CN113594677A - 毫米波高增益串馈微带环天线 - Google Patents

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黄道胜
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Abstract

本发明提供了一种毫米波高增益串馈微带环天线，包括：金属反射板、介质基板、天线辐射体以及多个同轴馈线；所述天线辐射体、介质基板以及金属反射板由上至下依次连接；所述同轴馈线位于所述介质基板内部，所述同轴馈线的内导线在所述同轴馈线的顶端通过第一馈电端口与所述天线辐射体连接，所述同轴馈线的外导线在所述同轴馈线的底端与所述金属反射板连接。所述天线辐射体为辐射贴片，所述辐射贴片包括多个缺口环形贴片单元。本发明可以通过简易的结构实现天线的高增益性能。并且本发明设置的缺口环形贴片单元的数量可以根据不同的需要进行设计，缺口环形贴片单元的数量越多，增益效果越明显。

Description

毫米波高增益串馈微带环天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种毫米波高增益串馈微带环天线，尤其是涉及一种基于环形结构的毫米波高增益串馈微带环天线。
背景技术
现在的无线通信技术正在快速发展来满足人们对信息需求。随着5G时代的到来，毫米波频段逐渐被越来越多的利用，毫米波天线的设计就变得非常的需要。但是由于在毫米波频段，路径损耗也会增高，因此要求天线需要有较高的增益减小传播中的路径损耗带来的影响。所以具有高增益特性的天线的设计是很有必要的。
专利文献CN213026481U公开了一种毫米波天线单元及阵列天线，毫米波天线单元包括基体，所述基体内设有馈电柱，所述基体上具有平行设置的第一辐射贴片及第二辐射贴片，所述第一辐射贴片位于所述第二辐射贴片的上方，还包括设于所述基体内的耦合金属片，所述耦合金属片位于所述第二辐射贴片的下方并连接所述馈电柱。但该方案采用多层设计，结构较为复杂，减少物理尺寸效果不明显。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种毫米波高增益串馈微带环天线。
根据本发明提供的一种毫米波高增益串馈微带环天线，包括：金属反射板、介质基板、天线辐射体以及多个同轴馈线；
所述天线辐射体、介质基板以及金属反射板由上至下依次连接；
所述同轴馈线位于所述介质基板内部，所述同轴馈线的内导线在所述同轴馈线的顶端通过第一馈电端口与所述天线辐射体连接，所述同轴馈线的外导线在所述同轴馈线的底端与所述金属反射板连接。
优选地，所述金属反射板、天线辐射体分别为金属地板、辐射贴片。
优选地，所述辐射贴片包括多个缺口环形贴片单元、多个串联贴片单元、一个第一边缘环形贴片单元以及一个第二边缘环形贴片单元；
所述缺口环形贴片单元具有两个第一缺口，且所述第一缺口与所述串联贴片单元一体连接，所述第一边缘环形贴片单元以及第二边缘环形贴片单元均具有一个第二缺口且所述第二缺口与所述串联贴片单元一体连接；
所述缺口环形贴片单元与所述串联贴片单元依次交替布置，且所述第一边缘环形贴片单元以及第二边缘环形贴片单元分别布置在所述辐射贴片的两端；所述缺口环形贴片单元的数量比所述串联贴片单元的少一个。
优选地，所述缺口环形贴片单元具有两个的第一缺口对称布置。
优选地，所述串联贴片单元包括第一串联体以及第二串联体；
所述第一串联体与所述第二串联体平行且对称布置；所述第一串联体与第二串联体之间具有第一通道；
所述缺口环形贴片单元与第一边缘环形贴片单元之间、所述相邻的缺口环形贴片单元之间、所述缺口环形贴片单元与第二边缘环形贴片单元之间均设置有第一通道；
所述第一串联体与所述第一缺口的一端或与所述第二缺口的一端一体连接；所述第二串联体与所述第一缺口的另一端或与所述第二缺口的另一端一体连接。
优选地，所述缺口环形贴片单元的数量为2个，所述串联贴片单元的数量为3个。
优选地，所述同轴馈线的数量为2个；所述两个同轴馈线分别位于第一串联体、第二串联体上，且所述2个同轴馈线对称布置。
优选地，所述介质基板为矩形，所述介质基板的厚度h＝0.787mm，宽度L＝20mm，长度W＝23mm，介电常数为2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。
优选地，所述辐射贴片的尺寸为：相邻两个缺口环形贴片单元的圆心距离d＝2.5mm；第一串联体以及第二串联体的宽度均为Wt＝0.6mm；缺口环形贴片单元、第一边缘环形贴片单元以及一个第二边缘环形贴片单元的内环半径均为Rin＝1.5mm，外环半径均为Rout＝2.3mm。
优选地，介质基板采用Rogers5880。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的天线辐射体具有物理尺寸小，易于集成等优点。
2、本发明可以通过简易的结构实现天线的高增益性能。
3、本发明设置的缺口环形贴片单元的数量可以根据不同的需要进行设计，缺口环形贴片单元的数量越多，增益效果越明显。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的俯视图示意图。
图3为本发明的侧视图示意图。
图4为的工作原理图。
图5为本发明的工作带宽图图。
图6为本发明实施例2的天线在28GHz时E面与H面的方向图。
图7为本发明实施例2的天线在30GHz时E面与H面的方向图。
图8为本发明实施例2的天线在32GHz时E面与H面的方向图。
图9为本发明实施例2的天线的实增益的示意图。
图中示出：
Figure BDA0003186708280000031
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提供了一种毫米波高增益串馈微带环天线，包括：金属反射板、介质基板3、天线辐射体以及多个同轴馈线4；尤其是，所述毫米波高增益串馈微带环天线采用单层结构，如单层PCB结构；所述天线辐射体、介质基板3以及金属反射板由上至下依次连接。
所述同轴馈线4位于所述介质基板(3)内部，所述同轴馈线4的内导线在所述同轴馈线4的顶端通过第一馈电端口与所述天线辐射体连接，所述同轴馈线4的外导线在所述同轴馈线4的底端与所述金属反射板连接。
如图1、图2以及图3所示，优选的，所述金属反射板、天线辐射体分别为金属地板1、辐射贴片2。
所述辐射贴片2包括多个缺口环形贴片单元5、多个串联贴片单元6、一个第一边缘环形贴片单元7以及一个第二边缘环形贴片单元8；所述缺口环形贴片单元5具有两个第一缺口9，所述缺口环形贴片单元5具有两个的第一缺口9沿所述缺口环形贴片单元5的中心对称布置，且所述第一缺口9与所述串联贴片单元6一体连接，所述第一边缘环形贴片单元7以及第二边缘环形贴片单元8均具有一个第二缺口10且所述第二缺口10与所述串联贴片单元6一体连接。
所述缺口环形贴片单元5与所述串联贴片单元6依次交替布置，且所述第一边缘环形贴片单元7以及第二边缘环形贴片单元8分别布置在所述辐射贴片2的两端；所述缺口环形贴片单元5的数量比所述串联贴片单元6的少一个。
建立空间直角坐标系O-XYZ包括：原点O、X轴、Y轴、Z轴；其中，坐标系的原点位于图中所述辐射贴片2中心，附图中为了避免坐标系与部件重合干扰读图，将坐标系画在了毫米波高增益串馈微带环天线外。所述介质均基板平行于空间直角坐标系O-XYZ的XOY面。所述辐射贴片2以Y轴为对称轴呈对称分布。
如图1所示，所述串联贴片单元6包括第一串联体11以及第二串联体12；所述第一串联体11与所述第二串联体12平行且沿X轴对称布置；所述第一串联体11与第二串联体12之间具有第一通道；所述缺口环形贴片单元(5)与第一边缘环形贴片单元(7)之间、所述相邻的缺口环形贴片单元(5)之间、所述缺口环形贴片单元(5)与第二边缘环形贴片单元(8)之间均设置有第一通道；
所述第一串联体11与所述第一缺口9的一端或与所述第二缺口10的一端一体连接；所述第二串联体12与所述第一缺口9的另一端或与所述第二缺口10的另一端一体连接。
实施例2：
实施例2是实施例1的一个优选例。
该优选例可覆盖28-32GHz的频段，下列所说明的数据均对应与该频段的实施例所述介质基板3采用Rogers5880。
单个缺口环形贴片单元5、第一边缘环形贴片单元7以及第二边缘环形贴片单元8的外环周长约为1个波长。
如图1和图2所示，所述缺口环形贴片单元5的数量为2个，所述串联贴片单元6的数量为3个。
如图1和图2所示，所述同轴馈线4的数量为2个，且沿ZOX平面对称，两个2个同轴馈线(4)分别位于第一串联体(11)、第二串联体(12)上且所述2个同轴馈线(4)对称布置。两个同轴馈线4的顶端分别连接距离坐标系原点最近的第一串联体11、第二串联体12的中心，所述天线辐射体利用两个同轴馈线4对辐射体进行差分馈电。
如图1和图2所示，所述介质基板3为矩形，所述介质基板3的厚度h＝0.787mm，宽度L＝8mm，长度W＝23mm，介电常数为2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。所述天线的尺寸为W＝23mm，L＝8mm，且所述辐射贴片2的尺寸为：相邻两个缺口环形贴片单元5的圆心距离d＝2.5mm；第一串联体11以及第二串联体12的宽度均为Wt＝0.6mm；缺口环形贴片单元5、第一边缘环形贴片单元7以及一个第二边缘环形贴片单元8的内环半径均为Rin＝1.5mm，外环半径均为Rout＝2.3mm。
如图5所示，图5说明该天线确实可以工作于毫米波频段。如图9所示，在整个工作频带28-32GHz内，天线具有稳定的增益，实增益为12.5-13dBi,最大增益可达到13dBi。随着串联环的数量的增加，改设计的增益也将会进一步的提高。
如图6、图7和图8所示，改设计在整个工作频带内具有较为稳定的辐射方向，且具有低副瓣的性能，在整个工作频带内，天线的副瓣均可达到15dB。
本发明的工作原理如下：
所述毫米波高增益串馈微带环天线通过两个同轴馈线上均设置有的第一馈电端口进行差分馈电，此时在辐射贴片2上会有电流产生，由于缺口环形贴片单元5、第一边缘环形贴片单元7以及第二边缘环形贴片单元8均为环形的结构特点，辐射贴片2在X方向上的电流呈现出幅度相同，方向相反的分布，故不会产生有效的辐射，而在Y方向上则会产生方向相同的矢量电流，如图4所示，从而产生有效辐射，图4中J1-J8即为方向相同的矢量电流。同时该毫米波高增益串馈微带环天线结构为多个环的串联，因此整个天线就会有多个有效辐射电流产生辐射，从而得到较高的增益。本发明设置的缺口环形贴片单元的数量可以根据不同的需要进行设计，缺口环形贴片单元的数量越多，增益效果越明显。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，包括：金属反射板、介质基板(3)、天线辐射体以及多个同轴馈线(4)；
所述天线辐射体、介质基板(3)以及金属反射板由上至下依次连接；
所述同轴馈线(4)位于所述介质基板(3)内部，所述同轴馈线(4)的内导线在所述同轴馈线(4)的顶端通过第一馈电端口与所述天线辐射体连接，所述同轴馈线(4)的外导线在所述同轴馈线(4)的底端与所述金属反射板连接。
2.根据权利要求1所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述金属反射板、天线辐射体分别为金属地板(1)、辐射贴片(2)。
3.根据权利要求2所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述辐射贴片(2)包括多个缺口环形贴片单元(5)、多个串联贴片单元(6)、一个第一边缘环形贴片单元(7)以及一个第二边缘环形贴片单元(8)；
所述缺口环形贴片单元(5)具有两个第一缺口(9)，且所述第一缺口(9)与所述串联贴片单元(6)一体连接，所述第一边缘环形贴片单元(7)以及第二边缘环形贴片单元(8)均具有一个第二缺口(10)且所述第二缺口(10)与所述串联贴片单元(6)一体连接；
所述缺口环形贴片单元(5)与所述串联贴片单元(6)依次交替布置，且所述第一边缘环形贴片单元(7)以及第二边缘环形贴片单元(8)分别布置在所述辐射贴片(2)的两端；所述缺口环形贴片单元(5)的数量比所述串联贴片单元(6)的少一个。
4.根据权利要求3所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述缺口环形贴片单元(5)具有两个的第一缺口(9)对称布置。
5.根据权利要求3所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述串联贴片单元(6)包括第一串联体(11)以及第二串联体(12)；
所述第一串联体(11)与所述第二串联体(12)平行且对称布置；所述第一串联体(11)与第二串联体(12)之间具有第一通道；
所述缺口环形贴片单元(5)与第一边缘环形贴片单元(7)之间、所述相邻的缺口环形贴片单元(5)之间、所述缺口环形贴片单元(5)与第二边缘环形贴片单元(8)之间均设置有第一通道；
所述第一串联体(11)与所述第一缺口(9)的一端或与所述第二缺口(10)的一端一体连接；所述第二串联体(12)与所述第一缺口(9)的另一端或与所述第二缺口(10)的另一端一体连接。
6.根据权利要求3所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述缺口环形贴片单元(5)的数量为2个，所述串联贴片单元(6)的数量为3个。
7.根据权利要求6所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述同轴馈线(4)的数量为2个；所述两个同轴馈线(4)分别位于第一串联体(11)、第二串联体(12)上，且所述2个同轴馈线(4)对称布置。
8.根据权利要求1所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述介质基板(3)为矩形，所述介质基板(3)的厚度h＝0.787mm，宽度L＝20mm，长度W＝23mm，介电常数为2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。
9.根据权利要求1所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，所述辐射贴片(2)的尺寸为：相邻两个缺口环形贴片单元(5)的圆心距离d＝2.5mm；第一串联体(11)以及第二串联体(12)的宽度均为Wt＝0.6mm；缺口环形贴片单元(5)、第一边缘环形贴片单元(7)以及一个第二边缘环形贴片单元(8)的内环半径均为Rin＝1.5mm，外环半径均为Rout＝2.3mm。
10.根据权利要求1所述的毫米波高增益串馈微带环天线，其特征在于，介质基板(3)采用Rogers5880。
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