CN108711676A - 基于超材料的全向高增益天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于超材料的全向高增益天线。所述全向高增益包括上层铜箔基片和支撑所述上层铜箔基片的电路板；所述上层铜箔基片由若干带状线组成；每节带状线由上接地板、下接地板和金属导带组成，所述上接地板印制在所述上层铜箔基片上；所述下接地板埋设于所述电路板内，所述金属导带连接所述上接地板和下接地板；所述金属导带的长度大于所述上接地板的二分之一，大于所述下接地板的三分之一；所述电路板中设置有若干金属化过孔用于供相邻的金属导带穿出。其增加了天线的一致性和稳定性，装配过程简单，便于进行批量生产，通过多节交替馈电的带状线进行串联馈电，具有高增益和良好的全向辐射特性。

Description

基于超材料的全向高增益天线
技术领域
本发明涉及印制天线技术领域，尤其涉及一种基于超材料的全向高增益天线。
背景技术
全向天线是指方位向覆盖360度的天线。而高增益全向天线一般是指最大增益为3dBi以上的全向天线。
现有的高增益全向天线通常是在纵向采用若干全向天线单元组成线性阵列来实现高增益的效果。
在当前国内外广泛采用的高增益全向天线馈电方式主要分为串联馈电和并联馈电两种。并联馈电全向天线除了多个天线单元外，还需要附加馈电网络，可实现较宽的阻抗匹配，但由于馈电网络的存在，往往会影响全向面辐射方向图的不圆度。串联馈电全向天线中天线单元除了起到辐射器的作用外，同时兼有传输线的作用，它不需要额外的馈电网络，全向面辐射方向图的不圆度一般比较好，但阻抗匹配带宽较窄。
现有专利矩形环缝全向天线(CN201020241150.9)公开了一种采用印制板工艺的的矩形环缝全向天线，由于印制板两侧的不对称性，会造成全向面的辐射方向图不对称和不圆度的增加。
另外，COCO天线(同轴共线天线)也是一种经典的串联馈电高增益全向天线，它采用多节交替馈电的同轴线进行纵向组阵，具有良好的全向辐射特性，目前仍获得广泛的应用。但是，它存在装配过程繁琐、一致性差、可靠性低等缺点。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于超材料的全向高增益天线，以解决现有的全向高增益天线辐射特性不佳，装配工艺复杂等的问题。
本发明实施例的第一方面提供一种基于超材料的全向高增益天线。其中，所述全向高增益包括上层铜箔基片和支撑所述上层铜箔基片的电路板；所述上层铜箔基片由若干带状线组成；每节带状线由上接地板、下接地板和金属导带组成，所述上接地板印制在所述上层铜箔基片上；所述下接地板埋设于所述电路板内，所述金属导带连接所述上接地板和下接地板；所述金属导带的长度大于所述上接地板的二分之一，大于所述下接地板的三分之一；所述电路板中设置有若干金属化过孔用于供相邻的金属导带穿出。
可选地，所述最后一节带状线为其他带状线长度的五分之一至七分之一。
可选地，所述下接地板与上接地板之间的长度比例为5比3。
可选地，所述带状线设置为N条，第一条至第N-1条带状线的长度相同。
可选地，所述金属导带印制于所述电路板表面。
可选地，所述全向高增益天线通过多层印制电路板工艺一次成型。。
可选地，所述下接地板与上接地板之间的宽度比例为4比3至5比4之间。
可选地，所述上层铜箔基片由上基片和下基片两个微波基片叠加形成；所述上基片与下基片具有不同的导波波长。
本发明实施例提供的技术方案中，该全向高增益天线可以采用多层印制电路板工艺一次成型，增加了天线的一致性和稳定性。而且，整个天线装配过程简单，可靠性高，便于进行批量生产。通过多节交替馈电的带状线进行串联馈电，具有高增益和良好的全向辐射特性，可实现方位面辐射方向图的良好对称性，降低不圆度。
附图说明
图1为本发明实施例的全向高增益天线的一个实施例示意图。
具体实施方式
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，本领域技术人员在没有作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。
需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/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。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1为本发明实施例提供的基于超材料的全向高增益天线。在本实施例中，该超材料是指是采用传统材料(如电路板和铜箔)制成的复合结构，印制获得的天线可以具有的独特磁特性，使天线实现了小型化和性能改善的技术目标。而且，这样的超材料结构还同时降低了成本，简化了生产工艺。
本发明实施例提供的基于超材料的全向高增益天线可在有限的空间里实现高效运作。其智能终端的主电路板上的射频“热点”较平面倒F型天线 (Planar Inverted-FAntenna，简称PIFA)等传统天线更少。
虽然在这些传统的物理天线中，电流可以通过整个电路板，但在以低频蜂窝频段进行传播时，它们通常集中在与物理天线结构相对的一端，而物理天线结构通常位于智能设备底部，即使用时靠近身体下部分的地方。因此，由于电流集中在电路板的“头部”，则头部会吸收更多射频能量。
采用本发明实施例提供的基于超材料结构的天线能够有效的减弱全向天线结构附近的电磁场和电流，从而在其装配于智能终端或者其他用户终端时，可以大大减少“头部”附近的射频能源辐射，提供高的天线性能，免受用户身体手部和其他部分干扰的影响。
如图1所示，所述全向高增益包括上层铜箔基片11和支撑所述上层铜箔基片的电路板12。
所述上层铜箔基片由若干带状线13组成。较佳的是，所述上层铜箔基片由上基片和下基片两个微波基片叠加形成。所述上基片与下基片具有不同的导波波长。
每节带状线由上接地板131、下接地板132和金属导带133组成，所述上接地板131印制在所述上层铜箔基片上。所述下接地板132埋设于所述电路板内。所述金属导带133连接所述上接地板和下接地板。
具体的，所述金属导带可以印制于所述电路板表面。金属导带之间可以通过金属化过孔实现终端短路，具有调节阻抗匹配的作用。
在本实施例中，所述金属导带的长度大于所述上接地板的二分之一，大于所述下接地板的三分之一，所述电路板中设置有若干金属化过孔用于供相邻的金属导带穿出。该全向高增益天线采用串联馈电方式，每节带状线既是天线辐射单元，同时兼有传输线的作用。
具体的，所述最后一节带状线为其他带状线长度的五分之一至七分之一。
在一些实施例中，所述带状线设置为N条，除了需要特别处理的最后一节带状线以外，第一条至第N-1条带状线的长度相同。在实际使用过程中，可以通过对带状线长度的调整实现俯仰面方向图的控制。
在另一些实施例中，所述下接地板与上接地板之间的长度比例为5比3。所述下接地板与上接地板之间的宽度比例为4比3至5比4之间。优选地，将下接地板与上接地板之间的宽度比例设置为4比3。当然，也可以根据实际需要的天线性能进行调节，例如控制阻抗匹配。
在本实施例中，可以通过对带状线长度的调整可实现俯仰面方向图的控制，便于实现下倾波束或上翘波束的设计。通过对微波介质基片厚度和金属接地板宽度的优化选择，可实现方位面辐射方向图的良好对称性，降低不圆度。具体的，全向高增益天线的频率为0.8-1.3GHz和1.8G-2.7GHz。
该全向高增益天线可以应用于多种不同的用户智能或者非智能终端中，例如手机、智能手表或者其他类型的可穿戴设备，用以构建这些设备的通信***。基于全向高增益天线良好的方位面全向辐射特性，不会聚焦于头部等的问题，有效减少了用户在可穿戴设备使用时的干扰，具有良好的应用前景。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于超材料的全向高增益天线，其特征在于，所述全向高增益包括上层铜箔基片和支撑所述上层铜箔基片的电路板；
所述上层铜箔基片由若干带状线组成；每节带状线由上接地板、下接地板和金属导带组成，所述上接地板印制在所述上层铜箔基片上；
所述下接地板埋设于所述电路板内，所述金属导带连接所述上接地板和下接地板；所述金属导带的长度大于所述上接地板的二分之一，大于所述下接地板的三分之一；所述电路板中设置有若干金属化过孔用于供相邻的金属导带穿出。
2.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述最后一节带状线为其他带状线长度的五分之一至七分之一。
3.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述下接地板与上接地板之间的长度比例为5比3。
4.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述带状线设置为N条，第一条至第N-1条带状线的长度相同。
5.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述金属导带印制于所述电路板表面。
6.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述全向高增益天线通过多层印制电路板工艺一次成型。
7.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述下接地板与上接地板之间的宽度比例为4比3至5比4之间。
8.根据权利要求1所述全向高增益天线，其特征在于，所述上层铜箔基片由上基片和下基片两个微波基片叠加形成；所述上基片与下基片具有不同的导波波长。
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