本發(fā)明涉及微帶天線，特別涉及一種微帶天線陣列，具體來說是一種柱狀雙頻全向微帶天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微帶天線是一種常見天線，由于其體積小，重量輕，易生產(chǎn)，易共形，易集成，所以目前被廣泛使用。

微帶天線是在介質(zhì)基板正面用光刻腐蝕或其他方法制成一定形狀的導(dǎo)電貼片(通常由金屬箔片或?qū)щ娡繉訕?gòu)成)，作為微帶天線的輻射元件，就構(gòu)成了最簡單的微帶天線單元。導(dǎo)電貼片常見的形狀有矩形和圓形，導(dǎo)電貼片的尺寸決定了天線的工作頻段。大多數(shù)微帶天線單元還包括一些耦合元件、隔離元件，有些還在介質(zhì)基板背面附上導(dǎo)電薄層作為接地面，用于改善天線性能和增加一些功能。輻射元件的饋電可以采用微帶線、同軸探針或者耦合縫等。通常，這些耦合元件、隔離元件或微帶線等也是由各種形狀的金屬箔片或?qū)щ娡繉訕?gòu)成。

由同軸線饋電的微帶天線工作原理是：導(dǎo)電貼片相當(dāng)于一個電感電容并聯(lián)諧振電路，通過同軸探針把電磁波饋到導(dǎo)電貼片上，導(dǎo)電貼片產(chǎn)生電磁諧振，把電磁波能量輻射出去。

對于同軸線饋電的微帶天線，需要確定同軸探針饋點的位置，饋點的位置會影響天線的輸入阻抗，在微帶天線系統(tǒng)應(yīng)用中通常是使用50ω的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，因此需要確定饋點的位置使天線的輸入阻抗等于50ω。

對于矩形導(dǎo)電貼片，微帶天線的諧振頻率由導(dǎo)電貼片的寬度決定的，其寬度等于諧振頻率的二分之一波長。在這里，諧振頻率就是微帶天線工作的中心頻率。

為了實現(xiàn)全向輻射，現(xiàn)有技術(shù)的全向天線通常采用移相器、定向耦合器等方式，或者相控陣天線來實現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)的雙頻天線是通過在單一貼片上開槽、縫等實現(xiàn)，并通過去耦網(wǎng)絡(luò)、寄生單元、接地面缺陷結(jié)構(gòu)、歸一化技術(shù)等提高端口之間隔離度。如果要構(gòu)成天線陣列，通常陣列中每個單元都需要單獨配置反射板。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點主要是，移相器、定向耦合器等附加結(jié)構(gòu)會增大天線的尺寸和設(shè)計成本。相控天線陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜。單一貼片實現(xiàn)雙頻段，頻段之間距離不能太遠(yuǎn)，工作頻段不好控制。去偶網(wǎng)絡(luò)增加天線成本和尺寸，接地面缺陷提高隔離度的方法使得后向輻射增大，天線增益減小，隔離效果不佳。近距離的情況下，寄生單元的只要發(fā)生細(xì)微的變化就會對耦合電流產(chǎn)生很大的影響，這使得能采用這種方法降低耦合的天線的種類十分受限。單獨配置反射板將會增加天線重量，使天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種柱狀雙頻全向天線，以簡單的柱狀立體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微帶天線輻射全方向覆蓋。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，柱狀雙頻全向天線，由介質(zhì)基板圍成的棱柱構(gòu)成，所述介質(zhì)基板背面為接地面，所述介質(zhì)基板正面布置有微帶天線單元，所述接地面相互連接構(gòu)成所述棱柱的內(nèi)表面，所述介質(zhì)基板正面為所述棱柱外表面；所述微帶天線單元包括第一輻射元件、第二輻射元件和微帶隔離元件，所述第一輻射元件和第二輻射元件具有不同的工作頻段。

本發(fā)明的柱狀雙頻全向天線，利用介質(zhì)基板圍成的棱柱構(gòu)成，棱柱外表面的微帶天線單元實現(xiàn)了360°全向輻射。棱柱內(nèi)表面的接地面構(gòu)成了微帶天線的反射板，微帶天線單元中兩個具有不同的工作頻段的獨立輻射元件實現(xiàn)了雙頻工作模式。微帶隔離元件增強了兩個輻射元件的隔離度，雙頻配置更加靈活，工作頻段選擇也更自由。

優(yōu)選的，所述棱柱為由三塊結(jié)構(gòu)相同的介質(zhì)基板構(gòu)成的正三棱柱。

該方案以一種最簡單的棱柱實現(xiàn)了全向輻射，兩個相鄰介質(zhì)基板背面的接地面構(gòu)成另一個介質(zhì)基板正面天線單元的反射板，三個介質(zhì)基板正面的天線單元輻射角度只要≥120°就能夠?qū)崿F(xiàn)360°全向輻射。具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，成本低廉的優(yōu)點。

優(yōu)選的，所述棱柱為由四塊結(jié)構(gòu)相同的介質(zhì)基板構(gòu)成的正四棱柱。

正四棱柱也是一種結(jié)構(gòu)比較簡單的棱柱，同樣具有低成本的優(yōu)勢。

進(jìn)一步的，所述接地面、第一輻射元件、第二輻射元件和微帶隔離元件由金屬箔片構(gòu)成。

本方案的柱狀雙頻全向天線，可以采用雙面印刷電路板(pcb)構(gòu)成棱柱。雙面印刷電路板背面的覆銅板就可以構(gòu)成接地面，正面的覆銅板可以采用光刻、蝕刻等工藝制作輻射元件和隔離元件等，具有取材方便，制造工藝成熟，成本低的優(yōu)點。

進(jìn)一步的，所述接地面、第一輻射元件、第二輻射元件和微帶隔離元件由導(dǎo)電涂層構(gòu)成。

該方案可以采用通過噴涂、印刷等工藝，在介質(zhì)基板上形成導(dǎo)電涂層，構(gòu)成本發(fā)明的接地面、輻射元件和微帶隔離元件，可以選用陶瓷介質(zhì)基板、有機介質(zhì)基板等材料制作天線，是也是一種工藝成熟的微帶電路加工技術(shù)。

進(jìn)一步的，所述第一輻射元件和/或第二輻射元件通過同軸線饋電。

輻射元件的饋電是微帶天線的重要技術(shù)，采用同軸線饋電具有阻抗匹配容易實現(xiàn)，饋電點反射小，兩個饋電點相互干擾低等優(yōu)點。

進(jìn)一步的，所述第一輻射元件和/或第二輻射元件設(shè)置有開槽。

本方案通過在輻射元件上開槽，實現(xiàn)天線的小型化。開槽相當(dāng)于增加了電流路徑的長度，有利于降低諧振頻率，或在相同諧振頻率下縮小輻射元件尺寸。

優(yōu)選的，所述第一輻射元件和/或第二輻射元件為矩形輻射元件。

矩形輻射元件具有加工方便，加工尺寸精度高，諧振頻率比較好控制的特點，可以由一個矩形構(gòu)成，也可以是由幾個矩形組合構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述第一輻射元件嵌套在所述第二輻射元件中，所述微帶隔離元件為曲折線并位于所述第一輻射元件和第二輻射元件之間。

本方案采用嵌套結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步降低天線尺寸，節(jié)約材料成本。種種結(jié)構(gòu)使得位于第一輻射元件和第二輻射元件之間的微帶隔離元件成了曲折線，以便嵌入兩個輻射元件之間發(fā)揮隔離作用。

進(jìn)一步的，所述微帶隔離元件具有對稱結(jié)構(gòu)，其對稱點與接地面電連接。

本方案微帶隔離元件具有對稱結(jié)構(gòu)，并且其對稱點與接地面電連接，能夠提高隔離效果，并降低微帶隔離元件對輻射元件的干擾。

本發(fā)明的有益效果是，天線結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積小。柱狀立體結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)天線輻射全向覆蓋，每一柱面的介質(zhì)基板分開加工，再按照設(shè)計要求組合起來，結(jié)構(gòu)相對簡單。本發(fā)明的天線系統(tǒng)不需要附加金屬反射板，可以降低天線整體重量。兩個獨立的輻射元件，在有限空間實現(xiàn)了雙頻工作模式。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的具體實施方式、示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的仰視圖；

圖3是實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1為微帶天線單元；2為接地面；3為介質(zhì)基板；10為第一輻射元件；11為第一輻射元件的開槽；20為第二輻射元件；21為第二輻射元件的開槽；30為微帶隔離元件；31為接地點；α、β和γ為相鄰介質(zhì)基板之間的夾角。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的具體實施方式、實施例以及其中的特征可以相互組合。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施方式、實施例中的附圖，對本發(fā)明具體實施方式、實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的具體實施方式、實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施方式、實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

本例柱狀雙頻全向天線，由三塊結(jié)構(gòu)相同的介質(zhì)基板3組成的正三棱柱構(gòu)成，如圖1所示。這種正三棱柱結(jié)構(gòu)的天線，以數(shù)量最少的介質(zhì)基板實現(xiàn)360°全向覆蓋，天線方向圖表明輻射電磁場空間分布比較均勻。任意兩個介質(zhì)基板3之間形成60°夾角，如圖1中∠α、∠β和∠γ所示。每一塊介質(zhì)基板3背面為接地面2，接地面2相互連接構(gòu)成棱柱的內(nèi)表面。任意兩個介質(zhì)基板3的接地面2構(gòu)成另一介質(zhì)基板3微帶天線單元1的反射板，反射后向輻射，提高微帶天線單元增益。本例天線系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)固，成本低廉的優(yōu)點。

介質(zhì)基板3正面為棱柱外表面，每一塊介質(zhì)基板正面都布置有結(jié)構(gòu)相同的微帶天線單元1，參見圖2。本例微帶天線單元1包括第一輻射元件10、第二輻射元件20和微帶隔離元件30。第一輻射元件10和第二輻射元件20都是由矩形金屬箔片構(gòu)成的矩形輻射元件，第二輻射元件20可以看成是3塊矩形連接構(gòu)成的“u”型結(jié)構(gòu)，第一輻射元件10尺寸小于第二輻射元件20的尺寸，并嵌套在第二輻射元件20的u型開口中，第一輻射元件10工作在高頻段，第二輻射元件20工作在低頻段。本例微帶隔離元件30也是金屬箔片，由于兩個輻射元件的嵌套結(jié)構(gòu)，本例微帶隔離元件30為曲折線并位于第一輻射元件10和第二輻射元件20之間，由圖2可見微帶隔離元件30具有對稱結(jié)構(gòu)，其對稱點31與接地面2電連接。這種隔離措施提高了兩個輻射元件之間的隔離度，降低了高頻段和低頻段之間的干擾，有利于提高天線系統(tǒng)的增益。第一輻射元件10和第二輻射元件20的嵌套結(jié)構(gòu)壓縮了本例天線尺寸，減小了天線體積。

本例柱狀雙頻全向天線，兩個輻射元件都采用同軸線饋電，同軸線從正三棱柱內(nèi)表面穿過接地面2，同軸線外導(dǎo)體(屏蔽層)與接地面2電連接，同軸線內(nèi)導(dǎo)體(芯線)穿過介質(zhì)基板3連接到輻射元件上。采用同軸線饋電能夠減小饋線對輻射的影響，有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過調(diào)整饋電點(芯線連接位置)，可以方便地實現(xiàn)阻抗匹配。

由圖2可以看出，本例兩個輻射元件都采用開槽結(jié)構(gòu)，如圖2中的開槽11和開槽21。這種開槽結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步降低金屬貼片的尺寸，有利于縮小天線體積，并有利于擴展頻帶，提高天線性能。

實施例2

本例天線由四塊結(jié)構(gòu)相同的介質(zhì)基板3構(gòu)成的正四棱柱組成，如圖3所示。其中任意三塊介質(zhì)基板3背面的接地面2相互連接，構(gòu)成另一塊介質(zhì)基板3正面天線單元的反射板。本例天線其他機構(gòu)可以參見實施例1的描述。正四棱柱構(gòu)成的全向天線，也是一種結(jié)構(gòu)比較簡單的陣列天線結(jié)構(gòu)形式。

上述實施例僅僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，但上述實施例并不能理解為對本發(fā)明的限制。如上述實施例中的接地面、第一輻射元件、第二輻射元件和微帶隔離元件也可以采用導(dǎo)電涂層構(gòu)成，并不影響本發(fā)明的實施。