一種微帶天線的製作方法

2023-09-21 21:41:15 2

本發明涉及天線技術領域，特別涉及一種微帶天線。

背景技術：

微帶天線由於具有剖面低、重量輕、體積小等優點，被廣泛應用於測量和通訊等各個領域。

在應用中，要求微帶天線能夠輻射或接收處於任何方向的電磁波，這就要求微帶天線具有圓極化特性。微帶天線實現圓極化的關鍵是激勵並產生兩個幅度相等且相位相差90°的正交線極化波，微帶天線要實現圓極化，常採用的饋電方法為單饋法。對於單饋法，只需在微帶天線的輻射板中選擇適當的饋電位置，使得微帶天線產生正交線極化波即可。

天線可以等效成一個電阻及一個電感的串聯電路，而天線的Q值，也就是天線所構成的諧振迴路的Q值，與電感成正比，與電容成反比。由於微帶天線本身呈感性，而單饋法只是在輻射板上選擇了合適的饋電位置，並沒有改變微帶天線本身所呈現的感性，因此圓極化微帶天線的Q值較高，而天線的Q值越高，則天線的帶寬就越窄。所以單饋圓極化微帶天線的缺點是帶寬較窄，即圓極化帶寬較窄，這就導致微帶天線不能滿足在更寬的頻帶上進行通信的需求。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種微帶天線，用於增加圓極化微帶天線的帶寬。

本發明實施例提供了一種微帶天線，該微帶天線包括：

輻射貼片，用於輻射電磁波；

第一介質板，包括相對的第一表面和第二表面；其中，所述輻射貼片設置於所述第一表面；

至少一個金屬片，設置於所述第二表面，且位於與所述輻射貼片相對的位置；至少一個所述金屬片與所述輻射貼片形成至少一個電容，所述至少一個電容用於補償所述微帶天線的感抗。

可選的，當所述至少一個金屬片為至少兩個金屬片時，所述金屬片的數量為偶數，且所述微帶天線包括的所述金屬片在所述第二表面上相對於所述輻射貼片的中心呈中心對稱分布。

可選的，所述金屬片的直徑是根據所述微帶天線的感抗確定的。

可選的，所述天線還包括第二介質板以及至少一個支撐件，每個所述支撐件兩端分別固定在所述第二介質板和所述第一介質板上，以對所述第二介質板和所述第一介質板進行緊固。

可選的，所述第二介質板包括相對的第三表面和第四表面，所述第二表面和所述第三表面之間相距第一距離以形成間隙，所述間隙內充斥空氣，以通過空氣降低所述微帶天線的介電常數。

可選的，所述第二面和所述第三面之間的距離位於第一距離範圍內，其中，所述第一距離範圍根據所述微帶天線的帶寬確定。

可選的，所述微帶天線還包括設置於所述第四表面的電阻，所述電阻的一端與所述第二表面上的任意一個所述金屬片連接，另一端與所述第四表面的接地點連接，用於補償所述微帶天線的感抗。

可選的，所述電阻的阻值位於第一阻值範圍內，所述第一阻值範圍使得所述微帶天線在帶寬範圍內滿足寬頻匹配。

可選的，所述第二介質板的介電常數小於所述第一介質板的介電常數，以減小所述微帶天線的介電常數。

本發明實施例提供了一種微帶天線，該微帶天線中的至少一個金屬片與輻射貼片形成至少一個電容，由於微帶天線本身呈現感性，那麼通過至少一個電容能夠補償該微帶天線的感抗，從而達到增加微帶天線的帶寬的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的微帶天線的一種結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的微帶天線的一種結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的微帶天線的一種結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的微帶天線的結構剖面圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。

另外，本文中術語「和/或」，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，同時存在A和B，單獨存在B這三種情況。另外，本文中字符「/」，在不做特別說明的情況下，一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。

圓極化天線的基本電參數是最大增益方向上的軸比，軸比不大於3dB的帶寬定義為天線的圓極化帶寬。本發明實施例中微帶天線的帶寬稱為圓極化帶寬。

輻射貼片的形狀包括圓形、方形、多邊形等，本發明實施例以輻射貼片的形狀是方形為例。輻射天線的作用就是輻射電磁波。

微帶天線的Q值，是指微帶天線所構成的諧振迴路的Q值。諧振迴路的Q值與微帶天線的帶寬成反比，諧振迴路的Q值越高，微帶天線的帶寬越窄。微帶天線可以等效成一個電阻及一個電感的串聯電路，而天線的Q值與電感成正比，與電容成反比。現有技術中，由於微帶天線呈感性，所以微帶天線的Q值較高，相應地，微帶天線的帶寬就比較窄。

下面將結合說明書附圖對上述技術方案進行詳細地說明。

請參見圖1，本發明實施例提供一種微帶天線，該微帶天線包括輻射貼片11、第一介質板12和至少一個金屬片13。其中，第一介質板12具有相對的第一表面和第二表面，第一表面是第一介質板12的上表面，上表面指的是以圖1中所示箭頭方向俯視第一介質板12可以看到的表面，第二表面是第一介質板12的下表面，對應地，下表面指的是第一介質板12的背面。輻射貼片11設置於第一表面上，至少一個金屬片13設置於第二表面上，且輻射貼片11和至少一個金屬片13在第一介質板12上的位置相對。這裡的位置相對指的是，輻射貼片11在第二表面上的投影區域包括了至少一個金屬片13所在的位置。至少一個金屬片13與輻射貼片11能夠形成至少一個電容，其中一個金屬片13與輻射貼片11形成一個電容，形成的至少一個電容能夠補償微帶天線的感抗，降低微帶天線的Q值，從而可以達到增加微帶天線的帶寬的效果。

任意一個金屬片13與輻射貼片11可以看成是所形成的電容的兩個極板，而第一介質板11可以視為兩個極板之間填充的電介質，那麼每個金屬片13與輻射貼片11所形成的電容可以用如下公式計算：

C＝εS/4πkd (1)

公式(1)中，ε為該第一介質板的介電常數，S為該任意一個金屬片13的面積，k為靜電常數，d為該任意一個金屬片13與輻射貼片11之間的距離。根據公式(1)可知，在該任意一個金屬片13與輻射貼片11之間的距離不變的情況下，該任意一個金屬片13與輻射貼片11所形成的電容與該任意一個金屬片13的面積成正比，所以至少一個電容可以根據至少一個金屬片13的面積確定，也就是至少一個電容可以根據至少一個金屬片13中的每個金屬片13的直徑確定。

在可能的實施方式中，至少一個金屬片13中的每個金屬片13的直徑可以位於第一直徑範圍內。根據如前的分析可知，每個金屬片13與輻射貼片11所形成的電容均用來補償微帶天線的感抗，那麼第一直徑範圍可以根據微帶天線的感抗確定。例如，第一直徑範圍能夠使得至少一個金屬片13與輻射貼片11所形成的至少一個電容足以補償微帶天線的感抗。

當只有一個金屬片13時，該金屬片13與輻射貼片11所形成的電容可能不足以補償微帶天線的感抗，因此可以設置多個金屬片13，以與輻射貼片11形成多個電容。因此，至少一個金屬片13的數量可以大於或等於2。具體的，微帶天線包括的金屬片13的數量可以根據微帶天線要實現的圓極化帶寬來設置。

由於天線輻射電磁波是有方向性的，通常用天線的輻射方向性圖來表示。輻射方向性圖是指用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射(或接收)電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向性的示意圖。微帶天線要實現圓極化，那麼微帶天線的電場矢量末端的軌跡為圓形，且微帶天線的輻射方向性圖將是對稱的，對稱指的是輻射方向性圖中用於指示電場矢量末端的軌跡是對稱的，且電場矢量末端的軌跡為圓形。這就要求至少一個金屬片13作用在微帶天線後還能夠使得微帶天線的電場矢量末端的軌跡為圓形。因此，若微帶天線包括的金屬片13的數量為偶數，則該微帶天線包括的金屬片13在第二表面上相對於輻射貼片11的中心呈中心對稱分布，如圖2所示，這樣微帶天線的電場矢量末端的軌跡就能夠成為圓形。

圖2中，以該微帶天線包括兩個金屬片13為例，這兩個金屬片13可以設置在輻射貼片11的兩端，如輻射貼片的四個角中任意兩個角的位置，且兩個金屬片13相對於輻射貼片11的中心呈中心對稱分布。又例如，至少兩個金屬片13的數量為4，那麼4個金屬片13可以分別相對於輻射貼片11設置在四個角的位置，其中的兩個金屬片13處於輻射貼片11的一條對角線上，另外兩個金屬片處於輻射貼片11的另一條對角線上。這樣當至少兩個金屬片13在第二表面上相對於輻射貼片11的呈中心對稱分布時，通過至少兩個金屬片13激勵輻射貼片11，輻射貼片11的電場分布將是對稱的，從而實現的微帶天線的輻射方向性圖也將是對稱的。

請參見圖3，為了進一步增加微帶天線的圓極化帶寬，本發明實施例提供的微帶天線還包括第二介質板31，第二介質板31具有相對的第三表面和第四表面。其中，第三表面是第二介質板31的上表面，與第一介質板12的第二表面相對，第四表面是第二介質板31的下表面，在第四表面鋪設有一層金屬層，用於作為微帶天線的金屬底板。第一介質板12和第二介質板31之間可以通過至少一個支撐件14(由於圖3是俯視圖，實際上支撐件14是看不見的，所以圖3以虛線示意支撐件14)進行支撐，每個支撐件14的兩端分別固定在第一介質板12和第二介質板31上，對第一介質板12和第二介質板31進行緊固，以加強微帶天線的結構強度，保證第一介質板12和第二介質板31之間的位置關係。支撐件14可以通過金屬柱或金屬探針，或其他可能的金屬件的方式實現。

微帶天線的帶寬與介電常數成反比，因此，為了增加微帶天線的圓極化帶寬，第二介質板31的介電常數小於第一介質板12的介電常數，以減小微帶天線整體的介電常數，從而增加微帶天線的圓極化帶寬。

第三表面和第二表面之間相距第一距離，以形成間隙，在所形成的間隙內可以充斥空氣，由於空氣的介電常數較低，所以該微帶天線所包括的介質材料的介電常數會降低，而微帶天線的帶寬與介質材料的介電常數成反比，因此設置空氣層可以增加微帶天線的帶寬。第一距離越大，即空氣層的厚度越厚，所得到的微帶天線的帶寬就越寬，但是也可能導致微帶天線輸入電壓的駐波比性能變差。請繼續參見圖3，本發明實施例所提供的微帶天線可以通過射頻同軸連接器(Sub-Miniature-A，SMA)實現饋電，將SMA接頭與至少一個金屬片13中的任意一個金屬片13連接作為饋電埠。在這種情況下，空氣層越厚，也就是第一介質板12和第二介質板31之間的間距越大，則第一介質板12和第二介質板31之間的SMA接頭所包括的饋電探針就越長，由饋電探針引入的輸入電感也越大，這將使得微帶天線輸入電壓的駐波比性能變差。因此，第二表面和第三表面之間的第一距離的確定，是為了在滿足微帶天線帶寬的同時，儘量減小微帶天線輸入電壓的駐波比。

在可能的實施方式中，第二表面和第三表面之間的第一距離可以位於第一距離範圍內，即空氣層的厚度可以位於第一距離範圍內。第一距離範圍可以根據微帶天線的帶寬確定。第一距離範圍可以是[0，第二距離]，第二距離可以根據微帶天線的帶寬確定，空氣層的厚度可以小於第二距離範圍中的任意一個值。微帶天線的帶寬通常用相對帶寬來表示，相對帶寬指的是微帶天線的帶寬與微帶天線的中心頻率的比值，那麼通過中心頻率就可以確定第二距離。例如，微帶天線的帶寬為800MHz，相對帶寬可以為中心頻率的15.6％，第二距離可以為0.14λ，λ為中心頻率對應的波長，通過調整空氣層的厚度可以使得微帶天線的帶寬儘可能地增大。

請參見圖4，本發明實施例所提供的微帶天線還包括設置於第二介質板31的第四表面的電阻41，電阻41的一端與第四表面的接地點連接，另一端與至少一個金屬片13中的一個金屬片13連接，可以是與作為饋電埠的金屬片13連接，也可以是除了作為饋電埠的金屬片13的其他金屬片13中的任意一個金屬片13，圖4以電阻41的一端與第四表面的接地點連接，另一端與不是作為饋電埠的金屬片13連接為例。圖4中，23用於表示射頻同軸連接器接頭，由於第一介質板12和第二介質板31之間所包括的饋電探針影響微帶天線的輸入電阻和輸入電抗，使得微帶天線不能夠較好地實現寬頻匹配，所以通過設置電阻41可以調整微帶天線的輸入電阻，使得微帶天線在工作頻率範圍(帶寬)內的輸入電抗在預設範圍內，如[-10Ω，+10Ω]，從而取得微帶天線的電壓駐波比小於閾值，如1.3的寬頻匹配的效果。電阻41的阻值可以位於第一阻值範圍內，第一阻值範圍可以根據微帶天線在工作頻率範圍內所要求的輸入電阻範圍確定，以使得微帶天線的駐波電壓比小於某個閾值的情況下，滿足寬頻匹配的效果。例如，微帶天線的輸入電阻為50Ω，誤差不超過8Ω，第一阻值範圍可以為[45KΩ，55KΩ]，電阻41的阻值可以是第一阻值範圍內的任一阻值。

本發明實施例提供了一種微帶天線，該微帶天線包括通過設置在第一介質板12上第一表面的至少一個金屬片13和設置在第一介質板12上第二表面的輻射貼片11，且至少一個金屬片13和輻射貼片11在第一介質板12上相對設置，其中，至少一個金屬片13與輻射貼片11形成至少一個電容，由於微帶天線本身呈現感性，那麼通過至少一個電容11能夠補償該微帶天線的感抗，從而實現增加微帶天線的帶寬的目的。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。