CN113948858B - 印制板天线 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种印制板天线。该电线包括介质基片，具有第一表面和第二表面，第一表面和所述第二表面相对设置，在介质基片上开设有馈电孔，在馈电孔中形成金属馈电结构；金属贴片，贴附在第一表面上；支节，具有第一端和第二端，支节的第一端与金属贴片连接，支节的第二端与金属馈电结构连接；金属地板，贴附在第二表面上。以解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题。

Description

印制板天线

技术领域

本申请涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种印制板天线。

背景技术

通用的无线电设备的收发机天线，主要为了达到效率高、增益大、低旁瓣等目的，其天线装置常用半波振子、喇叭天线、单绕螺旋天线实现，或通过该类单元组阵实现。上述天线结构简单，技术成熟，但将上述天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度以及稳定相位中心方面，其各特性不能做到兼顾。当前有的技术方案在增益、波束不圆度及相位中心稳定性较好，但会显著牺牲天线结构口径效率；有的技术方案使用较复杂结构的天线，能改善波束增益及不圆度，但其天线相位中心变化大，不利于阵列天线收发信号见相位差的判断。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种，以解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种印制板天线，包括：介质基片，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相对设置，在所述介质基片上开设有馈电孔，在所述馈电孔中形成金属馈电结构；金属贴片，贴附在所述第一表面上；支节，具有第一端和第二端，所述支节的第一端与所述金属贴片连接，所述支节的第二端与所述金属馈电结构连接；金属地板，贴附在所述第二表面上。

进一步地，在所述介质基片上还开设有短路孔，在所述短路孔中形成金属短路结构，所述金属短路结构的第一端与所述金属贴片连接，所述金属短路结构的第二端与所述金属地板连接。

进一步地，所述金属短路结构的第一端与所述金属贴片的中心连接。

进一步地，所述金属短路结构为短路金属柱或者短路金属孔。

进一步地，所述金属贴片为矩形金属贴片，所述支节有四个，分别与第一支节、第二支节、第三支节和第四支节，所述介质基片上开设有四个所述馈电孔，在四个所述馈电孔中形成第一金属馈电结构、第二金属馈电结构、第三金属馈电结构和第四金属馈电结构，所述第一支节的第一端与所述矩形金属贴片的第一边的中点连接，所述第二支节的第一端与所述矩形金属贴片的第二边的中点连接，所述第三支节的第一端与所述矩形金属贴片的第三边的中点连接，所述第四支节的第一端与所述矩形金属贴片的第四边的中点连接，所述第一支节的第二端与所述第一金属馈电结构连接，所述第二支节的第二端与所述第二金属馈电结构连接，所述第三支节的第二端与所述第三金属馈电结构连接，所述第四支节的第二端与所述第四金属馈电结构连接。

进一步地，所述第一金属馈电结构与所述第一支节正对设置，所述第二金属馈电结构与所述第二支节正对设置，所述第三金属馈电结构与所述第三支节正对设置，所述第四金属馈电结构与所述第四支节正对设置。

进一步地，所述矩形金属贴片的边长大于有效波长的0.93倍，小于有效波长的0.98倍。

进一步地，所述支节为矩形支节或者梯形支节。

进一步地，在馈电连接低阻抗时将所述矩形支节的宽度调宽，在馈电连接为高阻抗时将所述矩形支节的宽带调窄。

进一步地，所述金属馈电结构为馈电金属柱或者馈电金属孔。

应用本申请的技术方案，介质基片，具有第一表面和第二表面，第一表面和第二表面相对设置，在介质基片上开设有馈电孔，在馈电孔中形成金属馈电结构；金属贴片，贴附在所述第一表面上；支节，具有第一端和第二端，所述支节的第一端与所述金属贴片连接，所述支节的第二端与所述金属馈电结构连接；金属地板，贴附在所述第二表面上。以解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的实施例的印制板天线示意图；

图2示出了根据本申请的实施例的印制板天线俯视示意图；

图3示出了根据本申请的实施例的印制板天线截面示意图；

图4示出了根据本申请的实施例的印制板天线仰视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、介质基片；11、第一表面；12、第二表面；13、短路孔；14、馈电孔；140、第一金属馈电结构；141、第二金属馈电结构；142、第三金属馈电结构；143、第四金属馈电结构； 20、金属贴片；30、支节；31、第一支节；32、第二支节；33、第三支节；34、第四支节；40、金属地板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件（诸如层、膜、区域、或衬底）描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术中所介绍的，为解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题，本申请的实施例提供了一种印制板天线。

本申请的一种典型的实施例，提供了一种印制板天线，如图1和图3所示，包括：

介质基片10，具有第一表面11和第二表面12，上述第一表面11和上述第二表面12相对设置，在上述介质基片10上开设有馈电孔14，在上述馈电孔14中形成金属馈电结构；

金属贴片20，贴附在上述第一表面11上；

支节30，具有第一端和第二端，上述支节30的第一端与上述金属贴片20连接，上述支节30的第二端与上述金属馈电结构连接；

金属地板40，贴附在上述第二表面12上。

具体地，按照设计方法设置金属贴片尺寸，在基板正面矩形贴片四边中间位置使用支节增大阻抗调节范围，保障足够的效益与增益。

上述方案中，介质基片具有第一表面和第二表面，第一表面和第二表面相对设置，在介质基片上开设有馈电孔，在馈电孔中形成金属馈电结构；金属贴片贴附在上述第一表面上；支节具有第一端和第二端，上述支节的第一端与上述金属贴片连接，上述支节的第二端与上述金属馈电结构连接；金属地板贴附在上述第二表面上。以解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题。适合二维定位应用，特别适合在轻薄尺寸产品中装配等。

本申请的一种实施例中，如图3所示，在上述介质基片10上还开设有短路孔13，在上述短路孔13中形成金属短路结构，上述金属短路结构的第一端与上述金属贴片20连接，上述金属短路结构的第二端与上述金属地板40连接。开设上述短路孔13，形成金属短路结构，上述金属短路其一端与上述金属贴片20连接，其第二端与上述金属地板40连接起到接地作用，能更好地保证天线的安全性能，以及更好地保障了其足够的效率以及增益问题。

本申请的一种实施例中，如图3所示，上述金属短路结构的第一端与上述金属贴片20的中心连接。能够更好地提高效率，实现可观的天线增益。

本申请的一种实施例中，如图3所示，上述金属短路结构为短路金属柱或者短路金属孔。具体地，在上述短路孔13中浇筑金属液体形成短路金属柱，或者在短路孔13的内壁上镀金属形成短路金属孔。

本申请的一种实施例中，如图1至图4所示，上述金属贴片20为矩形金属贴片20，上述支节有四个，分别有第一支节31、第二支节32、第三支节33和第四支节34，上述介质基片上开设有四个上述馈电孔，在四个上述馈电孔中形成第一金属馈电结构140、第二金属馈电结构141、第三金属馈电结构142和第四金属馈电结构143，上述第一支节31的第一端与上述矩形金属贴片20的第一边的中点连接，上述第二支节32的第一端与上述矩形金属贴片20的第二边的中点连接，上述第三支节33的第一端与上述矩形金属贴片20的第三边的中点连接，上述第四支节34的第一端与上述矩形金属贴片20的第四边的中点连接，上述第一支节31的第二端与上述第一金属馈电结构140连接，上述第二支节32的第二端与上述第二金属馈电结构141连接，上述第三支节33的第二端与上述第三金属馈电结构142连接，上述第四支节34的第二端与上述第四金属馈电结构143连接。具体地，上述四个馈电孔，同轴对称位置的馈电孔采用差分形式进行馈电，能够有效地提高主波束相位中心的稳定性，进而能够更好地提高效率，实现可观的天线增益。

本申请的一种实施例中，如图4所示，上述第一金属馈电结构140与上述第一支节正对设置，上述第二金属馈电结构141与上述第二支节正对设置，上述第三金属馈电结构142与上述第三支节正对设置，上述第四金属馈电结构143与上述第四支节正对设置。具体地，上述的四个支节，每个支节对应的馈电孔，分布在支节末端XY轴上；X轴上的两个馈电设计为一对差分激励，实现X方向线极化，Y轴上的两个馈电设计为另一对差分激励，实现Y方向线极化；同时馈电作用实现天线双极化特性。

本申请的一种实施例中，上述矩形金属贴片的边长大于有效波长的0.93倍，小于有效波长的0.98倍。具体地，假定矩形边对应平行X，Y方向，长宽分别为Lx和Ly。Lx取值自0.93至0.98倍λg，例如Lx =0.95*λ0/sqrt（Er）；设计Ly和Lx长度相近，Ly为0.9~1.1倍Lx，例如Ly=Lx，以保证辐射均匀，使得增益较大。

本申请的一种实施例中，如图上述支节为矩形支节或者梯形支节。具体地，支节尺寸可结合馈电阻抗及实际材料特性，按照实际需求设定，如可以用来进一步调节天线和馈电端的阻抗匹配状态，以确保实现可观天线增益。

本申请的一种实施例中，在馈电连接低阻抗时将上述矩形支节的宽度调宽，在馈电连接为高阻抗时将上述矩形支节的宽带调窄。

本申请的一种实施例中，如图3所示，上述金属馈电结构为馈电金属柱或者馈电金属孔。具体地，在上述馈电孔14中浇筑金属液体形成馈电金属柱，或者在馈电孔14的内壁上镀金属形成馈电金属孔。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的印制板天线，将通过介质基片，介质基片具有第一表面和第二表面，将第一表面和第二表面相对设置，在介质基片上开设有馈电孔，在馈电孔中形成金属馈电结构；金属贴片，贴附在第一表面上；设计支节具有第一端和第二端，支节的第一端与金属贴片连接，支节的第二端与金属馈电结构连接；金属地板，贴附在第二表面上。以解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题。

具体实施例

本实施例设计到一款2.4G频段的双极化介质谐振器天线，中心频率2.44GHz。如图1至图4所示，用FR4作介质基片10，在介质基片10的第一表面11为帖附金属贴片20作为辐射体，支节30有四个，分别为第一支节31、第二支节32、第三支节33和第四支节34，该介质基片10上开设有四个所述馈电孔14，在四个所述馈电孔14中形成第一金属馈电结构140、第二金属馈电结构141、第三金属馈电结构142和第四金属馈电结构143，第一支节31的第一端与矩形金属贴片20的第一边的中点连接，第二支节32的第一端与矩形金属贴片20的第二边的中点连接，第三支节33的第一端与矩形金属贴片20的第三边的中点连接，第四支节34的第一端与矩形金属贴片20的第四边的中点连接，第一支节31的第二端与第一金属馈电结构140连接，第二支节32的第二端与第二金属馈电结构141连接，第三支节33的第二端与第三金属馈电结构142连接，第四支节34的第二端与第四金属馈电结构143连接。介质基片10的第二表面12上帖附金属贴片20作为背面地。金属贴片20的长Lx宽Ly尺寸分别为29.8mm；四个支节30尺寸Lt为2mm，支节30尺寸Wt为1mm；四个馈电孔14连接第一表面11上的金属贴片20，外径为0.9mm，第二表面12上帖附金属贴片，在馈电孔14位置处掏空直径为4.2mm的圆；在金属贴片20的中心处，在介质基片10上开设外径为0.9mm的金属孔，作为短路孔。

如图4所示，在收发信号设置馈电相位，将X轴上的第一金属馈电结构140和第二金属馈电结构141差分馈电，将Y轴上的第三金属馈电结构142和第四金属馈电结构143差分馈电。即X轴上的两个馈电设计为一对差分激励，实现X方向线极化，Y轴上的两个馈电设计为另一对差分激励，实现Y方向线极化；同时馈电作用实现天线双极化特性。

该设计用简单的印制板结构形式，在保障足够效率和增益前提下，可以同时实现优良的波束不圆度和稳定的相位中心，以解决现有技术中的天线应用在二维AOA定位领域时，在结构低剖面特性、增益、波束不圆度方面，无法做到性能兼顾的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种印制板天线，其特征在于，包括：

介质基片，具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相对设置，在所述介质基片上开设有馈电孔，在所述馈电孔中形成金属馈电结构；

金属贴片，贴附在所述第一表面上；

支节，具有第一端和第二端，所述支节的第一端与所述金属贴片连接，所述支节的第二端与所述金属馈电结构连接；

金属地板，贴附在所述第二表面上；

所述支节有四个，分别为第一支节、第二支节、第三支节和第四支节，所述介质基片上开设有四个所述馈电孔，在四个所述馈电孔中形成第一金属馈电结构、第二金属馈电结构、第三金属馈电结构和第四金属馈电结构，所述第一金属馈电结构与所述第一支节正对设置，所述第二金属馈电结构与所述第二支节正对设置，所述第三金属馈电结构与所述第三支节正对设置，所述第四金属馈电结构与所述第四支节正对设置；

所述金属贴片为矩形金属贴片，所述第一支节的第一端与所述矩形金属贴片的第一边的中点连接，所述第二支节的第一端与所述矩形金属贴片的第二边的中点连接，所述第三支节的第一端与所述矩形金属贴片的第三边的中点连接，所述第四支节的第一端与所述矩形金属贴片的第四边的中点连接，所述第一支节的第二端与所述第一金属馈电结构连接，所述第二支节的第二端与所述第二金属馈电结构连接，所述第三支节的第二端与所述第三金属馈电结构连接，所述第四支节的第二端与所述第四金属馈电结构连接；

所述矩形金属贴片的边长大于有效波长的0.93倍，小于有效波长的0.98倍；

所述金属馈电结构为馈电金属柱或者馈电金属孔；

在所述介质基片上还开设有短路孔，在所述短路孔中形成金属短路结构，所述金属短路结构的第一端与所述金属贴片连接，所述金属短路结构的第二端与所述金属地板连接。

2.根据权利要求1所述的印制板天线，其特征在于，所述金属短路结构的第一端与所述金属贴片的中心连接。

3.根据权利要求1所述的印制板天线，其特征在于，所述金属短路结构为短路金属柱或者短路金属孔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的印制板天线，其特征在于，所述支节为矩形支节或者梯形支节。

5.根据权利要求4所述的印制板天线，其特征在于，在馈电连接低阻抗时将所述矩形支节的宽度调宽，在馈电连接为高阻抗时将所述矩形支节的宽带调窄。