CN118315797A - 贴片天线及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种贴片天线和终端设备，贴片天线包括：介质基板，具有相背设置的第一面和第二面；贴片，贴设于第一面，且贴片覆盖部分第一面，贴设于第一面的贴片向外延伸形成耦合枝节；以及接地平面，设于第二面，接地平面对应耦合枝节的位置开设有第一槽体，耦合枝节在接地平面的正投影与第一槽体至少部分交叠，耦合枝节对第一槽体进行耦合馈电激励。本申请使用微带天线的腔模谐振理论，引入槽模式，通过多模耦合的技术手段用以拓展阻抗带宽，在拓展阻抗带宽的同时也可以在带宽内获得稳定的增益和效率。

Description

贴片天线及终端设备

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种贴片天线及终端设备。

背景技术

终端通信设备作为无线通信的重要媒介之一，其便携和小型化是最显著的特点，为了实现这两个目标，这也要求天线的尺寸偏向于小型化。传统天线的多个电参数之间往往不能全部兼并，即天线不能在小型化的同时，获得较宽的带宽。

发明内容

本申请实施例提出了一种贴片天线及终端设备，旨在实现天线小型化的同时，获得较宽的带宽。

第一方面，本申请实施例提出了一种贴片天线，包括介质基板，具有相背设置的第一面和第二面；贴片，贴设于所述第一面，且所述贴片覆盖部分所述第一面，贴设于所述第一面的所述贴片向外延伸形成耦合枝节；以及接地平面，设于所述第二面，所述接地平面对应所述耦合枝节的位置开设有第一槽体，所述耦合枝节在所述接地平面的正投影与所述第一槽体至少部分交叠，所述耦合枝节对所述第一槽体进行耦合馈电激励。

作为进一步的实施例，所述介质基板还包括连接于所述第一面和所述第二面之间的侧面，所述贴片覆盖部分所述侧面，所述接地平面与贴设于所述侧面的所述贴片电连接。

作为进一步的实施例，所述贴片在所述第一面的正投影形状为1/4椭圆形。

作为进一步的实施例，所述椭圆形的离心率为0.8-0.9。

作为进一步的实施例，所述椭圆形的长轴的长度尺寸为a,所述椭圆形的短轴长度尺寸为b，a、b之比在1.5:1-3:1之间。

作为进一步的实施例，所述第一槽体为L形槽，所述L形槽包括相连通的第一边和第二边，所述第一边与所述耦合枝节相互平行设置，所述第二边贯穿所述接地平面的一侧面，且所述第二边与所述耦合枝节在所述接地平面的正投影垂直相交。

作为进一步的实施例，贴设于所述第一面的所述贴片开设有第二槽体，所述第二槽体将所述贴片分隔为电连接的第一部分和第二部分，所述第二部分包围所述第一部分；所述贴片天线还包括馈电探针，所述第一部分与所述馈电探针电连接。

作为进一步的实施例，所述第二槽体包括依次垂直连接的第三边、第四边和第五边，所述第三边和第五边分别连接于所述第四边的两端，且所述第三边和所述第五边分别位于所述第四边同侧，所述第三边和所述第五边均贯穿位于所述第一面的所述贴片边缘。

作为进一步的实施例，所述馈电探针与所述贴片的交点为第一交点，所述第一交点与所述第三边或所述第五边的垂直距离为D1，所述第一交点与所述第四边之间的垂直距离为D2，D1、D2满足以下条件：D1＝D2。

第二方面，本申请实施例还提出一种终端设备，包括第一方面任一项所述的贴片天线。

本申请实施例提供的贴片天线，贴片并未完全覆盖介质基板的第一面，从而实现了小型化，与此同时，借助微带天线的腔模谐振理论，由于第一槽体具有有效辐射的谐振模式，通过耦合枝节对第一槽体的耦合，激励出槽模式，并与贴片自身的谐振模式耦合用以拓展带宽，同时也可以在带宽内获得稳定的增益和效率，综上，本申请的贴片天线在获得小型化的同时也拓展了带宽。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本申请一实施例提出的贴片天线的分体式立体图；

图2示出本申请又一实施例提出的贴片天线的分体式立体图；

图3示出本申请又一实施例提出的贴片天线的模型图；

图4示出本申请又一实施例提出的贴片天线的俯视图；

图5示出本申请又一实施例提出的贴片天线的仰视图；

图6示出本申请又一实施例提出的贴片天线的侧视图；

图7示出本申请又一实施例提出的贴片天线的参数图；

图8示出本申请又一实施例提出的贴片天线的参数图；

图9示出本申请又一实施例提出的贴片天线的参数图；

图10示出本申请再一实施例提出的贴片天线的_oTM₂₁模式和第一槽体辐射模式的电场可视化和磁流分布图；

图11示出本申请另一实施例提出的贴片天线的磁流元与远场辐射方向图关系图；

图12示出本申请另外一实施例提出的贴片天线的回波损耗频响特性曲线图；

图13示出本申请其他实施例提出的贴片天线的增益频响特性曲线图；

图14示出本申请一具体实施例提出的贴片天线的3.2GHz谐振频点处远场方向图；

图15示出本申请又一具体实施例提出的贴片天线的3.79GHz谐振频点处远场方向图。

其中，附图标记说明如下：

10、贴片天线；1、贴片；11、第一部分；12、第二部分；2、介质基板；21、第一面；22、第二面；3、耦合枝节；4、第一槽体；41、第一边；42、第二边；5、接地平面；6、第二槽体；61、第三边；62、第四边；63、第五边；7、馈电探针；8、第一交点；9、通孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请一实施例提出了一种用于终端设备的贴片天线10，请参照图1所示，该贴片天线10包括介质基板2、贴片1和接地平面5，所述介质基板2包括第一面21和第二面22，所述第一面21和所述第二面22分别设于所述介质基板2的相背两侧；所述贴片1贴设于所述介质基板2的第一面21，且所述贴片1覆盖部分所述第一面21，贴设于所述第一面21的所述贴片1向外延伸形成耦合枝节3；所述接地平面5设于所述介质基板2的第二面22，所述接地平面5对应所述耦合枝节3的位置开设有第一槽体4，所述耦合枝节3在所述接地平面5的正投影与所述第一槽体4至少部分交叠，所述耦合枝节3对所述第一槽体4进行耦合馈电激励。

在本申请实施例中，该贴片天线10中的贴片1未完全覆盖介质基板2的第一面21，从而实现了小型化，与此同时，借助微带天线的腔模谐振理论，由于第一槽体4具有有效辐射的谐振模式，通过耦合枝节3对第一槽体4的耦合，激励出槽体模式，并与贴片1自身谐振模式耦合用以拓展带宽，同时也可以在带宽内获得稳定的增益和效率，综上，本申请实施例的贴片天线10在获得小型化的同时也拓展了带宽。

在其中一些实施例中，所述介质基板2的第一面21可以为圆形、矩形或者其他多边形，贴片1可以覆盖第一面21面积的1/2、1/3或者1/4，且贴片1边缘为弧形、直线形或者折线形。第一面21的形状、贴片1覆盖的面积以及贴片1边缘形状不限于上述几种，只要能实现不完全覆盖第一面21的贴片1的技术方案，均落入本申请实施例的保护范围内。

在另外一些实施例中，所述介质基板2还包括连接于所述第一面21和所述第二面22之间的侧面，所述贴片1覆盖部分所述侧面，所述接地平面5与贴设于所述侧面的所述贴片1电连接。

在具体的实施例中，该介质基板2为矩形状，且具有四个依次连接形成矩形框的侧面，贴片1覆盖其中两个相邻的侧面，使得位于第一面21的贴片1处的电场较相邻两个侧面处的贴片1的电场更强，便于在此引出耦合枝节3，对接地平面5的第一槽体4完成差分馈电激励，激励出槽模式，并与贴片1自身的谐振模式相耦合，以拓宽带宽。

在其他的实施例中，所述贴片1在所述第一面21的正投影形状为1/4椭圆形。贴片1在第一面21的正投影形状为1/4椭圆形，本实施例中的1/4椭圆形贴片1的工作模式为_oTM₂₁谐振模式。

在进一步的实施例中，所述椭圆形的离心率为0.8-0.9。采用完整椭圆贴片1的1/4大小作为辐射元，有效削减贴片1的整体尺寸，并且使用1/4椭圆贴片天线10的_oTM₂₁模式作为工作模式，其电场分布较为简洁，等效磁流元的成分较为简洁，通过在1/4椭圆形贴片1的电场较强处引出耦合枝节3，对接地平面5的第一槽体4完成差分馈电激励，第一槽体4走向的有效选择可以保证槽模式的磁流元与1/4椭圆形贴片1的_oTM₂₁模式的磁流元保持同相位，使得两种模式进行耦合用以拓宽带宽。

在本申请实施例中，为了实现小型化，采用1/4椭圆形贴片1作为辐射体，相较于完整的椭圆形贴片1，1/4椭圆形贴片1的尺寸大大削减，并且如上所述，对1/4椭圆形贴片1的长轴和短轴直边进行接地短路处理，这种处理既可以削减尺寸也可以完成磁流元成分的简化处理，此时仅在椭圆弧段磁壁位置存在磁流元用作辐射。

在又一实施例中，所述椭圆形的长轴的长度尺寸为a,所述椭圆形的短轴长度尺寸为b，a、b之比在1.5:1-3:1之间。

在进一步的实施例中，1/4椭圆形贴片1的长轴和短轴之比为2：1。请参见图10所示，图10分别示出1/4椭圆形贴片1的自身辐射模式_oTM₂₁模式和第一槽体4的槽模式的电场可视化以及磁流分布图，可以看出，两者均有较强的x方向磁流，其中x方向磁流元用于形成边射型辐射方向图，由于两种磁流元分别分布在贴片1和接地平面5，因此在+Z方向和-Z方向形成两个边射型方向图，为了极大地降低贴片天线10的交叉极化，则选择离心率较大的1/4椭圆贴片1作为辐射阵元。

在具体的实施例中，选择1/4椭圆形贴片1的离心率为0.87，即椭圆形贴片1的长轴和短轴之比为2：1。

在再一实施例中，所述第一槽体4为L形槽，所述L形槽包括相连通的第一边41和第二边42，所述第一边41与所述耦合枝节3相互平行设置，所述第二边42贯穿所述接地平面5的一侧面，且所述第二边42与所述耦合枝节3在所述接地平面5的正投影垂直相交。L形槽应与上述耦合枝节3上下对应设置，便于耦合枝节3激励L形槽，形成与_oTM₂₁模式相互耦合的槽模式，以此拓宽带宽。

在另外的实施例中，请参考图2-图6所示，贴设于所述第一面的所述贴片1开设有第二槽体6，所述第二槽体6将所述贴片1分隔为电连接的第一部分11和第二部分12，所述第二部分12包围所述第一部分11；该贴片天线10还包括馈电探针，所述第一部分11与所述馈电探针7电连接。本实施例中，通过加入一个第二槽体6，该第二槽体将贴片1划分为电连接的第一部分11和第二部分12，结合图2-图6所示，且第一部分11与馈电探针7电连接，从而该第二槽体6形成了一个电容槽，该电容槽消除了馈电探针7所引入的寄生电感效应。

在进一步的实施例中，所述第二槽体6包括依次垂直连接的第三边61、第四边62和第五边63，所述第三边61和第五边63分别连接于所述第四边62的两端，且所述第三边61和所述第五边63分别位于所述第四边62同侧，所述第三边61和所述第五边63均贯穿位于所述第一面的所述贴片1边缘。可见，由第三边61、第四边62和第五边63围成的部分为第一部分11，而其余包围第三边61、第四边62和第五边63的部分则为第二部分12，第二部分12包围第一部分11。

在具体的实施例中，所述馈电探针7与所述贴片1的交点为第一交点8，所述第一交点8与所述第三边61或所述第五边63的垂直距离为D1，所述第一交点8与所述第四边62之间的垂直距离为D2，D1、D2满足以下条件：D1＝D2。由此，馈电探针7设置在第二槽体6的中心位置，到各边的距离均相同。

在又一实施例中，所述贴片1、所述介质基板2和所述接地平面5均具有贯通的通孔9，馈电探针7穿入所述通孔9内，以此所述馈电探针7将所述贴片1接地。

在具体的实施例中，请继续参考图2-图6所示，还包括射频连接器，该射频连接器包括相连接的馈电探针7和法兰盘，馈电探针7穿入所述通孔9内，且所述馈电探针7与所述贴片1的第一部分电连接，所述法兰盘抵接于所述接地平面5背离所述贴片1的一侧。

在一些实施例中，请参考图7-图9所示，本实施例的贴片天线10是由贴片1、介质基板2、耦合枝节3、第一槽体4、接地平面5、第二槽体6以及射频连接器组成。图7-图9示出了附带具体参数的贴片天线10模型图，各个参数的具体数值为：介质基板2的长度X1＝30mm，1/4椭圆形贴片1的长轴尺寸a＝20mm，1/4椭圆形贴片1的离心率e＝0.87,耦合枝节3的长度X2＝2.5mm，第一槽体4的第二边42距离其最近的介质基板2的宽边的垂直距离X3＝9.5mm,第一槽体4的第一边41的长度尺寸X4＝8.1mm，第一交点8与其最近的介质基板2的宽边的垂直距离X5＝13mm，介质基板2的宽度Y1＝15mm，第一槽体4的第二边42的长度尺寸Y2＝4mm，第一交点8与其最近的介质基板2的长边的垂直距离Y3＝6.8mm，第二槽体6的第四边的整体长度T1＝4mm，第二槽体6的第四边除去开槽位置的长度T2＝3.8mm，第一交点8距离第三边61、第四边62和第五边63中任一边的垂直距离T3＝2mm，第一槽体4的第二边42的宽度T4＝0.8mm,整个贴片天线10的剖面高度h＝4mm，其中，射频连接器的馈电探针7的长度为2mm，馈电探针7的直径为1.4mm。

在另外的实施例中，由于低剖面取决于介质基板2的厚度，使用越薄的介质基板2往往带宽很窄，本申请实施例就是通过使用较薄的低剖面的介质基板2实现了较大的阻抗带宽，所以本申请实施例也实现了贴片天线10的低剖面。

在具体的实施例中，介质基板2的材质为rogers4003。

在其他实施例中，接地平面5的材质为铜等导电材质。

在一些实施例中，为了实现小型化，沿着完整椭圆形贴片1的长轴和短轴将贴片1切割成为四等部分，选取其中1/4椭圆形作为辐射元，为了简化磁流元成分以及最大限度的降低贴片天线10的整体尺寸，将1/4椭圆形贴片1的短轴和长轴作接地短路处理，其中1/4椭圆形贴片1的基模为_oTM₂₁模式，为了实现多模谐振和全向辐射，在1/4椭圆形贴片1的背面引入一个第一槽体4作为辐射槽，并通过1/4椭圆形贴片1的弧形边引出一个耦合枝节3对第一槽体4进行耦合馈电激励，通过调整第一槽体4的电长度，激发出槽模式，最终完成槽模式和_oTM₂₁模式的耦合。具体尺寸可以根据实际频段的设计需求确定，此处椭圆形贴片1的长轴尺寸为20mm，短轴尺寸为10mm，离心率选择为0.87。

在进一步的实施例中，为了实现宽频带，根据多模谐振理论，可以通过激励多个模式，并完成多个模式之间的耦合，耦合所得带宽将远大于单独一个模式的带宽，所述的贴片天线10是通过射频连接器直接激励出1/4椭圆形贴片1的谐振模式_oTM₂₁模式，然后在_oTM₂₁模式的电场较强位置处引出一个耦合枝节3，在接地平面5刻蚀出一个用于辐射的第一槽体4，并通过耦合枝节3对第一槽体4进行耦合馈电激励，通过调整第一槽体4的电长度，最终完成第一槽体4的槽模式和贴片1的_oTM₂₁模式的耦合，从而拓宽带宽。

在另外的实施例中，传统贴片天线10由于地的存在，远场的辐射方向图往往表现单向的边射特性，此时由于接地平面5开设第一槽体4，更小的接地平面5，相当于两个上下放置的磁流元组成的二元阵列，如图11所示，本实施例中贴片1和地分别为第一槽体4和贴有贴片1的介质基板2，同时这个介质基板2由于尺寸有限，因此该贴片天线10的远场辐射图在φ＝0°和φ＝90°两个平面内分别表现为全向辐射和双边射的特性。

在又一实施例中，如图11-图12所示，可以直观看出贴片天线10的阻抗带宽范围为2.94GHz-4.14GHz(34％相对带宽)，因此可以认为达到双模超宽带特性，在通带范围内θ＝0°方向增益稳定在3.25dBi左右，θ＝180°方向增益稳定在1.7dBi左右。如图14-15所示，可以看到E面表现为双边射特性，在H面表现为全向特性，可以认为达到全向特性。当贴片天线10尺寸为0.35λ₀*0.175λ₀，剖面厚度仅为0.047λ₀，可以认为达到小型化和低剖面。

再一实施例中，请参考图13所示，在完成两个模式耦合后，贴片1的磁流元和第一槽体4的磁流元在E面的θ＝0°和θ＝180°两个方向会形成边射型辐射方向图，在H面会形成全向型辐射方向图。

另一方面，本申请实施例还提出一种终端设备，包括所述的贴片天线10。该终端设备可用作室内放置的全向覆盖无线通信基站、WIFI6E标准的路由器、小型室内基站、移动通讯终端设备以及车载定位系统等。本实施例所述的终端设备不限于上述几种，包含上述贴片天线的终端设备均落入本实施例的保护范围。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种贴片天线，其特征在于，包括：

介质基板，具有相背设置的第一面和第二面；

贴片，贴设于所述第一面，且所述贴片覆盖部分所述第一面，贴设于所述第一面的所述贴片向外延伸形成耦合枝节；以及

接地平面，设于所述第二面，所述接地平面对应所述耦合枝节的位置开设有第一槽体，所述耦合枝节在所述接地平面的正投影与所述第一槽体至少部分交叠，所述耦合枝节对所述第一槽体进行耦合馈电激励。

2.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述介质基板还包括连接于所述第一面和所述第二面之间的侧面，所述贴片覆盖部分所述侧面，所述接地平面与贴设于所述侧面的所述贴片电连接。

3.根据权利要求1或2所述的贴片天线，其特征在于，所述贴片在所述第一面的正投影形状为1/4椭圆形。

4.根据权利要求3所述的贴片天线，其特征在于，所述椭圆形的离心率为0.8-0.9。

5.根据权利要求3所述的贴片天线，其特征在于，所述椭圆形的长轴的长度尺寸为a,所述椭圆形的短轴长度尺寸为b，a、b之比在1.5:1-3:1之间。

6.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，所述第一槽体为L形槽，所述L形槽包括相连通的第一边和第二边，所述第一边与所述耦合枝节相互平行设置，所述第二边贯穿所述接地平面的一侧面，且所述第二边与所述耦合枝节在所述接地平面的正投影垂直相交。

7.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，贴设于所述第一面的所述贴片开设有第二槽体，所述第二槽体将所述贴片分隔为电连接的第一部分和第二部分，所述第二部分包围所述第一部分；

所述贴片天线还包括馈电探针，所述第一部分与所述馈电探针电连接。

8.根据权利要求7所述的贴片天线，其特征在于，所述第二槽体包括依次垂直连接的第三边、第四边和第五边，所述第三边和第五边分别连接于所述第四边的两端，且所述第三边和所述第五边分别位于所述第四边同侧，所述第三边和所述第五边均贯穿位于所述第一面的所述贴片边缘。

9.根据权利要求8所述的贴片天线，其特征在于，所述馈电探针与所述贴片的交点为第一交点，所述第一交点与所述第三边或所述第五边的垂直距离为D1，所述第一交点与所述第四边之间的垂直距离为D2，D1、D2满足以下条件：D1＝D2。

10.一种终端设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的贴片天线。