新型高增益微帶天線的製作方法

2023-07-27 12:14:06

專利名稱：新型高增益微帶天線的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於通訊天線，特別涉及一種新型高增益微帶天線。
技術背景自赫茲和馬可尼發明了天線以來，天線在社會生活中的重要性與日俱增， 如今已成為我們日常生活離不開的一部分。天線無處不在，家庭或工作場所， 汽車、飛機、船舶、太空飛行器，隨著無線通訊技術的迅猛發展，手機、無線網 卡等設備便捷了我們的通信，同時也對通信設備的天線提出了更高的要求， 消費者需要性能更好、外觀更漂亮的天線。目前市場上的天線雖然不少，但要麼性能不夠理想，要麼尺寸太大，以2.4GHz頻段的天線為例，有些天線的構造很簡單，技術含量也不高，比如有 結構上很簡單的螺旋天線，雖然尺寸小但增益一般都是負的，甚至一些是直 接將射頻電纜的外皮剝掉四分之一波長作為天線，這樣的天線儘管成本很低， 但無論從理論上還是實際上都難以有較高的性能。另外一些高增益的2.4GHz 天線主要用於戶外場合，雖然有幾個dB的增益，但外觀結構不滿足一般消費 者的要求，要麼尺寸過大，要麼外型怪異，不適用於移動終端或對尺寸敏感 的場合，且一般成本較高，價格令一般消費者無法接受。針對這種情況，我們開發了一種新型的高增益天線方案，該天線方案具 有高增益、小尺寸(與目前市場上產品相比)、成本低、理論基礎紮實等優點， 最適合用於2. 4GHz頻段的場合，解決目前此類天線在性能與尺寸上存在的難 以兼顧的問題，當然，其它頻段同樣適用。發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種新型高增益微帶天線。 本實用新型的技術方案是一種新型高增益微帶天線，其特徵在於由SMA連接器作為天線的連接 頭，其上連接印刷電路板為基材的兩面各有敷銅板圖形天線，其外有天線外 套。由非編織玻璃纖維層或電子玻璃布製作的印刷電路板做的基材，在印刷 電路板的基材兩面各有敷銅板圖形天線，其一面的圖形頂端是橢圓形半波振子(A)，半波振子的長度為19. 5腿，寬度7. 8mm，半波振子下端連接長150mm， 寬2mm的引線；其另一面圖形是有兩個間隔對接的山字形組成的敷銅板；其 中上面一個對接的山字形總長73. 5ram，總寬7. Omm;山字中間一豎寬2. Orara， 長72. 5mm;山字兩邊一兩豎寬1. Omm，長23. 5誦；其中下面一個對接的山字形 的底邊多2腿的連接底邊，兩個兩個對接間隔的山字形的間隔為lmm。微帶天線匹配有50歐姆傳輸線，微帶線的長度為24,，以SMA連接器作 為天線的連接頭。適合用於2.4GHz頻段的場合，增益為5dBi。 本實用新型效果是該天線具有性能佳，增益高，尺寸小，成本低，結構簡單等優點，適用 於多種場合。 附屈說明

圖1是新型高增益微帶天線整體的結構示意圖圖2是新型高增益微帶天線的印刷電路板的基材一面敷銅板天線圖形圖 圖3是新型高增益微帶天線的印刷電路板的基材另一面敷銅板天線圖形圖具體實施方式
如圖1所示的一種新型高增益微帶天線，由SMA連接器3作為天線的連 接頭，其上連接印刷電路板為基材的兩面各有敷銅板圖形天線2，其外有天線 外套l。由非編織玻璃纖維層或電子玻璃布製作的印刷電路板做的基材4，在印刷 電路板的基材兩面各有敷銅板圖形天線。如圖2所示的其一面的圖形頂端是橢圓形半波振子(A) 5，半波振子的 長度為19. 5mm，寬度7. 8mm，半波振子下端連接長150mm，寬2mm的引線6。如圖3所示的其另一面圖形是有兩個對接的山字形組成的敷銅板；其中 上面一個對接的山字形7總長73. 5mm，總寬7. Oram;山字中間一豎寬2. Omm， 長72.5mm;山字兩邊一兩豎寬1. Omm，長23. 5mm;其中下面一個對接的山字形 8的底邊多2mm的連接底邊。微帶天線匹配有50歐姆傳輸線，微帶線的長度為24mm，以SMA連接器作 為天線的連接頭。微帶天線普遍應用於頻率高於lOOMHz的低輪廓結構，通常由一矩形或方 形的金屬貼片置於接地平面上一片薄層電介質(稱為基片)表面所組成。其貼片可採用光刻工藝製造，使之成本低，易於大量生產。
首先確定微帶天線的基材，如果採用Isocald非編織玻璃纖維層或較為 經濟的電子玻璃布，Er(介電常數)為2.3左右，其它基材的介電常數可參考 印製板製作公司提供的說明。
天線的頂端A為半波振子，是本天線的主要輻射源。根據半波天線的理 論，半波偶極子的輻射電阻為73歐姆，又考慮到饋端阻抗所包含的電抗值， 需要使天線諧振而電抗為零，要求天線比半波長略短，同時輻射阻抗降為65 歐姆，因此，在本設計中波長人0為125inm，入=A 0/VEr=125/l. 5=84mm，入 /4 = 21mm，略微縮短這個長度，將半波振子的長度定為19. 5mm。
再考慮這個半波振子在實現形式上為微帶天線形式，其寬度計算應根據 微帶天線的基本理論，理論計算如下-
介質厚度t=0. 002* X O二O. 25mm，將t/A0的值取得較小，這樣做的目的 是為了最終減小天線的寬度，這一點將在後面的計算中有所體現。根據微帶 天線理論，有如下關係Zc二 (ZO*t) / (W*VEr)，可知W= (ZO*t) / (Zc* VEr) = (377*0.25) / (65*1.5) =8. 5mm。
為了將微帶天線匹配到50歐姆傳輸線，需要入/4節微帶線，該微帶線的 長度毋庸質疑應為21mm左右，我們選24mm，那麼如何確定傳輸線的寬度呢？ 可以參考微帶線傳輸理論
入/4節微帶線的特性阻抗為Z^7"65*50=57歐姆；
入/4節微帶線的寬度為W= ((377/57) *1.5-2) *t=8*t=0. 016 A 0二2腿; 貼片天線的輻射波瓣圖較寬，其典型的波束範圍為半空間Q二1/2或pi sr， 因此貼片的定向性為D二 (4*pi) /Q^4* pi / pi 二4 (或6dBi)。該天線的 增益大約為5 6dBi。 性能要求
工作頻率2. 4GHZ 天線增益5dBi
連接結構
經過各項參數對比，我們發現SMA系列連接器具有螺紋連接結構，特性 阻抗50歐姆，與半硬和柔軟射頻電纜配用可供要求高性能的微波設備和數字 通信等應用場合使用，具有尺寸小、性能優越、可靠性高、使用壽命長的特 點。主要參數如下配半剛性電纜(SFT-50-2-1; SFT-50-3-l)使用時，頻
5率範圍0 18GHz; 2 4GHz頻率下電壓駐波比1. 15 1. 20;接觸電阻不大於 5毫歐。以上參數在各種射頻連接器中是比較好的。因此我們選擇SMA連接器 作為天線的連接頭，當然，可以根據不同場合、不同應用選擇其它合適的連 接器。
天線與連接器採用焊接的方式連接，需要對連接器進行改造。首先將連接 器的滾花部分的一半切掉，保留的一半作為接地端，然後將連接器的芯線用 一小段(約2cm)去掉屏蔽層的射頻電纜引出，作為電饋端。
權利要求1、一種新型高增益微帶天線，其特徵在於由SMA連接器作為天線的連接頭，其上連接印刷電路板為基材的兩面各有敷銅板圖形天線，其外有天線外套。
2、 根據權利要求1所述的新型高增益微帶天線，其特徵在於由非編織 玻璃纖維層或電子玻璃布製作的印刷電路板做的基材，在印刷電路板的基材兩面各有敷銅板圖形天線，其一面圖形是頂端是橢圓形半波振子(A)，半波 振子的長度為19. 5mm，寬度7. 8mm，半波振子下端連接長150mm，寬2皿的引 線；其另一面圖形是有兩個間隔對接的山字形組成的敷銅板；其中上面一個 對接的山字形總長73. 5,，總寬7. O,;山字中間一豎寬2. 0腿，長72. 5mm; 山字兩邊一兩豎寬1. Omm，長23. 5腿;其中下面一個對接的山字形的底邊多2mm 的連接底邊，兩個兩個對接間隔的山字形的間隔為lram;其微帶線的長度為 24,。
專利摘要一種新型高增益微帶天線，其特徵在於由SMA連接器作為天線的連接頭，其上連接印刷電路板為基材的兩面各有敷銅板圖形天線，其外有天線外套。該天線具有性能佳，增益高，尺寸小，成本低，結構簡單等優點，適用於多種場合。
文檔編號H01Q1/42GK201289898SQ20082014306
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月14日 優先權日2008年11月14日
發明者叢睿昊, 李東實, 鄧洪傑 申請人:天津通廣集團振通電子有限公司