CN104300223B - 天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线，包括介质板和金属层组件，介质板包括第一表面和第二表面，金属层组件设置在介质板上，其中，金属层组件包括相互对称设置第一金属层和第二金属层，第一金属层设置在第一表面上，第一金属层包括馈电端子、第一微带线、第二微带线和第一微带片，馈电端子设置在位于第一表面的底边上，第一微带片设置在位于第一表面的第一侧边远离馈电端子的端部上，第一微带线和第二微带线呈圆弧状设置，第一微带线的第一端与馈电端子连接，第一微带线的第二端与第一微带片的顶部连接，第二微带线的第一端与馈电端子连接，第二微带线的第二端与第一微带片的底部连接。该天线实现较宽工作频带，阻抗带宽且带内回波损耗小，结构简单，设计方便。

Description

天线

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种用于无线通信领域的小型化天线。

背景技术

近年来，超宽带无线通信成为了全球关注的热点，得到了广泛地关注。超宽带无线通信技术凭借传输速率高，保密性好，抗干扰力强等特点迅速成为研究热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。超宽带无线电技术在无线通信、雷达、跟踪、精确定位、武器控制等众多领域都具有广阔的应用前景。传统的超宽带天线体积大、效率低、馈电复杂，难以保证宽频带范围内天线方向性和阻抗特性，以及难以维持天线轴比的恒定。在保证宽阻抗带宽和高发射功率的基础上，实现天线的小型化，成为超宽带天线设计面临的主要问题。

随着微波技术的发展，天线的小型化、智能化、宽频带成为需求趋势，并且要求天线制作方便，可批量生产。典型的超宽带天线包括对数周期天线、行波天线、喇叭天线等，这些天线都可以实现几个倍频程的工作带宽，但上述这些天线的缺点均是尺寸大，使得上述的天线均受限于应用场合。

发明内容

本发明的目的提供一种结构简单且工作频带宽的天线。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种天线，包括介质板和金属层组件，介质板包括第一表面以及与第一表面相对布置的第二表面，金属层组件设置在介质板上，其中，金属层组件包括第一金属层和第二金属层，第一金属层设置在第一表面上，第一金属层包括馈电端子、第一微带线、第二微带线和第一微带片，馈电端子设置在位于第一表面的底边上，第一微带片设置在位于第一表面的第一侧边远离馈电端子的端部上，第一微带线和第二微带线呈圆弧状设置，第一微带线的第一端与馈电端子连接，第一微带线的第二端与第一微带片的顶部连接，第二微带线的第一端与馈电端子连接，第二微带线的第二端与第一微带片的底部连接，第二金属层设置在第二表面上，第二金属层包括第二微带片、第三微带线、第四微带线和与第三微带片，第二微带片设置在第二表面的底边上，第三微带片设置在位于第二表面的第二侧边远离第二微带片的端部上，第三微带线和第四微带线呈圆弧状设置，第三微带线的第一端与第二微带片连接，第三微带线的第二端与第三微带片的顶部连接，第四微带线的第一端与第二微带片连接，第四微带线的第二端与第三微带片的底部连接。

由上述方案可见，通过在介质板的正面和背面上分别设置金属层，并通过金属层的结构实现更宽的工作频带，阻抗带宽且带内回波损耗小，同时利用这种渐变线设计超宽带天线，利用圆弧微带线拓展带宽，获得了较宽的阻抗带宽，结构简单，设计方便，以及在背面金属层导体馈电端接有矩形微带贴片，为天线提供了良好的阻抗匹配，使天线实现辐射效率高、脉冲失真小的特点，使得本发明提供的天线不仅体积小，重量轻，且驻波平坦度好。

更进一步的方案是，第三微带线与第一微带线的形状相同，第四微带线与第二微带线的形状相同，第三微带片和第一微带片的形状相同的。

由上可见，形状相同的微带线不仅可有效地减少模具的数量，使得该天线能够有效地控制成本，同时形状相同的微带线能够获得了更宽的阻抗带宽。

更进一步的方案是，馈电端子设置在位于第一表面的底边的中部上，第二微带片设置在第二表面的底边的中部上。

更进一步的方案是，第三微带片以馈电端子为对称轴与第一微带片对称设置，第三微带线以馈电端子为对称轴与第一微带线对称设置，第四微带线以馈电端子为对称轴与第二微带线对称设置。

由上可见，左右对称设置的微带片能够为天线提供了良好的阻抗匹配，使天线实现辐射效率高、脉冲失真小。

更进一步的方案是，介质板的长度为70毫米，介质板的宽度60毫米，介质板的厚度为1.6毫米。

更进一步的方案是，介质板由环氧玻璃纤维材料制作而成。

更进一步的方案是，第一微带片的长度为27毫米，第一微带片的宽度为11.5毫米。

更进一步的方案是，第二微带片的长度为40毫米，第二微带片的宽度为8毫米。

更进一步的方案是，第一微带线的外弧半径为87.4毫米至96.6毫米,第一微带线的内弧半径为85.5毫米至94.5毫米。

更进一步的方案是，第二微带线的外弧半径为35.15毫米至38.85毫米,第二微带线的内弧半径为32.3毫米至35.7毫米。

由上可见，通过对介质板、微带片和微带线形状尺寸的设置，使得本发明提供的天线在电磁仿真软件CST微波工作室进行设计仿真，所得实验结果表示在2.7-30GHz频带内，天线的回波损耗均小于-10dB，阻抗匹配良好。

附图说明

图1是本发明天线实施例的结构图。

图2是本发明天线实施例的在第一表面视角下的结构图。

图3是本发明天线实施例的在第二表面视角下的结构图。

图4是本发明天线实施例的在第一表面视角下的示意图。

图5是本发明天线实施例的回波损耗的变化曲线图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1，图1是由多个天线1排列组成的阵列天线的结构图。多个天线1沿着Z轴排列组成了阵列天线。参照图2，图2是沿Z轴的视角下的天线1的结构图，即介质板的第一表面的结构图。天线1包括介质板11和设置在介质板11上的金属层组件。介质板11为由环氧玻璃纤维材料制作而成矩形介质板，介质板11的长度L1为70毫米，介质板11的宽度L2为60毫米，介质板11的厚度为1.6毫米。

介质板11包括第一表面和第二表面，第一表面为朝向Z轴反方向的表面，第二表面为朝向Z轴正方向的表面。介质板11还包括第一侧边121和第二侧边122，第一侧边121为朝向Y轴反方向的侧边，第一侧边122为朝向Y轴正方向的侧边。

金属层组件包括第一金属层和第二金属层，第一金属层包括馈电端子21、第一微带线23、第二微带线24和第一微带片22，且馈电端子21、第一微带线23、第二微带线24和第一微带片22为一体成型的金属层。馈电端子21设置在位于第一表面的底边111上，且馈电端子21设置在底边111的中部上，馈电端子21的长度L3为10毫米，馈电端子21的宽度L4为3毫米。

第一微带片22设置在位于第一表面的第一侧边121上，且第一微带片22设置在远离馈电端子21的端部上，第一微带片22的长度L5为27毫米，第一微带片22的宽度L6为11.5毫米。

第一微带线23呈圆弧状设置，第一微带线23的第一端与馈电端子21连接，第一微带线23的第二端与第一微带片22的顶部连接，具体地，第一微带线23包括外弧和内弧，第一微带线23的外弧的半径R1为87.4毫米至96.6毫米，优选地，第一微带线23的外弧半径R1可取值92毫米。第一微带线23的内弧的半径R2为85.5毫米至94.5毫米，优选地，第一微带线23的内弧半径R2可取值90毫米。第一微带线23的外弧连接在馈电端子21左侧的顶点211与第一微带片22左侧的顶点221之间，第一微带线23的内弧与第一微带线23的外弧共圆心地设置。

第二微带线24呈圆弧状设置，第二微带线24的第一端与馈电端子21连接，第二微带线24的第二端与第一微带片22的底部连接，具体地，第二微带线24包括外弧和内弧，第二微带线24的外弧的半径R3为35.15毫米至38.85毫米，优选地，第二微带线24的外弧半径R3可取值37毫米。第二微带线24的内弧的半径R4为32.3毫米至35.7毫米，优选地，第二微带线24的内弧半径R4可取值34毫米。第二微带线24的内弧连接在馈电端子21右侧的顶点212与第一微带片22底边之间，第二微带线24的内弧与第二微带线24的外弧共圆心地设置。

参照图3，图3是沿Z轴的反方向的视角下的天线1的结构图，即介质板的第二表面的结构图。第二金属层设置在第二表面上，第二金属层包括第二微带片41、第三微带线43、第四微带线44和第三微带片42，且第二微带片41、第三微带线43、第四微带线44和第三微带片42为一体成型的金属层。第二微带片41设置在位于第二表面的底边112上，且第二微带片41设置在底边112的中部上，第二微带片41的长度L7为40毫米，馈电端子21的宽度L8为8毫米。在第二微带片41的顶部中间朝外凸起地设置有馈电部411。

由于第三微带线43与第一微带线23的形状和尺寸均相同，第四微带线44与第二微带线24的形状和尺寸均相同，第三微带片42和第一微带片22的形状和尺寸均相同的。所以不再对第三微带线43、第四微带线44和第二微带线24的形状尺寸进行说明。

第三微带片42设置在位于第二表面的第二侧边122远离第二微带片41的端部上，第三微带线43的第一端与第二微带片41的馈电部411连接，第三微带线43的第二端与第三微带片42的顶部连接，第四微带线44的第一端与第二微带片41的馈电部411连接，第四微带线44的第二端与第三微带片42的底部连接。

参照图4，图4是天线1在第一表面视角下的示意图。由图4可见，第一微带片22设置在第一侧边121上，第三微带片42设置在第二侧边122上，且馈电端子21具有中心轴L，第三微带片42以中心轴L为对称轴与第一微带片22对称设置，第三微带线43以中心轴L为对称轴与第一微带线23对称设置，第四微带线44以中心轴L为对称轴与第二微带线24对称设置。

参照图5，图5是天线1在回波损耗S11的变化曲线图，天线1在利用电磁仿真软件CST微波工作室进行设计仿真，所得实验结果如图5所示。在2.7GHz至30GHz频带内，天线的回波损耗均小于-10dB，阻抗匹配良好。

由上可见，通过在介质板的第一表面和第二表面上分别设置特殊结构的金属层，并通过金属层的结构实现更宽的工作频带，阻抗带宽且带内回波损耗小，同时利用这种渐变线设计超宽带天线，利用圆弧微带线拓展带宽，获得了较宽的阻抗带宽，结构简单，设计方便，以及在背面金属层导体馈电端接有矩形微带贴片，为天线提供了良好的阻抗匹配，使天线实现辐射效率高、脉冲失真小的特点，使得本发明提供的天线不仅体积小，重量轻，且驻波平坦度好。

Claims (8)

1.天线，包括

介质板，所述介质板包括第一表面以及与所述第一表面相对布置的第二表面；

金属层组件，所述金属层组件设置在所述介质板上；

其特征在于：

所述金属层组件包括第一金属层和第二金属层；

所述第一金属层设置在所述第一表面上，所述第一金属层包括馈电端子、第一微带线、第二微带线和第一微带片，所述馈电端子设置在位于所述第一表面的底边上，所述第一微带片设置在位于所述第一表面的第一侧边远离所述馈电端子的端部上，所述第一微带线和所述第二微带线呈圆弧状设置，所述第一微带线的第一端与所述馈电端子连接，所述第一微带线的第二端与第一微带片的顶部连接，所述第二微带线的第一端与所述馈电端子连接，所述第二微带线的第二端与所述第一微带片的底部连接；

所述第二金属层设置在所述第二表面上，第二金属层包括第二微带片、第三微带线、第四微带线和与第三微带片，所述第二微带片设置在所述第二表面的底边上，所述第三微带片设置在位于所述第二表面的第二侧边远离所述第二微带片的端部上，所述第三微带线和所述第四微带线呈圆弧状设置，所述第三微带线的第一端与所述第二微带片连接，所述第三微带线的第二端与第三微带片的顶部连接，所述第四微带线的第一端与所述第二微带片连接，所述第四微带线的第二端与所述第三微带片的底部连接；

所述第一微带片和所述第三微带片分别设置在所述介质板的两侧；

所述第一微带线的外弧半径大于所述第一微带线的内弧半径，所述第一微带线的内弧半径大于所述第二微带线的外弧半径，所述第二微带线的外弧半径大于所述第二微带线的内弧半径；

所述第三微带线的外弧半径大于所述第三微带线的内弧半径，所述第三微带线的内弧半径大于所述第四微带线的外弧半径，所述第四微带线的外弧半径大于所述第四微带线的内弧半径；

所述馈电端子设置在位于所述第一表面的底边的中部上，所述第二微带片设置在所述第二表面的底边的中部上；

所述第二微带片的长度为40毫米，所述第二微带片的宽度为8毫米；

在所述第二微带片的顶部中间朝外凸起地设置有馈电部，所述第三微带线的第一端与所述馈电部连接，所述第四微带线的第一端与所述馈电部连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述第三微带线与所述第一微带线的形状相同，第四微带线与所述第二微带线的形状相同，所述第三微带片和所述第一微带片的形状相同的。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：

所述第三微带片以所述馈电端子为对称轴与所述第一微带片对称设置，所述第三微带线以所述馈电端子为对称轴与所述第一微带线对称设置，所述第四微带线以所述馈电端子为对称轴与所述第二微带线对称设置。

4.根据权利要求2至3任一项所述的天线，其特征在于：

所述介质板的长度为70毫米，所述介质板的宽度60毫米，所述介质板的厚度为1.6毫米。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于：

所述介质板由环氧玻璃纤维材料制作而成。

6.根据权利要求2至3任一项所述的天线，其特征在于：

所述第一微带片的长度为27毫米，所述第一微带片的宽度为11.5毫米。

7.根据权利要求2至3任一项所述的天线，其特征在于：

所述第一微带线的外弧半径为87.4毫米至96.6毫米,所述第一微带线的内弧半径为85.5毫米至94.5毫米。

8.根据权利要求2至3任一项所述的天线，其特征在于：

所述第二微带线的外弧半径为35.15毫米至38.85毫米,所述第二微带线的内弧半径为32.3毫米至35.7毫米。