CN103380541A

CN103380541A - 一种弯折线天线

Info

Publication number: CN103380541A
Application number: CN2011800679375A
Authority: CN
Inventors: 邱巍; 徐雷鸣; 王伶; 郑书峰; 尹应增
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2013-10-30
Also published as: WO2012109801A1

Abstract

本发明公开了一种弯折线天线，包括：印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分（11）；印制在所述介质基板的第二面上的第二弯折线部分（12）；其中，所述第一弯折线部分（11）为一段弯折的金属带，并且所述第一弯折线部分（11）和所述第二弯折线部分（12）关于介质基板呈镜像对称关系；印制在所述介质基板的第一面上的微带馈线（13），与所述第一弯折线部分（11）的底部相连接，其中，所述微带馈线（13）与所述第一弯折线部分（11）的连接点为馈电点；以及所述馈电点处的至少一个短路探针（14），用于连接所述第一弯折线部分（11）和所述第二弯折线部分（12）。本发明提供的双层弯折线天线，可以有效降低弯折线天线的品质因数，并增加弯折线天线的阻抗带宽。

Description

一种弯折线天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种弯折线天线（MLA，Meander Line Antenna）。

背景技术

目前，现代的无线通信系统对天线的小型化有着越来越高的需求。尤其是在需要同时满足全向辐射、宽带工作以及相对较高的增益要求的应用场景下，这种对天线小型化的需求会对天线工程师们的工作提出挑战。

MLA是一种通过来回弯折单极子天线（Monopole）构造而成的小型天线，其结构如图1所示。图1中的W代表弯折线部分的宽度，N代表弯折线部分弯折的次数，S代表弯折线之间的间距。MLA能够提供全向辐射，并且辐射效率高，交叉极化小。但是，这种传统的MLA的阻抗带宽比较窄，并且其输入阻抗与其弯折线的粗细（或宽度）以及间距相关，输入阻抗很容易呈现出较强的感抗和较大的输入阻抗实部，这给天线的阻抗匹配带来困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种具有较宽的阻抗带宽的MLA。

根据本发明一个实施例所提供的一种弯折线天线包括：

印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分11；

印制在所述介质基板的第二面上的第二弯折线部分12；其中，所述第一弯折线部分11为弯折的金属带，并且所述第一弯折线部分11和所述第二弯折线部分12关于所述介质基板呈镜像对称关系；

印制在所述介质基板的第一面上的微带馈线13，与所述第一弯折线部分11的底部相连接，其中，所述微带馈线13与所述第一弯折线部分11的连接点为馈电点；以及

所述馈电点处的至少一个短路探针14，用于连接所述第一弯折线部分11和所述第二弯折线部分12。

上述弯折线天线进一步包括：地层15，印制在第二弯折线部分12的下方。

上述弯折线天线进一步包括：位于所述地层15之上且在所述第二弯折线部分12底部两侧旁边的套筒。

本发明的另一个实施例所提供的具有较宽阻抗带宽且能较好匹配50欧姆馈线的弯折线天线包括：

印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分11；

印制在所述介质基板的第一面上的第一容性带21，其第一端与所述第一弯折线部分11的底部相连；

印制在所述介质基板的第二面上的第二容性带22，其第一端与所述第二弯折线部分12的底部相连；

印制在所述介质基板的第一面上的微带馈线23，与所述第一容性带21的第二端相连接，其中，所述微带馈线23与所述第一容性带21的连接点为馈电点；以及

所述馈电点处的至少一个短路探针24，用于连接所述第一容性带21和所述第二容性带22。

上述第一容性带21和所述第二容性带22均为矩形。

第一弯折线部分11和第二弯折线部分12均为锥形或梯形。

上述弯折线天线进一步包括：地层16，印制在第二容性带22的下方。

上述弯折线天线进一步包括：位于所述地层16之上且在所述第二容性带22底部两侧旁边的套筒17。

上述短路探针24用于在所述馈电点处通过金属探针连接所述第一容性带21和所述第二容性带22。

上述短路探针24用于在所述馈电点处连接所述第一容性带21的第二端和所述第二容性带22的第二端。

本发明实施例所提供的改进的弯折线天线采用了双层的弯折线部分，使得弯折线天线在馈电点处输入阻抗的电抗部分减半而电阻部分保持不变，从而可以有效降低弯折线天线的品质因数，进而增加弯折线天线的阻抗带宽。

附图说明

图1为传统MLA的结构示意图；

图2a为本发明实施例1所述的MLA的结构示意图；

图2b为本发明实施例1所述的MLA的结构示意图；

图3a为本发明实施例2所述的MLA的结构示意图；

图3b为本发明实施例2所述的MLA的结构示意图；

图4a显示了一种MLA将第一弯折线部分设置成为锥形时的结构示意图；

图4b显示了一种MLA将第二弯折线部分设置成为锥形时的结构；以及

图5显示了在介质基板的两个面上均具有锥形弯折线部分与在介质基板的一个面上具有锥形弯折线部分的MLA的电压驻波比（VSWR）随频率变化的曲线。

具体实施方式

为了解决传统MLA存在的问题，本发明对传统MLA进行了改进。下面将结合附图详细描述根据本发明的具体的实施例。

实施例1

为了解决传统MLA阻抗带宽较窄的问题，本发明的实施例提供了一种改进的MLA，该MLA具有双层的弯折线部分，其以平面形式分别印制于介质基板（Dielectric Substrate）的两个面上。图2a、2b显示了本实施例所述MLA的结构，其中，图2a显示了介质基板的第一面；图2b显示了介质基板的第二面。如图2a和2b所示，本实施例所述的MLA主要包括以下部件：

印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分（Meandering Section）11；

印制在介质基板的第二面上的第二弯折线部分12；其中，第一弯折线部分11为弯折的金属带，并且所述第一弯折线部分11和所述第二弯折线部分12关于介质基板呈镜像对称关系；

印制在介质基板的第一面上的微带馈线（Microstrip Feedline）13，与所述第一弯折线部分11的底部相连接，其中，微带馈线13与第一弯折线部分11的连接点为馈电点；以及

馈电点处的至少一个短路探针（Shorting Pin）14，用于连接第一弯折线部分11和第二弯折线部分12。

在本实施例中，所述至少一个短路探针14可以通过至少一个金属探针（Metal Pin）连接第一弯折线部分11和第二弯折线部分12。

上述MLA还可以进一步包括：地层15，印制在介质基板的第二面上第二弯折线部分12的下方。

如上所述，本发明本实施例提供了一种改进的MLA，其采用了印制在介质基板两个面上的双层弯折线部分。从该双层结构可以看出，馈电点处（也即短路探针的位置）的电流被分为两部分，每一部分的电流分别进入介质基板一个面上的弯折线部分。由于所述两个弯折线部分谐振于同一频率，因此从等效电路的观点来看，介质基板的每一面上的弯折线部分可等效为一个谐振回路，它们通过一个或多个短路探针相并联，因而使得主要由弯折线部分所产生的电感和自电容近乎减半，而来自于所述双层的弯折线部分之间的互电容增加，同时导体损耗加倍（在低频时导体损耗可忽略）而介质损耗不变。也就是说，在馈电点处的输入阻抗的电抗部分近乎减半而电阻部分（对应损耗）几乎不变，这使得MLA的品质因数降低，进一步增加MLA的阻抗带宽。

需要说明的是，在采用上述双层结构的基础之上，为了进一步增加MLA的阻抗带宽，还可以进一步采用如下三种方法之一或其任意组合：

方法1）将上述第一弯折线部分11和第二弯折线部分12设置成为顶部宽底部窄的锥形或梯形；

方法2）增加上述第一弯折线部分11和第二弯折线部分12的宽度；

方法3）在上述第二弯折线部分12底部的两侧的旁边、地层15之上增加套筒（Sleeve）。其中，该套筒印制在介质基板的第二面上。

实施例2

为了进一步解决传统MLA阻抗匹配困难的问题，本实施例提供了另一种改进的MLA。该MLA与图2a、2b所示的MLA相比，分别在介质基板的每个面上增加了一个容性金属带。图3a、3b显示了本实施例所述MLA的结构，其中，图3a显示了介质基板的第一面；图3b显示了介质基板的第二面。如图3a和3b所示，本实施例所述的MLA主要包括以下部件：

印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分11；

印制在介质基板的第一面上的第一容性带21，其第一端与第一弯折线部分11的底部相连；

印制在介质基板的第二面上的第二容性带22，其第一端与第二弯折线部分12的底部相连；

印制在所述介质基板的第一面上的微带馈线23，与第一容性带21的第二端相连接，其中，微带馈线13与第一容性带21的连接点为馈电点；以及

所述馈电点处的至少一个短路探针24，用于连接第一容性带21和第二容性带22。

在本实施例中，所述至少一个短路探针24可以通过至少一个金属探针连接第一容性带21的第二端和第二容性带22的第二端。

其中，上述第一容性带21和第二容性带22均为矩形。

另外，上述MLA还可以进一步包括：地层16，印制在介质基板的第二面上第二容性带22的下方。

如前所述，本实施例所述的MLA由于采用了双层的弯折线部分，因此可以大幅增加MLA的阻抗带宽。

由于传统的MLA是一个自谐振结构，其等效的电感和电容部分可以通过改变弯折线部分的特征来改变。为了实现阻抗匹配，MLA的等效电感应能抵消等效电容，这通常需要小的弯折线之间的间隔以及高的加工精度。在本实施例中，通过在介质基板的每个面上分别增加容性金属带，可以使MLA的等效电容显著增加，容性金属带的电容值可通过调节容性带的尺寸进行调节，以有效抵消MLA的电感。在本实施例中，不需要外部的阻抗匹配网络或调谐短截线（Tuning Stub）就可以实现MLA与50欧姆馈线的阻抗匹配，从而解决了传统MLA阻抗匹配困难的问题。

本实施例所述的MLA具有较宽的阻抗带宽且能较好匹配50欧姆馈线。

如前所述，为了进一步增加MLA的阻抗带宽，在采用上述双层结构的基础之上，还可以进一步采用如下三种方法之一或其任意组合：

方法3）在上述容性带22底部两侧旁边、地层16之上增加套筒17。其中，该套筒印制在介质基板的第二面上。

图4a、4b显示了一种MLA将第一弯折线部分11和第二弯折线部分12设置成为锥形时的结构示意图，其中，图4a显示了介质基板的第一面，图4b显示了介质基板的第二面。图4b中还显示了套筒17。

为了更好的说明本实施例所提供MLA的性能，分别测量了在介质基板的两个面上均具有锥形弯折线部分的MLA与在介质基板的一个面上具有锥形弯折线部分的MLA，得到这两种MLA的电压驻波比（VSWR，Voltage Standing Wave Ratio）随频率变化的曲线，如图5所示。其中，带圆点的曲线代表在介质基板的一个面上具有锥形弯折线部分的MLA的VSWR随频率变化的曲线；带正方形的曲线代表在介质基板的两个面上均具有锥形弯折线部分的MLA的VSWR随频率变化的曲线。从图5可以看出，MLA的分数带宽由8%展宽至12%，这就证实了通过这种双层结构可以有效的提高MLA的阻抗带宽。另外，值得指出的是，这两种MLA呈现出大致相同的天线增益（1.8dB）、相同的3D辐射方向图和相同的交叉极化电平。这也就说明了，这种MLA能够实现全向辐射，同时具有较高的天线增益，较低的交叉极化以及较宽的阻抗带宽。

Claims

1.一种弯折线天线，所述弯折线天线包括：

印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分（11）；

印制在所述介质基板的第二面上的第二弯折线部分（12）；其中，所述第一弯折线部分（11）为弯折的金属带，并且所述第一弯折线部分（11）和所述第二弯折线部分（12）关于所述介质基板呈镜像对称关系；

印制在所述介质基板的第一面上的微带馈线（13），与所述第一弯折线部分（11）的底部相连接，其中，所述微带馈线（13）与所述第一弯折线部分（11）的连接点为馈电点；以及

所述馈电点处的至少一个短路探针（14），用于连接所述第一弯折线部分（11）和所述第二弯折线部分（12）。

2.根据权利要求1所述的弯折线天线，所述弯折线天线进一步包括：地层（15），印制在所述第二弯折线部分（12）的下方。

3.根据权利要求2所述的弯折线天线，所述弯折线天线进一步包括：位于所述地层（15）之上且在所述第二弯折线部分（12）底部两侧旁边的套筒。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的弯折天线，其中，所述短路探针（14）用于在所述馈电点处通过金属探针连接所述第一弯折线部分（11）和所述第二弯折线部分（12）。

5.一种弯折线天线，所述弯折线天线包括：

印制在介质基板的第一面上的第一弯折线部分（11）；

印制在所述介质基板的第一面上的第一容性带（21），其第一端与所述第一弯折线部分（11）的底部相连；

印制在所述介质基板的第二面上的第二容性带（22），其第一端与所述第二弯折线部分（12）的底部相连；

印制在所述介质基板的第一面上的微带馈线（23），与所述第一容性带（21）的第二端相连接，其中，所述微带馈线（23）与所述第一容性带（21）的连接点为馈电点；以及

所述馈电点处的至少一个短路探针（24），用于连接所述第一容性带（21）和所述第二容性带（22）。

6.根据权利要求5所述的弯折线天线，所述弯折线天线进一步包括：地层（16），印制在第二容性带（22）的下方。

7.根据权利要求5或6所述的弯折线天线，其中，所述第一容性带（21）和所述第二容性带（22）均为矩形。

8.根据权利要求6所述的弯折线天线，所述弯折线天线进一步包括：位于所述地层（16）之上且在所述第二容性带（22）底部两侧旁边的套筒（17）。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的弯折线天线，其中，所述短路探针（24）用于在所述馈电点处通过金属探针连接所述第一容性带（21）和所述第二容性带（22）。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的弯折线天线，所述短路探针（14）用于连接所述第一容性带（21）的第二端和所述第二容性带（12）的第二端。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的弯折线天线，其中，所述第一弯折线部分（11）和第二弯折线部分（12）均为锥形或梯形。