CN109037915B - 微型全向微带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型全向微带天线。具体包括介质基板以及附属在介质基板的一侧金属辐射层和另外一侧的金属地层组成。由螺旋状天线与辐射贴片组成金属辐射层，而金属地层由T型微带线和耦合贴片组成。环形接地板与T型微带线通过金属过孔连接。本新型天线可以保持类似单极子天线的全向辐射性能，而天线剖面高度不到0.01波长。本发明天线具有超小型化、剖面低、结构简单、且性能稳定，易于集成等优点。

Description

微型全向微带天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种微型全向微带天线。
背景技术
近年来无线通信***已广泛应用于各个领域，使用者可不受距离限制，利用无线通信***进行信息的传输。而天线是无线通信领域中重要的元件之一，也越来越收到关注。随着无线通信技术和电子技术的发展，日常生活中的无线电子产品功能越来越强大，而尺寸变得越来越小，越来越薄，重量越来越轻。在整个产品设计中，预留给天线的空间、重量有限，因此必须设计小型化天线便于与设备电路集成的特点。
微带天线作为最常用的天线形式，其小型化技术一直受到学术界的关注。微带天线的小型化方法主要有表面曲流技术、短路加载技术、采用高介电常数的基片、分形技术、采用特殊形状、附加有源网络等。曲流技术是通过在微带传输线上合理设计开口缝隙的位置与尺寸，从而增加了电流的有效长度，达到天线小型化的目的。短路加载技术是在传统贴片天线的基础上，寻找到零电位位置，并利用短路枝节进行加载，从而将天线的长度缩减为四分之一工作波长，实现天线的小型化。然而这些方法在使天线尺寸变小的同时，也会带了很多不利的影响。例如分形技术容易引起天线表面波的增加，短路加载技术会使天线的增益降低、并且工作带宽减少。
433MHz是我国免申请发射接收频段，广泛应用于无线传输通信***之中。然而目前在433MHz的无线通信***中，用于信号收发的天线一般都是采用单极子天线或者螺旋天线结构。然而，由于工作频段较低，天线尺寸较大，非常不利于设备的小型化。同时这种类型的天线无法与射频板进行集成在一起，需要分别加工、组装与焊接，从而增加了生产流程。微带天线具有剖面低、重量轻、易于集成等优点，然而433MHz频段的微带天线却没有得到广泛使用，主要由于相应的设计公式，决定了微带天线的辐射面尺寸较大，无法与射频电路进行集成，从而造成天线成本过高以及整个设备体积较大。同时微带天线还存在着回波损耗较高、天线辐射效率低、带宽较窄等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型全向微带天线及其制作方法，小型化天线尺寸，利于嵌入移动便携式设备。达到结构简单、成本低、回波损耗小等性能。
本发明的实现方案如下：
微型全向微带天线包括介质基板，以及附属在介质基板一侧的环形接地板、金属辐射层和另外一侧的金属地层。
所述的金属辐射层设置在环形接地板内，主要由螺旋状天线，加载在螺旋状天线内部臂端的辐射贴片组成；螺旋状天线外部臂端接馈电点的一端，馈电点的另一端接反向延长线；
螺旋状天线每一圈间的间距至少是螺旋状天线的线宽的一半。
螺旋状天线的圈数不少于2圈，总长度为1/4波长。
辐射贴片的长度大于1/30个波长，宽度大于螺旋状天线的线宽。
螺旋状天线的最内圈与辐射贴片之间的距离不小于螺旋状天线的线宽。
螺旋状天线的外部臂端通过反向延长线与环形接地板连接起到短路点的作用。不仅能够作为降低天线工作频率、缩小天线结构尺寸的重要一部分、也起到了调节天线的输入阻抗的作用。短路线可以等效为电容与电感的并联电路。
所述的金属地层主要由T型微带线、耦合贴片组成；其中耦合贴片加载在辐射贴片的正下方；T型微带线作为连接和调节部件，三个端口分别连接与耦合贴片、接地点以及悬空。悬空端的微带线可以等效电感，调节天线的阻抗。接地点保证上下带线的电气相连，其通过金属过孔使得金属辐射层与金属地层相连接。
所述的介质基板其介质可以为空气、环氧板、聚四氟乙烯等材质。
所述的金属过孔可以由金属导线、金属棒等代替。
所述的耦合贴片的形状可以为方形、长方形、圆形、半圆形、多边形等。
所述的辐射贴片的形状可以为方形、长方形、圆形、半圆形、多边形等。
辐射贴片和耦合贴片的尺寸大小，对于天线的电容特性有着较大的影响，从而影响这天线的特征阻抗。
螺旋状天线臂的长度，影响着天线的谐振频率以及电感特性，从而决定着天线整体结构尺寸。
环形接地板的长度影响着天线的谐振点以及辐射方向图，同时引起位于金属辐射层外侧，减小了周围环境对天线性能的影响。
本发明的有益效果是：本发明馈电方式采用环馈电形式，通过多圈螺旋状天线臂可以增加辐射枝节长度，有效缩短天线尺寸。通过金属辐射贴片以及位于下方的金属耦合贴片，降低天线频率，从而实现体积小，成本低，回波损耗低，应用范围广等要求。
附图说明
图1是本发明的微型全向微带天线上层俯视图。
图2是本发明的微型全向微带天线底层的示意图。
图3是本发明的微型全向微带天线侧视图。
图4是本发明的微型全向微带天线是S参数图。
图5是本发明的微型全向微带天线E面辐射方向图。
图6是本发明的微型全向微带天线H面辐射方向图。
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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的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。
请参见图1、2所示，本实施例所展示的微型全向微带天线，包括介质基板(10)，以及附属在介质基板一侧的环形接地板、金属辐射层和另外一侧的金属地层。
金属辐射层包括环形接地板(1)，螺旋状天线臂(2)，辐射贴片(3)，螺旋状天线臂的反向延长线(4)，接地点(5)和馈电点(6)。金属地层包括T型微带线和耦合贴片(9)。
T型微带线由第一微带线(7)和第二微带线(8)垂直设置构成；
作为本发明的实施例的一优化方案，天线馈电点(6)的位置，位于螺旋状天线臂的起始处与对应的环形接地板之间，同轴电缆或者接头的内芯与螺旋状天线(2)相连，而同轴电缆或者接头的外壁则与环形接地板(1)相连，信号便可以由外部馈入到天线。作为本发明的一优化方案，馈电端口处采用50Ω的特性阻抗进行馈电。
图1是本发明实施例的顶层结构俯视图。在本实施例中，螺旋状天线臂(2)与辐射贴片(3)为方形。而在其他不同场合，其外形轮廓可以为三角形、四边形或者多边形。同时，螺旋状天线臂之间的距离与天线臂的宽度一致。
辐射贴片(3)的形状可在其他不同场合做相应的变化。辐射贴片(3)位于螺旋状天线(2)的中心，并与螺旋状天线(2)保持一定的距离。而金属辐射贴片(3)与螺旋状天线(2)之间的距离为螺旋状天线臂(2)的宽度。
螺旋状天线(2)的两端分别连接环形接地板(1)和辐射金属贴片(3)。螺旋状天线(2)的长度为1/4波长，通过螺旋结构有效的缩小天线的尺寸。考虑到不同介质材料，螺旋状天线(2)的宽度可以相应的调整。
螺旋状天线的反向延长线(4)与环形接地板(1)连接起到短路点的作用。不仅能够作为降低天线尺寸的重要一部分、也起到了调剂天线的输入阻抗的作用。短路线可以等效为电容与电感的并联。
图2是天线底层的示意图。通过接地点(5)连接T型微带线第一微带线(7)与顶层环形接地板(1)。T型微带线第一微带线的一端与接地点连接，另一端悬空设置；T型微带线第二微带线(7)的一端连接耦合贴片(9)，另一端接第一微带线的中心，悬空的微带线可以等效电感，调节天线的阻抗。耦合贴片(9)位于顶层金属辐射贴片(3)另一侧，可以调节天线容性。
本发明的微型全向微带天线是通过耦合贴片(9)与顶层辐射金属贴片(3)作为天线的有效辐射体。
图3是本发明的微型全向微带天线侧视图，介质基板可以采用各种绝缘介质，也可以为空气介质。介质基板的厚度可以根据需要进行调节，一般在0.1mm～5mm之间。
作为本发明的一具体实施例，介质基板(1)的尺寸为10mm×10mm×0.6mm。作为本发明的另一具体实施例，介质基板(1)的尺寸可以为5mm×5mm×0.2mm。
图4是本发明具体实施例的回波损耗，要求工作频率为433MHz，回波损耗小于-10dB。其横坐标为频率(MHz)，纵坐标为分贝值(dB)。在433MHz处回波损耗可以达到-19dB，并且在430～437MHz频段上S11<-10dB，从而天线可以在该频段工作。
图5是本发明具体实施例在433MHz频点的E面辐射方向图。各个频点下的E面辐射方向图都呈现“8”形状。
图6是本发明具体实施例在433MHz频点的H面辐射方向图。在该频点下的H面辐射方向图都呈现圆形，水平方向呈现全向辐射。
作为本发明的具体实施例，天线可以产生等效电偶极子的辐射方向图，从而大大降低天线的整体剖面高度。
本实施例所揭示一种微型全向微带天线的其他性能参数满足使用要求。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.微型全向微带天线，其特征在于包括介质基板，以及铺设在介质基板一侧的环形接地板、金属辐射层和介质基板另外一侧的金属地层；
所述的金属辐射层设置在环形接地板内，主要由螺旋状天线、与螺旋状天线内部臂端连接的辐射贴片组成；螺旋状天线外部臂端接馈电点的一端，馈电点的另一端接反向延长线；
辐射贴片位于螺旋状天线的中心，并与螺旋状天线保持一定的距离；而金属辐射贴片与螺旋状天线之间的距离为螺旋状天线臂的宽度；
天线馈电点的位置，位于螺旋状天线臂的起始处与对应的环形接地板之间；
螺旋状天线的外部臂端通过反向延长线与环形接地板连接起到短路点的作用；
所述的金属地层主要由T型微带线、耦合贴片组成；其中耦合贴片加载在辐射贴片的正下方；T型微带线作为连接和调节部件，三个端口分别连接耦合贴片、接地点以及悬空；接地点需保证上下带线的电气相连，其通过金属过孔使得金属辐射层与金属地层相连接。
2.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于螺旋状天线每一圈间的间距至少是螺旋状天线线宽的一半；螺旋状天线的圈数不少于2圈，总长度为1/4波长。
3.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于辐射贴片的长度大于1/30个波长，宽度大于螺旋状天线的线宽。
4.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于螺旋状天线的最内圈与辐射贴片之间的距离不小于螺旋状天线的线宽。
5.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于所述的介质基板其介质为空气、环氧板或聚四氟乙烯。
6.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于辐射贴片和耦合贴片的尺寸大小，影响天线的电容特性，从而影响天线的特征阻抗。
7.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于螺旋状天线的长度，影响天线的谐振频率以及电感特性。
8.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于环形接地板的长度影响天线的谐振点以及辐射方向图。
9.如权利要求1所述的微型全向微带天线，其特征在于同轴电缆或者接头的内芯与螺旋状天线相连，而同轴电缆或者接头的外壁则与环形接地板相连，信号便可以由外部馈入到天线。
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