[發明專利]一種基于準PIFA天線的超低剖面端射垂直極化天線

有效

• 申請號: 202010113683.7
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111326856B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 柯李順;廖紹偉;薛泉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/10;H01Q5/307;H01Q15/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開了一種基于準PIFA天線的超低剖面端射垂直極化天線。所述天線包括驅動部分、貼片加載部分和介質塊；驅動部分包括準PIFA天線、短路面、L型探針和CPW傳輸線，貼片加載部分包括兩組加載貼片；驅動部分與加載貼片、加載貼片與加載貼片之間間隔一定距離，饋電激勵驅動部分，再通過耦合的方式激勵加載貼片；驅動部分和貼片加載部分均建立在介質塊上；所述驅動部分用于產生一個諧振點；所述貼片加載部分用于產生額外的諧振點來拓展帶寬，同時，兩組加載貼片起到引向器的作用從而增加增益。本發明的剖面高低存在明顯的優勢。由于加載貼片的特殊屬性，本發明在展寬了帶寬的同時，其增益也能在一定程度上有提升。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種基于準PIFA天線的超低剖面端射垂直極化天線。

背景技術

當下的端射垂直極化天線主要采用H面喇叭、八木天線等形式來實現。

（1）H面喇叭方案：在低剖面的情況下，由于H面喇叭的輻射口徑面與空間阻抗匹配困難，通常采用介質加載或者貼片加載的方式來改善帶寬，也有的人通過在介質中打空氣孔來實現一個阻抗從介質到空氣的漸變過程。文章（Hao Wang, Da-Gang Fang, BingZhang, Wen-QuanChe, Dielectric Loaded Substrate Integrated Waveguide (SIW)H-Plane Horn Antennas, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.58, no. 3, pp. 640-647, 2010.）中就提出了一種介質加載的天線，其尺寸為2.6*1.26*0.23λ0，在改善匹配的同時又提高增益特性。一種圓極化的天線（Cai Y, Zhang Y, YangL, Qian Z. A low profile circularly polarized SIW end-fire antennaincorporating orthogonally polarized elements. Microwave and Optical Technology Letters. 2017;59(5):1111-5.1），其中的端射垂直極化就是通過加載貼片來實現寬帶寬的，在1*0.54*0.13λ0的體積下，達到了14.6%的帶寬水平。

（2）八木天線方案：將八木天線垂直放置可實現端射垂直極化（Hong Yi Kim,Joong Ho Lee, In Sang Song, Chul Song Park, Compact LTCC Yagi-Uda type End-fire Antenna-in-Package for 60 GHz Wireless Communications ）。其體積為0.74*0.64*0.12λ0，帶寬為17%，這種天線體積較小，可以用于芯片封裝。

然而，現有方案剖面高，導致在在封裝等低剖面環境下實現困難?，F有方案的帶寬普遍較窄。例如要覆蓋目前各國5G毫米波頻段需要24.25-29.5GHz（約20%）帶寬，現有方案很難滿足。

為了改善垂直口徑面與自由空間的匹配，從而展寬帶寬和提高增益，前人做了許多研究。通常的方法有以下幾種：

（1）加載介質：這種方法的本質是增加與空氣耦合的有效口徑面積，從而改善匹配。

（2）對口徑面附近的介質打上空氣孔：這種方法的原理是逐漸降低介質的有效介電常數，從而實現口徑面阻抗逐漸過渡到自由空間阻抗。

（3）加載貼片：這種方式與本發明提出的方式十分類似，都是加載貼片。但請注意，在本發明前加載的貼片其作用主要是引入了電容，從而在路的角度上改善了匹配。其貼片的尺寸選擇與本發明也完全不同。

上述的幾種方法確實對改善匹配起到了一定的作用，但改善效果有限。且第二種方法的加工難度明顯上升。下面介紹本發明的貼片加載原理。

發明內容