[發(fā)明專利]一種嵌入式多層結(jié)構(gòu)小型化貼片天線

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710138944.9
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN107104288A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐曉非;魏居正;王燁芳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q21/06
• 分類號(hào): H01Q21/06;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種嵌入式多層結(jié)構(gòu)小型化貼片天線，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域中天線技術(shù)范疇。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，作為無線設(shè)備之一的天線一般采用具有低剖面特征的微帶貼片天線。微帶貼片天線具有體積小、重量輕、低剖面、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)航、通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是微帶貼片天線的尺寸受限于半波長諧振條件，而在很多應(yīng)用中，如手機(jī)、射頻識(shí)別、藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)等，卻需要天線具有更小的尺寸。因此如何實(shí)現(xiàn)微帶貼片天線的小型化具有非常重要的意義。

現(xiàn)有微帶貼片天線的小型化一般通過兩種方法來實(shí)現(xiàn)：一類為優(yōu)化天線的輻射貼片和地平面結(jié)構(gòu)，但這種方法破壞了貼片天線外觀結(jié)構(gòu)的完整性；另一類多采用特殊的高介電常數(shù)介質(zhì)材料，但是這種特殊材料配方復(fù)雜，加工也較為困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對微帶貼片天線尺寸小型化的問題，一方面采用常規(guī)介質(zhì)材料，降低材料配方實(shí)現(xiàn)難度，另一方面在不破壞輻射天線和地平面完整性的前提下，提出了一種嵌入式多層結(jié)構(gòu)小型化貼片天線。該天線的具有與常規(guī)微帶貼片天線相同的外觀和材料構(gòu)成，但是具有諧振頻率低的特點(diǎn)，從而了實(shí)現(xiàn)了天線電尺寸小型化的目標(biāo)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：

a）在傳統(tǒng)微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，加載多層結(jié)構(gòu)，以降低諧振頻率。

b）該嵌入式結(jié)構(gòu)由中間金屬層和金屬通孔構(gòu)成。金屬通孔將中間金屬層與地平面即下層金屬層實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。天線的諧振頻率主要由上層金屬層的貼片尺寸，中間金屬層的多片貼片單元尺寸、金屬通孔的長度和尺寸以及上層介質(zhì)層和下層介質(zhì)層的厚度和介電常數(shù)決定。

c）通過優(yōu)化饋電端同軸線內(nèi)導(dǎo)體金屬探針的位置，天線可以在諧振頻率處獲得良好的匹配性能。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種嵌入式多層結(jié)構(gòu)小型化貼片天線，包括上層金屬層，中間金屬層和下層金屬層三層金屬結(jié)構(gòu)，上層介質(zhì)層和下層介質(zhì)層兩層介質(zhì)結(jié)構(gòu)；兩層介質(zhì)層與三層金屬層相互間隔布置，即上層介質(zhì)層位于上層金屬層和中間金屬層之間，下層介質(zhì)層位于中間金屬層和下層金屬層之間；所述上層金屬層為單片金屬貼片，所述中間金屬層為多片具有較小尺寸的貼片單元結(jié)構(gòu)，所述下層金屬層為完整的金屬平面；所述中間金屬層的多片貼片單元與下層金屬層通過多個(gè)金屬通孔實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)，所述金屬通孔穿過下層介質(zhì)層，所述金屬通孔的數(shù)量與中間金屬層的貼片單元數(shù)量相等；天線通過同軸線饋電，同軸線的外導(dǎo)體與下層金屬層直接互聯(lián)，同軸線的內(nèi)導(dǎo)體金屬探針依次穿過下層金屬層，下層介質(zhì)層，中間層金屬和上層介質(zhì)層，并與上層金屬層實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)。

所述中間金屬層的所有貼片應(yīng)覆蓋在上層金屬層的貼片下方；下層金屬層的貼片尺寸應(yīng)不小于上層金屬層的貼片尺寸。

所述下層介質(zhì)層和上層介質(zhì)層的尺寸應(yīng)不小于下層金屬層的貼片尺寸。

其中天線的金屬層可選擇銅作為材料，其中上層金屬層為輻射貼片，下層金屬層為地平面，均為完整的平面結(jié)構(gòu)，中間金屬層包含多片具有較小尺寸的貼片單元；介質(zhì)層可選擇常規(guī)的Rogers 5880作為材料，相對介電常數(shù)為2.2。

天線采用同軸線饋電，同軸線的特征阻抗為50歐姆。同軸線的外導(dǎo)體應(yīng)與下層金屬層相連，內(nèi)導(dǎo)體金屬探針應(yīng)與上層金屬貼片相連，同時(shí)同軸線的內(nèi)導(dǎo)體金屬探針應(yīng)避免與下層金屬層的金屬貼片以及中間金屬層的多片貼片單元連通，為此，需要對同軸線的內(nèi)導(dǎo)體金屬探針的附近位置的三層金屬層均實(shí)現(xiàn)去金屬化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)簡單，小型化效果明顯，加工工藝成熟且易于成型，并可通過調(diào)節(jié)天線各部分結(jié)構(gòu)的尺寸來實(shí)現(xiàn)小型化目標(biāo)，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例天線的立體視圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例天線的俯視圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例天線的側(cè)視圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例天線的回波損耗曲線。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例天線的增益曲線。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例天線在諧振頻點(diǎn)處的輻射方向圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明：

a）圖1展現(xiàn)了本實(shí)例天線的立體結(jié)構(gòu)。