CN209418759U - 一种超宽频微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微带天线技术领域，且公开了一种超宽频微带天线，包括第二介质板，所述第二介质板的上表面堆叠有第一介质板，所述第一介质板的正面设置有矩形辐射单元，所述第二介质板的正面设置有两个金属带条，两个所述金属带条的耦合区域位于所述矩形辐射单元的正下方，所述第一介质板的上表面开设有两个介质板开槽，两个所述金属带条的末端均固定连接有金属馈针。该超宽频微带天线，结构工艺简单，内置方便，尺寸剖面小，超宽带，双极化，有效的解决了传统超宽频定向天线在辐射方向（剖面）的尺寸较大，极化单一、不易内置安装等问题。

Description

一种超宽频微带天线

技术领域

本实用新型涉及微带天线技术领域，具体为一种超宽频微带天线。

背景技术

作为无线通信***中重要的射频前端器件，天线可以将自由空间的电磁能量与高频电流能量相互转换，并且可使电流能量在指定的空域内辐射传播。天线单元形式的选择，对天线的整体结构影响意义重大，甚至对天线的整体设计产生致命影响。

UWB（Ultra Wideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒级至微妙级的非正弦波窄脉冲传输数据。将相对带宽大于25%，或者中心频率大于500MHz的被称为超宽带。

现有的技术中，超宽带天线对于定向的印刷单极子（如Vivaldi天线，八木天线等），天线高度要求近四分之一波长，导致天线剖面较高，不利天线内置，而且安装也不方便，对接收（或发射）天线也要求垂直极化，导致天线不能任意放置。

随着通信技术迅猛发展，UWB技术发展也越来越成熟，使用在更多不同的场景中，这时也需要更多可用于不同场景的超宽带天线。因此设计一种结构简单、性能良好、易于集成的天线单元具有重大意义。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种超宽频微带天线，具备结构简单、性能良好、易于集成的优点，解决了传统超宽频定向天线在辐射方向（剖面）的尺寸较大，极化单一、不易内置安装等的问题。

为实现上述结构简单、性能良好、易于集成的目的，本实用新型提供如下技术方案：一种超宽频微带天线，包括第二介质板，所述第二介质板的上表面堆叠有第一介质板，所述第一介质板的正面设置有矩形辐射单元，所述第二介质板的正面设置有两个金属带条，两个所述金属带条的耦合区域位于所述矩形辐射单元的正下方，所述第一介质板的上表面开设有两个介质板开槽，两个所述金属带条的末端均固定连接有金属馈针，两个所述介质板开槽位于所述金属带条的正上方，两个所述金属馈针的底端分别固定连接有宽带功分器的输出端，所述宽带功分器的输入端固定连接有SMA接头，所述第二介质板的下表面固定连接有四个塑料支柱，四个所述塑料支柱均匀分布在所述第二介质板的下表面，四个所述塑料支柱的底端之间固定连接有金属地板，所述金属地板的下表面设置有第三介质板，所述金属地板的上表面开设有两个金属地板开槽，两个所述金属馈针的底端贯穿并延伸至所述金属地板开槽的内部，所述第一介质板的上表面穿插设置有四个塑料螺丝，四个所述塑料螺丝的外表面面螺纹连接有塑料螺母，所述第二介质板与所述第三介质板之间设置有空气间隙。

优选的，所述矩形辐射单元使用黄铜刻蚀在所述第一介质板的正面，所述第一介质板的背面没有敷铜。

优选的，两个所述金属带条使用黄铜刻蚀在所述第二介质板的正面，所述第二介质板的背面没有敷铜，两个所述金属带条之间的夹角为九十度。

优选的，所述金属地板使用黄铜刻蚀在所述第三介质板的正面，所述第三介质板的背面使用黄铜刻蚀宽所述宽带功分器。

优选的，所述宽带功分器的两输出端经两个所述金属馈针为两个所述金属带条直接馈电，被激励的所述金属带条通过耦合馈电方式激励所述矩形辐射单元。

优选的，四个所述塑料螺丝的底端均贯穿所述第一介质板和第二介质板，再分别穿过四个所述塑料支柱和所述第三介质板，并延伸至所述第三介质板的下方，所述塑料螺母位于所述第三介质板的下表面。

优选的，所述矩形辐射单元的尺寸和两个耦合馈线长度尺寸与超宽频微带天线的低频段相关，所述空气间隙高度与超宽频微带天线的高频段及带宽相关，两个所述金属带条的耦合区域长度和两个所述金属带条的宽度与超宽频微带天线阻抗匹配相关，馈电方式与超宽频微带天线的极化形式、宽频带工作特性相关，低频段为3.5GHz-4.5GHz，所述的高频段为.5.5GHz-7.5GHz，所述的宽频双极化微带天线阻抗为50Ω，所述超宽频微带天线的极化为双线极化，即垂直极化和水平极化。

优选的，所述矩形辐射单元的尺寸约为低频的四分之一，两个耦合馈线长度尺寸约为低频的四分之一波长，所述空气间隙高度为高频的四分之一波长。

优选的，两个所述介质板开槽和两个所述金属地板开槽是为了电磁能量的有效传输，同时便于焊接、装配。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供了一种超宽频微带天线，具备以下有益效果：

该超宽频微带天线，结构工艺简单，内置方便，尺寸剖面小，超宽带，双极化，有效的解决了传统超宽频定向天线在辐射方向（剖面）的尺寸较大，极化单一、不易内置安装等问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图。

图中：1矩形辐射单元、2金属带条、3塑料螺丝、4金属地板、5第一介质板、6第二介质板、7第三介质板、8宽带功分器、9SMA接头、10金属地板开槽、11金属馈针、12介质板开槽、13塑料支柱、14塑料螺母、15金属带条的耦合区域、16空气间隙。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，一种超宽频微带天线，包括第二介质板6，第二介质板6的上表面堆叠有第一介质板5，第一介质板5的正面设置有矩形辐射单元1，矩形辐射单元1为低频的四分之一波长，该尺寸只是增加天线横向的面积，对于天线的剖面尺寸还是很小的，矩形辐射单元1使用黄铜刻蚀在第一介质板5的正面，第一介质板5的背面没有敷铜，第二介质板6的正面设置有两个金属带条2，两个金属带条2一端为开路短截线，金属带条2使用黄铜刻蚀在第二介质板6的正面，第二介质板6的背面没有敷铜，两个金属带条2之间的夹角为九十度，两个金属带条2的外表面均设置有金属带条的耦合区域15，金属带条2长度约低频的四分之一波长，金属带条的耦合区域15长度约为整个带宽中心频率的八分之一，实现电磁耦合型馈电方式，并且能进一步获得宽频带的驻波比，调节金属带条的耦合区域15长度及金属带条2的宽度获得更佳的阻抗匹配，两个金属带条的耦合区域15位于矩形辐射单元1的正下方，第一介质板5的上表面开设有两个介质板开槽12，两个金属带条2的末端均固定连接有金属馈针11，两个介质板开槽12位于金属带条2的正上方，两个金属馈针11的底端分别固定连接有宽带功分器8的输出端，两个金属馈针11顶端分别连接两个金属带条2的末端，形成双馈电点，激励二正交极化模，从而实现双极化，宽带功分器8的两输出端经两个金属馈针11为两个金属带条2直接馈电，被激励的金属带条2通过耦合馈电方式激励矩形辐射单元1。

宽带功分器8的输入端固定连接有SMA接头9，第二介质板6的下表面固定连接有四个塑料支柱13，四个塑料支柱13均匀分布在第二介质板6的下表面，四个塑料支柱13的底端之间固定连接有金属地板4，金属地板4的下表面设置有第三介质板7，金属地板4使用黄铜刻蚀在第三介质板7的正面，第三介质板7的背面使用黄铜刻蚀宽带功分器8，金属地板4的上表面开设有两个金属地板开槽10，两个介质板开槽12和两个金属地板开槽10是为了电磁能量的有效传输，同时便于焊接、装配，两个金属馈针11的底端贯穿并延伸至金属地板开槽10的内部，第一介质板5的上表面穿插设置有四个塑料螺丝3，四个塑料螺丝3的外表面面螺纹连接有塑料螺母14，四个塑料螺丝的底端均贯穿第一介质板5和第二介质板6，再分别穿过四个塑料支柱13和第三介质板7，并延伸至第三介质板7的下方，塑料螺母14位于第三介质板7的下表面，这样的结构可大大的增加带宽，第二介质板6与第三介质板7之间设置有空气间隙16。

矩形辐射单元1的尺寸和两个耦合馈线长度尺寸与超宽频微带天线的低频段相关，空气间隙16高度与超宽频微带天线的高频段及带宽相关，两个金属带条的耦合区域15长度和两个金属带条2的宽度与超宽频微带天线阻抗匹配相关，馈电方式与超宽频微带天线的极化形式、宽频带工作特性相关，低频段为3.5GHz-4.5GHz，的高频段为5.5GHz-7.5GHz，的宽频双极化微带天线阻抗为50Ω，超宽频微带天线的极化为双线极化，即垂直极化和水平极化，矩形辐射单元1的尺寸约为低频的四分之一，两个耦合馈线长度尺寸约为低频的四分之一波长，空气间隙16高度为高频的四分之一波长。

参照图1，所述的第一介质板5、第二介质板6和第三介质板7的介质材料是相对介电常数为2.55，厚度为0.8mm的F4B-2聚四氟乙烯板材。所述的矩形辐射单元1约为低频的四分之一波长，即23.5mm。所述的金属带条2长度为22mm，宽度为2.5mm，位置偏移天线中心4.65mm。所述的金属馈针11直径为1.8mm，选择1.8mm直径的金属馈针11可补偿金属馈针11长度为11.5mm引起的感性阻抗。所述的空气间隙16为10mm。

在本实用新型实施例中，所述宽带功分器8是两级Wilkinson功分器，也可采用其他结构的功分器，如微带分支线定向耦合器、双线二分线等。

在本实用新型实施例中，通过采用商业仿真软件(High Frequency StructureSimulator HFSS)对进行仿真计算，本实用新型超宽带双极化微带天线的VSWR≤ 2，其天线高度小于低频段的八分之一波长。可在带内实现双线极化的良好辐射性能，极化纯度高，效率较高。

本实用新型天线的驻波-频率可以有效工作在 3.5GHz-4.5GHz和5.5GHz-7GHz的宽频带内，且驻波比小于2，满足超宽带无线通信、探测或监测的通用要求。

工作原理：该超宽频微带天线，采用两个馈电的两个金属带条2对顶层矩形辐射单元1耦合馈电可实现低频段宽带的要求，采用上面两层介质板与底层宽带功分器8基板分离出一段空气间隙16的方法可实现高频段宽带的要求，因此，在微带天线结构的基础上，本实用新型采用双馈点耦合馈电和与底层宽带功分器8分离出一段空气间隙16的方法，有助于实现超宽带双极化微带天线。

综上所述，该超宽频微带天线，结构工艺简单，内置方便，尺寸剖面小，超宽带，双极化，有效的解决了传统超宽频定向天线在辐射方向（剖面）的尺寸较大，极化单一、不易内置安装等问题。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种超宽频微带天线，包括第二介质板（6），其特征在于：所述第二介质板（6）的上表面堆叠有第一介质板（5），所述第一介质板（5）的正面设置有矩形辐射单元（1），所述第二介质板（6）的正面设置有两个金属带条（2），两个所述金属带条的耦合区域（15）位于所述矩形辐射单元（1）的正下方，所述第一介质板（5）的上表面开设有两个介质板开槽（12），两个所述金属带条（2）的末端均设置为金属馈针（11），两个所述介质板开槽（12）位于所述金属带条（2）焊接的正上方，两个所述金属馈针（11）的底端分别固定连接有宽带功分器（8）的输出端，所述宽带功分器（8）的输入端固定连接有SMA接头（9），所述第二介质板（6）的下表面固定连接有四个塑料支柱（13），四个所述塑料支柱（13）均匀分布在所述第二介质板（6）的下表面，四个所述塑料支柱（13）的底端之间固定连接有金属地板（4），所述金属地板（4）的下表面设置有第三介质板（7），所述金属地板（4）的上表面开设有两个金属地板开槽（10），两个所述金属馈针（11）的底端贯穿并延伸至所述金属地板开槽（10）的内部，所述第一介质板（5）的上表面穿插设置有四个塑料螺丝（3），四个所述塑料螺丝（3）的外表面面螺纹连接有塑料螺母（14），所述第二介质板（6）与所述第三介质板（7）之间设置有空气间隙（16）。

2.根据权利要求1所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：所述矩形辐射单元（1）使用黄铜刻蚀在所述第一介质板（5）的正面，所述第一介质板（5）的背面没有敷铜。

3.根据权利要求1所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：两个所述金属带条（2）使用黄铜刻蚀在所述第二介质板（6）的正面，所述第二介质板（6）的背面没有敷铜，两个所述金属带条（2）之间的夹角为九十度。

4.根据权利要求1所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：所述金属地板（4）使用黄铜刻蚀在所述第三介质板（7）的正面，所述第三介质板（7）的背面使用黄铜刻蚀宽所述宽带功分器（8）。

5.根据权利要求1所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：所述宽带功分器（8）的两输出端经两个所述金属馈针（11）为两个所述金属带条（2）直接馈电，被激励的所述金属带条（2）通过耦合馈电方式激励所述矩形辐射单元（1）。

6.根据权利要求1所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：四个所述塑料螺丝的底端均贯穿所述第一介质板（5）和第二介质板（6），再分别穿过四个所述塑料支柱（13）和所述第三介质板（7），并延伸至所述第三介质板（7）的下方，所述塑料螺母（14）位于所述第三介质板（7）的下表面。

7.根据权利要求1所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：所述矩形辐射单元（1）的尺寸和两个耦合馈线长度尺寸与超宽频微带天线的低频段相关，所述空气间隙（16）高度与超宽频微带天线的高频段及带宽相关，两个所述金属带条的耦合区域（15）长度和两个所述金属带条（2）的宽度与超宽频微带天线阻抗匹配相关，馈电方式与超宽频微带天线的极化形式、宽频带工作特性相关，低频段为3.5GHz-4.5GHz，所述的高频段为5.5GHz-7.5GHz，所述的宽频双极化微带天线阻抗为50Ω，所述超宽频微带天线的极化为双线极化，即垂直极化和水平极化。

8.根据权利要求7所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：所述矩形辐射单元（1）的尺寸约为低频的四分之一，两个耦合馈线长度尺寸约为低频的四分之一波长，所述空气间隙（16）高度为高频的四分之一波长。

9.根据权利要求7所述的一种超宽频微带天线，其特征在于：两个所述介质板开槽（12）和两个所述金属地板开槽（10）是为了电磁能量的有效传输，同时便于焊接、装配。