CN109768394A - 微带天线结构及辐射电磁信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供微带天线结构及辐射电磁信号的方法。所述结构包括信号输入单元、信号辐射单元、接地部单元、介电体基板单元；所述信号输入单元，用于输入电磁波信号；所述信号辐射单元，连接所述信号输入单元，用于接收并向空间中辐射电磁波信号，包括一微带线和多个天线阵元，所述天线阵元沿所述微带线等间隔分布，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的短边；所述接地部单元，用于形成射频地；所述介电体基板单元，有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述信号输入单元和所述信号辐射单元位于所述第一表面，所述接地部单元位于所述第二表面。本发明减少了电磁信号在微带线与天线阵元的接触长度，提高了天线发射效率和带宽。

Description

微带天线结构及辐射电磁信号的方法

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，特别是涉及微带天线结构及辐射电磁信号的方法。

背景技术

雷达已广泛应用于各种探测中，基本任务是探测目标，测定目标的距离、方向、角度等状态参数，雷达包括天线、发射机、接收机，发射机产生足够的电磁能量经过收发转换开关传送给天线，天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在一个很窄的方向上形成波束，向前传播，电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取，天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，放大处理后形成雷达的回波信号。

雷达测量的准确性和天线的性能直接相关，要提高雷达分辨率，必须增加雷达***的天线的发射效率和带宽。

图1为传统的微带天线，其采用串行馈电的方式，可以在PCB(Printed CircuitBoard)板上实现。

如图1所示，该微带天线结构包括微带线101以及设在微带线上的一个或多个天线阵元102。微带线101与天线阵元102可以由同一块金属片刻蚀得到。天线阵元102的形状为长方形。微带线101从天线阵元102的中心线上穿过天线阵元102，使得电磁信号在微带线101上传输时与天线阵元102形成一定的接触长度。在传统的微带天线中，由于电磁信号经过每个阵元都会有一定的能量发射，又在各个阵元的接触长度较长，导致该结构的微带天线发射效率低，带宽窄。

若要提高天线发射效率，增加天线发射带宽，需要改进传统微带天线的馈电方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种微带天线结构，通过减少电磁波信号在微带线中与阵元的接触长度，提高天线整体的发射效率和带宽。

为实现上述目的，本发明提供了一种微带天线结构，包括信号输入单元、信号辐射单元、接地部单元、介电体基板单元；

所述信号输入单元，用于输入电磁波信号；

所述信号辐射单元，连接所述信号输入单元，用于接收并向空间中辐射电磁波信号，包括一条微带线和多个天线阵元，所述天线阵元沿所述微带线等间隔分布，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的短边；

所述接地部单元，用于形成射频地；

所述介电体基板单元，设置有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述信号输入单元和所述信号辐射单元位于所述第一表面，所述接地部单元位于所述第二表面。

进一步地，所述天线阵元形状为矩形，其一角与所述微带线连接，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的短边。

进一步地，所述天线阵元形状为正方形，其一角与所述微带线连接，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的边长。

更进一步地，所述正方形天线阵元连接所述微带线的一角的两条邻边与所述微带线的夹角为45度。

进一步地，所述天线阵元形状为圆形，所述微带线沿圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于圆的直径。

进一步地，所述天线阵元形状为椭圆形，所述微带线沿椭圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于椭圆的短轴。

进一步地，所述介电体基板单元为PCB板。

本发明还提供了一种级联的微带天线结构，由多个如权利要求1所述的微带天线结构级联得到，级联方式为共用所述接地部单元和所述介电体基板单元，所述信号输入单元连接到一起，所述信号辐射单元等间隔并列排布。

本发明还提供了一种利用微带天线结构进行电磁信号辐射的方法，包括以下步骤：

第一，利用所述信号输入单元进行射频信号输入；

第二，利用所述信号辐射单元的微带线和所述接地部单元形成的波导结构接收输入的射频信号；

第三，利用所述信号辐射单元的天线阵元将电磁信号辐射到空间中。

进一步地，在上述方法中，所述天线阵元形状被设置为矩形，其一角与所述微带线连接，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的短边。

更进一步地，在上述方法中，所述天线阵元形状被设置为正方形，其一角与所述微带线连接，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的边长。

更进一步地，在上述方法中，所述正方形天线阵元连接所述微带线的一角的两条邻边与所述微带线的夹角被设置为45度。

进一步地，在上述方法中，所述天线阵元形状被设置为圆形，所述微带线沿圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于圆的直径。

进一步地，在上述方法中，所述天线阵元形状被设置为椭圆形，所述微带线沿椭圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于椭圆的短轴。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明提供了一种微带天线结构，减少了电磁波信号在微带线与天线阵元的接触长度；

提高了天线整体的发射效率和带宽；

本发明提供的微带天线结构可以通过PCB工艺加工实现，成本低廉。

附图说明

下面结合附图说明本发明的详细构成。附图中：

图1是采用串行馈电的现有微带天线的结构示意图。

图2是本发明所设计的微带天线结构的一个实施例的结构示意图。

图3是本发明所设计的微带天线结构进行级联的一个实施例的结构示意图。

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，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，所属技术领域中具有通常知识者可进行各种变更及置换，且所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。

一般而言，微带线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线。通常利用微带传输线或同轴探针来馈电，使导体贴片与接地板之间激励高频电磁场，并通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射。金属贴片通常是形状规则的薄片，形状有矩形、圆形或椭圆形等；也可以是窄长条形的薄片振子(偶极子)或由这些单元构成的阵列结构。这三种形式分别称为微带贴片天线、微带振子天线和微带阵列天线。

微带线适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等。微带线适用于传送或者接收特高频以上频带的小型轻量的天线，能作为通讯或雷达用的天线使用。微带线适合收发毫米频(30-300GHz)的电磁波。

如图2所示，本发明提供一种微带天线结构，包括信号输入单元21、信号辐射单元22、接地部单元(图中未示出)、介电体基板单元23。

信号输入单元21用来输入电磁波信号，即利用本发明提供的微带天线结构进行电磁信号辐射时，利用信号输入单元21进行电磁信号的馈入。

接地部单元用来形成射频地，可以作为信号输入单元21和信号辐射单元22所共有的射频地。利用本发明提供的微带天线结构进行电磁信号辐射时，信号辐射单元22的微带线221与接地部单元形成特定的波导结构，接收馈入的电磁波信号。

如图2所示，介电体基板23上设置有第一表面231和与第一表面相对的第二表面232。信号输入单元21和信号辐射单元22位于介电体基板23的第一表面，接地部单元位于介电体基板的第二表面232。信号输入单元21和信号辐射单元22可以由同一块金属板刻蚀形成。介电体基板23可以是PCB板。本领域技术人员可以根据需要选择不同的绝缘材料的基板，以及其他的导电材料，来实现相同的导电和绝缘的功能和效果。

见图2，信号辐射单元22包括一条微带线221与多个天线阵元222，多个天线阵元222沿着微带线221等间隔地分布，天线阵元222的一角连接微带线221。

天线阵元的形状可以有多种选择，只要满足微带线穿过天线阵元的长度与传统的微带天线相比有所减少，进而减少了电磁信号在微带线与天线阵元的接触长度即可。例如，天线阵元的形状可以是矩形。传统的微带天线结构中，微带线穿过天线阵元的长度与矩形的短边的长度相同。在本发明所提供的微带天线结构中，矩形天线阵元的一角与微带线相连，只需微带线穿过天线阵元一角的长度小于矩形的短边的长度，就可达到减少电磁信号在微带线与天线阵元的接触长度的目的。

微带线穿过天线阵元的方式也可以有多种选择，只要满足微带线穿过天线阵元的长度与传统的微带天线相比有所减少，进而减少了电磁信号在微带线与天线阵元的接触长度即可。例如，天线阵元的形状为正方形。传统的微带天线结构中，微带线穿过天线阵元的长度与正方形的边长的长度相同。在本发明所提供的微带天线结构中，微带线可以穿过天线阵元的一角，微带线穿过天线阵元时，与天线阵元两条边的夹角可以都是45度，也可以是30度和60度，只要微带线穿过天线阵元的长度小于正方形的边长，就可达到减少电磁信号在微带线与天线阵元接触长度的目的。

如图2所示，在本实施例中，天线阵元222的形状为正方形，连接微带线221的一角的两条邻边与微带线221的夹角为45度。在使用微带线221传输电磁波信号的过程中，微带线221导行电磁波沿微带线221轴向传输，天线阵元222可以用于辐射电磁波信号。

在上述微带天线结构中，将每个天线阵元222旋转45度后再与微带线221连接，减少了电信号在微带线与阵元的接触长度，提高了天线整体的发射效率和带宽。

本发明还提供一种利用如上所述的微带天线结构进行电磁信号辐射的方法，包括以下步骤：

首先，利用信号输入单元21进行射频信号输入；

然后，利用信号辐射单元22的微带线221和接地部单元形成的波导结构接收输入的射频信号；

最后，利用信号辐射单元22的天线阵元222将电磁信号辐射到空间中。

进一步地，在上述方法中，天线阵元的形状可以被设置为矩形，其一角与微带线连接，微带线穿过天线阵元的长度小于天线阵元的短边。

进一步地，在上述方法中，天线阵元形状可以被设置为正方形，其一角与微带线连接，微带线穿过天线阵元的长度小于天线阵元的边长。

更进一步地，正方形天线阵元连接微带线的一角的两条邻边与微带线的夹角可以被设置为45度。

进一步地，在上述方法中，所述天线阵元形状可以被设置为圆形，所述微带线沿圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于圆的直径。

进一步地，在上述方法中，所述天线阵元形状可以被设置为椭圆形，所述微带线沿椭圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于椭圆的短轴。

在现今的无线通信***中，常同时使用多个实质上结构相同的天线进行级联来传输或接收信号，以提高传输效能。

如图3所示，信号输入单元31与多个信号辐射单元32电连接，实现了图2中微带天线结构的级联。级联方式为共用接地部单元和介电体基板单元，信号输入单元连接到一起，信号辐射单元等间隔并列排布。每个信号辐射单元32的结构相同，同时使用用以提高传输效能。

以上内容是结合具体的较佳实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微带天线结构，其特征在于，包括信号输入单元、信号辐射单元、接地部单元、介电体基板单元；

所述信号输入单元，用于输入电磁波信号；

所述信号辐射单元，连接所述信号输入单元，用于接收并向空间中辐射电磁波信号，包括一条微带线和多个天线阵元，所述天线阵元沿所述微带线等间隔分布，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于所述天线阵元的短边；

所述接地部单元，用于形成射频地；

所述介电体基板单元，设置有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述信号输入单元和所述信号辐射单元位于所述第一表面，所述接地部单元位于所述第二表面。

2.如权利要求1所述的微带天线结构，其特征在于，所述天线阵元形状为矩形，其一角与所述微带线连接。

3.如权利要求1所述的微带天线结构，其特征在于，所述天线阵元形状为正方形，其一角与所述微带线连接。

4.如权利要求3所述的微带天线结构，其特征在于，所述正方形天线阵元连接所述微带线的一角的两条邻边与所述微带线的夹角为45度。

5.如权利要求1所述的微带天线结构，其特征在于，所述天线阵元形状为圆形，所述微带线沿圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于圆的直径。

6.如权利要求1所述的微带天线结构，其特征在于，所述天线阵元形状为椭圆形，所述微带线沿椭圆形的割线穿过所述天线阵元，所述微带线穿过所述天线阵元的长度小于椭圆的短轴。

7.如权利要求1-6项任一所述的微带天线结构，其特征在于，所述介电体基板单元为PCB板。

8.一种级联的微带天线结构，其特征在于，由多个如权利要求1所述的微带天线结构级联得到，级联方式为共用所述接地部单元和所述介电体基板单元，所述信号输入单元连接到一起，所述信号辐射单元等间隔并列排布。

9.利用如权利要求1-6之一所述的微带天线结构进行电磁信号辐射的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，利用所述信号输入单元进行射频信号输入；

第二，利用所述信号辐射单元的微带线和所述接地部单元形成的波导结构接收输入的射频信号；

第三，利用所述信号辐射单元的天线阵元将电磁信号辐射到空间中。