐姆；第二微帶線133的寬度為1.9mm,且特性阻抗為100歐姆；第一縫隙16的寬度為0.17_。第I輻射單元中的矩形貼片151的長(zhǎng)度等于寬帶平面天線的最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的二分之一；第I輻射單元中的矩形貼片151的寬度等于寬帶平面天線的最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的三分之一；第I輻射單元的第二縫隙寬度152為0.21_，第二縫隙152的寬度影響復(fù)合左右手傳輸線的串聯(lián)電容；第I輻射單元中的金屬通孔153的底面直徑為0.6mm,金屬通孔153大小影響復(fù)合左右手傳輸線的并聯(lián)電感。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例中輻射單元的個(gè)數(shù)還可以小于5個(gè)，以實(shí)現(xiàn)具有相對(duì)帶寬小于66.7%的寬帶天線。
[0045]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例公開的一種寬帶平面電線，實(shí)現(xiàn)了具有相對(duì)帶寬為66.7%的寬帶天線。本發(fā)明實(shí)施例公開的寬帶平面天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，通過采用蘑菇狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合左右手傳輸線來實(shí)現(xiàn)寬帶工作，與直接采用矩形貼片的平面天線相比，寬帶平面天線的阻抗帶寬得到了很大擴(kuò)展，輻射增益有了明顯提高，且具有高增益、定向輻射的特性，通過改變輻射單元的尺寸，從而改變天線的工作頻段。本發(fā)明提供的寬帶平面天線，可使用印刷電路板上，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，且加工成本低，通過直接印刷在電路板上，可以實(shí)現(xiàn)在多種載體上安裝使用，且不會(huì)對(duì)載體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶平面天線，其特征在于，所述寬帶平面天線包括:介質(zhì)基板、金屬接地板、微帶饋線、同軸連接器和N個(gè)輻射單元，其中N大于等于5 ； 所述N個(gè)輻射單元和微帶饋線印刷在介質(zhì)基板的上表面，且第I輻射單元至第N輻射單元按照對(duì)數(shù)周期的方式依次相互錯(cuò)位地排列在微帶饋線的兩側(cè)，所述N個(gè)輻射單元的尺寸按照一定的比例因子增加，每個(gè)輻射單元與微帶饋線之間設(shè)置有第一縫隙； 所述金屬接地板印刷在介質(zhì)基板的下表面，具有與介質(zhì)基板相同的面積； 所述同軸連接器的外導(dǎo)體與所述金屬接地板相連，所述同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體穿過所述介質(zhì)基板與所述微帶饋線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶平面天線，其特征在于，所述微帶饋線由第一微帶線、阻抗變換段和第二微帶線構(gòu)成；且第一微帶線通過阻抗變換段與第二微帶線相連； 所述N個(gè)輻射單元依次以相互錯(cuò)位的方式分布于所述微帶饋線中的第二微帶線的兩側(cè)； 所述同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體穿過所述介質(zhì)基板與所述微帶饋線中的第一微帶線相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶平面天線，其特征在于， 每個(gè)輻射單元包括兩個(gè)矩形貼片，其中:所述兩個(gè)矩形貼片的形狀和大小相同，且所述兩個(gè)矩形貼片之間設(shè)置有第二縫隙，在每個(gè)矩形貼片上對(duì)稱設(shè)置有穿過所述介質(zhì)基板與所述金屬接地板相連的金屬通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶平面天線，其特征在于，在每個(gè)輻射單元中，所述第二縫隙構(gòu)成串聯(lián)電容，兩個(gè)矩形貼片上的金屬通孔之間構(gòu)成并聯(lián)電感，所述兩個(gè)矩形貼片與所述金屬接地板之間構(gòu)成并聯(lián)電容，每個(gè)矩形貼片自身構(gòu)成串聯(lián)電感。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的寬帶平面天線，其特征在于，所述N個(gè)輻射單元中，從第I輻射單元至第N輻射單元的尺寸比例因子為1.1 ； 每個(gè)輻射單元的尺寸包括:矩形貼片的長(zhǎng)度和寬度、金屬通孔的底面直徑和第二縫隙的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶平面天線，其特征在于， 所述第I輻射單元中的矩形貼片的長(zhǎng)度等于寬帶平面天線的最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的二分之一； 所述第I輻射單元中的矩形貼片的寬度等于寬帶平面天線的最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的三分之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬帶平面天線，其特征在于，所述寬帶平面天線包括5個(gè)輻射單元； 所述第一微帶線的寬度為7.8mm，且特性阻抗為50歐姆； 所述第二微帶線的寬度為1.9mm，且特性阻抗為100歐姆； 所述寬帶平面天線的最高工作頻率為8.3GHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬帶平面天線，其特征在于，所述第一縫隙的寬度為0.17mm ； 所述第I輻射單元的第二縫隙寬度為0.21mm ； 所述第I輻射單元中的金屬通孔的底面直徑為0.6_。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的寬帶平面天線，其特征在于，所述同軸連接器為SMA同軸連接器，所述SMA同軸連接器的特性阻抗為50歐姆。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶平面天線，其特征在于， 所述介質(zhì)基板的材質(zhì)為鐵氟龍，介電常數(shù)為2.65 ； 所述介質(zhì)基板長(zhǎng)度為115mm,寬度為75mm,厚度為3mm。
【文檔編號(hào)】H01Q1/50GK104347941SQ201410577394
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】常雷, 張明芳 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所