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CN112310631A - 一种基于pcb的小型化微带天线 - Google Patents

一种基于pcb的小型化微带天线 Download PDF

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Publication number
CN112310631A
CN112310631A CN202011231292.1A CN202011231292A CN112310631A CN 112310631 A CN112310631 A CN 112310631A CN 202011231292 A CN202011231292 A CN 202011231292A CN 112310631 A CN112310631 A CN 112310631A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
radiation patch
pcb
ground plate
microstrip antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011231292.1A
Other languages
English (en)
Inventor
王昊
王建
权双龙
徐达龙
王岩
徐文文
陶诗飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
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Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于PCB的小型化微带天线，其包括接地板、介质层、辐射贴片、金属柱和同轴馈电柱，介质层设置在所述接地板的顶部，辐射贴片设置在所述介质层的顶部，其纵向侧边对称开设相同形状的第一矩形槽，其前部的横向侧边对称开设相同形状且对称的第二矩形槽，并且两个所述第二矩形槽由微带线隔开，多个金属柱从所述辐射贴片的顶部插入，并延伸至所述接地板的底部，同轴馈电柱包括第一馈电柱和直径小于所述第一馈电柱直径、且与所述第一馈电柱同轴设置的第二馈电柱，所述第一馈电柱与所述接地板的底部连接，所述第二馈电柱从所述接地板的底部延伸至所述微带线内，该种基于PCB的小型化微带天线增大了天线带宽，并且减小了天线尺寸。

Description

一种基于PCB的小型化微带天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体为一种基于PCB的小型化微带天线。
背景技术
随着现代移动通信技术的发展和军事上的需求，通信天线正在向着小型户、多功能的方向发展。而微带天线以其剖面薄、成本低、易共形等优点而被广泛应用于无线通信系统。传统微带天线辐射贴片窄边尺寸约为半介质波长，当天线频率较低时，天线尺寸较大很多时候无法满足要求。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有天线尺寸较大中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种基于PCB的小型化微带天线，能够有效的增大天线带宽，并且减小天线尺寸。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种基于PCB的小型化微带天线，其包括：
接地板；
介质层，设置在所述接地板的顶部；
辐射贴片，设置在所述介质层的顶部，其纵向侧边对称开设相同形状的第一矩形槽，其前部的横向侧边对称开设相同形状且对称的第二矩形槽，并且两个所述第二矩形槽由微带线隔开；
金属柱，多个金属柱从所述辐射贴片的顶部插入，并延伸至所述接地板的底部；
同轴馈电柱，包括第一馈电柱和直径小于所述第一馈电柱直径、且与所述第一馈电柱同轴设置的第二馈电柱，所述第一馈电柱与所述接地板的底部连接，所述第二馈电柱从所述接地板的底部延伸至所述微带线内。
作为本发明所述的一种基于PCB的小型化微带天线的一种优选方案，其中，所述介质层为介质常数为2.2的介质基板。
作为本发明所述的一种基于PCB的小型化微带天线的一种优选方案，其中，所述第一矩形槽的宽度小于辐射贴片的纵向侧边长度，长度小于所述辐射贴片横向侧边长度的一半。
作为本发明所述的一种基于PCB的小型化微带天线的一种优选方案，其中，所述第二矩形槽的宽度小于所述辐射贴片横向侧边长度的一半。
作为本发明所述的一种基于PCB的小型化微带天线的一种优选方案，其中，所述辐射贴片的顶部开设一排与所述金属柱相适配的通孔。
与现有技术相比，本发明具有二有益效果是：在矩形微带天线的长边中线两侧，分别开出两条平行且相同形状矩形槽，提高天线阻抗带宽。对辐射贴片进行开槽处理，增加电流路径减小天线尺寸，同时在天线末端引入金属柱来减小天线尺寸。通过上述两种方式相结合，增大了天线带宽，并且减小了天线尺寸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。其中：
图1为本发明提供的一种基于PCB的小型化微带天线的整体结构示意图；
图2为本发明提供的一种基于PCB的小型化微带天线的整体结构正视图；
图3为本发明提供的一种基于PCB的小型化微带天线的反射系数示意图；
图4为本发明提供的一种基于PCB的小型化微带天线的仿真整体布局图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种基于PCB的小型化微带天线，能够有效的增大天线带宽，并且减小天线尺寸。
图1-图3示出的是本发明一种基于PCB的小型化微带天线一实施方式的结构示意图和反射系数示意图，请参阅图1-图3，本实施方式的一种种基于PCB的小型化微带天线，其主体部分包括接地板100、介质层200、辐射贴片300、金属柱400和同轴馈电柱500。
接地板100用于接地，并作为介质层200的承载体。
介质层200设置在接地板100的顶部，其作为小型化微带天线的组成结构，用于安装辐射贴片300。作为优选，在本实施方式中，介质层200选用为介质常数为2.2的介质基板。
辐射贴片300设置在介质层200的顶部，其纵向侧边对称开设相同形状的第一矩形槽310，用于增加电流路径，其前部的横向侧边对称开设相同形状且对称的第二矩形槽320，提高天线阻抗带宽，并且两个第二矩形槽320由微带线330隔开。作为优选，在本实施方式中，第一矩形槽310的宽度小于辐射贴片300的纵向侧边长度，长度小于辐射贴片300横向侧边长度的一半，第二矩形槽320的宽度小于辐射贴片300横向侧边长度的一半。
多个金属柱400设置在辐射贴片300的末端，从辐射贴片300的顶部插入，并延伸至接地板100的底部，用于引入短路加载。作为优选，在本实施方式中，辐射贴片300的顶部开设一排与金属柱400相适配的通孔。
下面对上述设计的基于PCB的小型化微带天线进行仿真验证有效性。
天线仿真模型如图4所示，该天线采用微带天线设计，由1290、1485、2584MHz三频点组成。上部为两线极化天线阵列，中心频率1290、2584MHz，介质基板厚度1mm，介电常数2.2，天线介质基板材质F4BMX220。通过在辐射贴片300开矩形槽以及在天线上插入金属柱400来达到小型化目的。
下部为圆极化天线阵列，中心频率1290MHz，天线单元尺寸48*48mm。天线介质基板采用旺灵F4BTM-2，介电常数4.4厚度0.8mm。该天线采用同轴直接馈电，通过在天线四角切半径不同的圆来实现圆极化功能，通过在四条边上开槽以实现小型化目的。
Figure BDA0002765298310000051
Figure BDA0002765298310000061
各频点天线仿真性能如上表所示。两线极化阵列经过实测发现天线各项性能已基本满足天线指标要求。圆极化天线，中心频率与指标偏移20MHz。天线单元轴比带宽10MHz满足指标要求。天线尺寸满足指标要求。然而，目前天线主要问题在圆极化天线满足天线轴比情况下天线驻波偏离中心频率20MHz左右天线驻波预计通过下面一分二微带功分网络来进行调节。天线轴比轴比带宽满足指标要求。因此，通过在贴片上开矩形缝隙以及在天线上插入金属柱来达到小型化目的天线的设计能够达到更为合理的指标要求，满足实际的应用。结合图1-图4，本实施方式的一种基于PCB的小型化微带天线，利用低介电常数的介电常数作为介质层，减小天线的品质因数；同时在辐射贴片300的长边中线两侧(即横向侧边两侧)，分别开出两条平行且相同形状的第二矩形槽320，提高天线阻抗带宽，在微带天线的金属面上,每个共振模态的电流分布都不同。若在相同的共振模态下挖入了凹槽,则此凹槽就会破坏原来共振模态的电流路径,使电流路径变长，减小天线尺寸，为此，对辐射贴片300的纵向侧边开设第一矩形槽310，增加电流路径，减小天线尺寸，同时在辐射贴片300末端引入金属柱400通孔来减小天线尺寸。该种基于PCB的小型化微带天线，与传统天线相比天线尺寸缩小约60％。传统小型化天线大多采用单一的小型化技术来缩小天线尺寸，天线尺寸缩小有限，本发明与传统小型化天线相比天线尺寸缩小了约20％。并且由图3可知，天线工作频率为1448MHz，并且天线增益约为3DB。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种基于PCB的小型化微带天线，其特征在于，包括：
接地板(100)；
介质层(200)，设置在所述接地板(100)的顶部；
辐射贴片(300)，设置在所述介质层(200)的顶部，其纵向侧边对称开设相同形状的第一矩形槽(310)，其前部的横向侧边对称开设相同形状且对称的第二矩形槽(320)，并且两个所述第二矩形槽(320)由微带线(330)隔开；
金属柱(400)，多个金属柱(400)从所述辐射贴片(300)的顶部插入，并延伸至所述接地板(100)的底部；
同轴馈电柱(500)，包括第一馈电柱和直径小于所述第一馈电柱直径、且与所述第一馈电柱同轴设置的第二馈电柱，所述第一馈电柱与所述接地板(100)的底部连接，所述第二馈电柱从所述接地板(100)的底部延伸至所述微带线(330)内。
2.根据权利要求1所述的一种基于PCB的小型化微带天线，其特征在于，所述介质层(200)为介质常数为2.2的介质基板。
3.根据权利要求1所述的一种基于PCB的小型化微带天线，其特征在于，所述第一矩形槽(310)的宽度小于辐射贴片(300)的纵向侧边长度，长度小于所述辐射贴片(300)横向侧边长度的一半。
4.根据权利要求1所述的一种基于PCB的小型化微带天线，其特征在于，所述第二矩形槽(320)的宽度小于所述辐射贴片(300)横向侧边长度的一半。
5.根据权利要求1所述的一种基于PCB的小型化微带天线，其特征在于，所述辐射贴片(300)的顶部开设一排与所述金属柱(400)相适配的通孔。
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