一种改善方向图圆度的贴片天线及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种改善方向图圆度的贴片天线及其应用，贴片天线包括顺次层叠设置的第一金属地板、介质层和第二金属地板，介质层远离所述第一金属地板的表面设置有一发射天线和一接收天线，发射天线、接收天线与第二金属地板间隔设置，第一金属地板间隔开设有第一开槽和第二开槽。通过在远离发射天线、接收天线的金属地板上开设开槽，从而引入了额外的寄生辐射，引入的寄生辐射可补偿传统贴片天线的辐射盲点，改善了贴片天线方向图的圆度畸变问题，尤其是在低仰角情况下，贴片天线的方向图圆度得到了极大改善。该贴片天线结构对传统贴片天线改动较小，对贴片天线的结构要求低，易于生产加工，成本低廉，特别适用于作为雷达传感器的天线。感器的天线。感器的天线。

【技术实现步骤摘要】
一种改善方向图圆度的贴片天线及其应用


[0001]本专利技术属于微波通信
，涉及一种贴片天线及其应用，具体地说涉及一种改善方向图圆度的贴片天线及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子产品应用场景的复杂化程度不断提高，对无线通信系统与传感器系统中的天线的性能要求也越来越高，尤其是对于天线方向图的性能要求不断提高，对于室内传感器，往往要求天线的方向图在不同仰角的方位面内是均匀全向的，以保证不同方位面内均匀一致的覆盖范围，从而满足实际的应用需要。
[0003]在众多天线类型中，贴片天线由于具有剖面低、重量轻、易于加工以及成本低廉等优点，因此被广泛应用于各种室内传感器中。然而，由于微带贴片天线由于需要满足半波长谐振且通常需要将对称设置的两个微带贴片天线分别作为接受天线和发射天线，导致其占据空间较大。同时，由于天线需要与芯片和其它电路进行连接，使得天线不可避免地偏离地板中心放置，甚至需要放置于地板的边缘，这种放置方式会造成微带贴片天线的方向图产生畸变且方向图圆度变差，导致出现方向图盲点的问题。
[0004]传统的半波谐振的微带贴片天线为边射(broadside)辐射方向图，当微带贴片天线放置在无限大的地板上时，微带贴片天线的方向图无畸变且方向图圆度良好。但通常，用于室内传感器的贴片天线多悬挂安装于天花板上，当z轴线选择垂直于底面，天线在不同仰角θ切面的增益方向图形状会直接影响信号的覆盖范围。为评估天线信号覆盖的性能，天线具有一个重要的参数：方向图不圆度，其定义为θ角度方向的辐射方向图截面内的最大增益差，仰角θ越小，辐射方向图圆度越好，如θ＝0
°
仰角的圆度天然比仰角θ＝60
°
的圆度好，实际应用中一般关注θ＝60
°
截面附近的方向图。
[0005]理论上可以通过选择大尺寸地板来减少电磁波在地板边缘的绕射对微带贴片天线辐射方向图的影响，但是这会增加成本且会导致天线尺寸过大而不易于集成到其它电路或电子装置中；也可以将天线尽可能放置在地板中心，让微带贴片天线的两条辐射边关于地板中心对称，即让贴片天线H面尽量位于地板中心上。如文献《Improving radiation
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pattern distortion of a patch antenna having a finite ground plane》(IEEE Trans.Antennas and Propagat.,vol.51,no.3,pp.478
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482,March 2003.，T.Namiki,Y.Murayama and K.Ito)中提出了一种解决方案：在与贴片的两条辐射边平行的两条地板边挖去几个矩形部分使得地板边缘等效磁流所产生的衍射场相互抵消，从而减轻电磁波在有限大地板边缘的衍射对天线方向图的影响，但是这种方案破坏了地板的完整性，不利于放置其它的电路和整个模组系统的小型化。针对单极子天线，文献《Improving Radiation Pattern Roundness of a Monopole Antenna Placed Off
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Center Above a Circular Ground Plane Using Characteristic Mode Analysis》(IEEE Trans.Antennas Propagat.,vol.69,no.2,pp.1135
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1139,Feb.2021.,H.Sheng and Z.N.Chen)提出，当它偏移地板中心放置时，可以在天线周围加上一个圆环形结构，将相对于偏移地板中心的不对
称的边界条件变成相对于圆环形结构对称的边界条件，可以改善单极子天线辐射方向图的不圆度，但是这种方案要求的地板尺寸相对较大，且新加入的结构增加了加工成本。文献《Radiation Pattern Roundness Improvement of Off
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center Monopole Antenna Using Electromagnetic Band
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gap(EBG)Structure》(2021IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC
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URSI Radio Science Meeting(APS/URSI),Singapore,Dec.2021,pp.1313
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1314.,B.Zhang and Z.N.Chen)提出用悬浮圆形电磁间隙环结构(CirEBG)来改善偏移放置于方形地板中心的单极子天线的方向图不圆度，悬浮圆形电磁间隙环结构将地板上的表面电流集中于对称、可调的环形结构的边界上，让更多的行波在对称的圆环结构中辐射出来。同时将更多的能量集中于环形结构中，地板边缘的辐射可以被抑制，但是这种方案要求的地板尺寸也相对较大，不利于集成。文献《A V
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shape Edge
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Groove Design for a Finite Ground Plane to Reduce Pattern Ripples of a Monopole》(Antennas Wirel.Propag.Lett.,vol.7,pp.561
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564,2008.,Hsing
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Feng Chen,Meng
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YiLin and Ken
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Huang Lin)提出通过在圆形地板上加载V形边缘槽来减弱经过它的行波从而来减小在地板边缘的绕射，但是这种V形边缘槽对介质基板的厚度要求较为苛刻，一般为四分之一倍工作波长。目前行业内很少有研究提出其他方法以改善有限大地板下贴片天线辐射方向图的不圆度，而最少改变原来地板的结构来改善辐射方向图的圆度的技术就更少。
[0006]有鉴于此，有必要对现有技术中心的贴片天线予以改进，提出一种改善方向图圆度的贴片天线。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于传统贴片天线在地板尺寸有限的情况下方向图的圆度不理想，限制了贴片天线的应用，从而提出一种改善方向图圆度的贴片天线及其应用。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0009]本专利技术第一方面提供一种改善方向图圆度的贴片天线，其包括顺次层叠设置的第一金属地板、介质层和第二金属地板，所述介质层远离所述第一金属地板的表面设置有一发射天线和一接收天线，所述发射天线、接收天线与所述第二金属地板间隔设置；所述第一金属地板间隔开设有第一开槽和第二开槽。
[0010]作为优选，所述第一金属地板为矩形板，所述第一开槽和第二开槽对称开设于所述第一金属地板相对的两侧。
[0011]作为优选，所述第一开槽、所述第二开槽为尺寸相同的矩形槽，所述矩形槽的长度为0.1
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0.4倍介质波长。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善方向图圆度的贴片天线，其特征在于，包括顺次层叠设置的第一金属地板、介质层和第二金属地板，所述介质层远离所述第一金属地板的表面设置有一发射天线和一接收天线，所述发射天线、接收天线与所述第二金属地板间隔设置；所述第一金属地板间隔开设有第一开槽和第二开槽。2.根据权利要求1所述的改善方向图圆度的贴片天线，其特征在于，所述第一金属地板为矩形板，所述第一开槽和第二开槽对称开设于所述第一金属地板相对的两侧。3.根据权利要求2所述的改善方向图圆度的贴片天线，其特征在于，所述第一开槽、所述第二开槽为尺寸相同的矩形槽，所述矩形槽的长度0.1
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0.4倍介质波长。4.根据权利要求3所述的改善方向图圆度的贴片天线，其特征在于，所述矩形槽的宽度为长度的1/20
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1/2。5.根据权利要求1
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4任一项所述的改善方向图圆度的贴片天线，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，翁浩议，郭晓，虞树炜，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：