阅读说明：本技术 一种环形微带天线和电子设备 (Annular microstrip antenna and electronic equipment ) 是由 田陆 王鹏 杨雨苍 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种环形微带天线和电子设备,涉及天线技术领域,能够增加环形微带天线的工作频段。该环形微带天线包括：介质基板,位于介质基板第一侧面的接地板,位于介质基板第二侧面的第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片,以及连接第一环形辐射贴片和第二环形辐射贴片的开关；第二环形辐射贴片和接地板连接,圆形辐射贴片和接地板连接；第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片的圆心相同,且第一环形辐射贴片的内径大于第二环形辐射贴片的外径,第二环形辐射贴片的内径大于圆形辐射贴片的半径。本发明用于增加环形微带天线的工作频段。(The embodiment of the invention provides an annular microstrip antenna and electronic equipment, relates to the technical field of antennas, and can increase the working frequency band of the annular microstrip antenna. The annular microstrip antenna includes: the antenna comprises a dielectric substrate, a grounding plate, a first annular radiation patch, a second annular radiation patch, a circular radiation patch and a switch, wherein the grounding plate is positioned on the first side surface of the dielectric substrate; the second annular radiation patch is connected with the ground plate, and the circular radiation patch is connected with the ground plate; the circle centers of the first annular radiation patch, the second annular radiation patch and the circular radiation patch are the same, the inner diameter of the first annular radiation patch is larger than the outer diameter of the second annular radiation patch, and the inner diameter of the second annular radiation patch is larger than the radius of the circular radiation patch. The invention is used for increasing the working frequency range of the annular microstrip antenna.)

一种环形微带天线和电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种环形微带天线和电子设备。

背景技术

基于微带天线的轻量化、制造简单，以及可与毫米波电路、微波电路集成的特点，多频段天线通常由微带天线制作完成。目前的多频段天线通常采用层叠结构实现多频段的信号传输，但是由于天线层叠结构的层数限制，多频段天线一般仅能工作在两个或三个频段。

发明内容

本发明的实施例提供一种环形微带天线和电子设备，用于提供一种能够工作在多个频段的微带天线。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种环形微带天线，包括：介质基板，位于介质基板第一侧面的接地板，位于介质基板第二侧面的第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片，以及连接第一环形辐射贴片和第二环形辐射贴片的开关；第二环形辐射贴片和接地板连接，圆形辐射贴片和接地板连接；第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片的圆心相同，且第一环形辐射贴片的内径大于第二环形辐射贴片的外径，第二环形辐射贴片的内径大于圆形辐射贴片的半径；第一环形辐射贴片的内径指第一环形辐射贴片内圈的半径，第二环形辐射贴片的外径指第二环形辐射贴片外圈的半径，第二环形辐射贴片的内径指第二环形辐射贴片内圈的半径。

第二方面，提供一种电子设备，包括第一方面提供的环形微带天线。

本发明实施例提供的环形微带天线，包括：介质基板，位于介质基板第一侧面的接地板，位于介质基板第二侧面的第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片，以及连接第一环形辐射贴片和第二环形辐射贴片的开关；第二环形辐射贴片和接地板连接，圆形辐射贴片和接地板连接；第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片的圆心相同，且第一环形辐射贴片的内径大于第二环形辐射贴片的外径，第二环形辐射贴片的内径大于圆形辐射贴片的半径；第一环形辐射贴片的内径指第一环形辐射贴片内圈的半径，第二环形辐射贴片的外径指第二环形辐射贴片外圈的半径，第二环形辐射贴片的内径指第二环形辐射贴片内圈的半径。本发明实施例提供的环形微带天线可以通过开关改变电流在第一环形辐射贴片、第二环形辐射贴片和圆形辐射贴片上的电流分布，从而改变天线的辐射特性。且由于第二环形辐射贴片和接地板连接，以及圆形辐射贴片和接地板连接的限制，当开关闭合时可以产生多种不同的电流分布情况，从而使得环形微带天线能够工作在多个不同的频段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种环形微带天线的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种环形微带天线的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种环形微带天线的结构示意图三；

图4为本发明实施例提供的一种环形微带天线的回波损耗示意图一；

图5为本发明实施例提供的一种环形微带天线的回波损耗示意图二；

图6为本发明实施例提供的一种环形微带天线的辐射方向图一；

图7为本发明实施例提供的一种环形微带天线的辐射方向图二；

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

共享孔径天线可以通过共享的天线孔径实现多频段工作，从而减小天线的尺寸，因而被广泛应用于通信系统。目前的共享孔径天线一般由微带贴片天线设计实现，但目前的微带贴片天线一般仅能工作在双频段，且带宽有限，各个频段之间无法独立工作。且目前的微带贴片天线一般通过层叠结构实现多频段工作，制作工艺较为复杂。

传统的微带贴片天线以方形辐射贴片为主，而环形微带天线具有方向性好、抗干扰能力强，可以工作于特高频(ultra high frequency，UHF)频段，S频带和超宽带(ultrawide band，UWB)系统的特点。且环形微带天线的结构对称，易于实现辐射贴片之间的嵌套，制作工艺较为简单。

为解决上述多频段天线仅能工作于两个或三个频段，且制作工艺复杂的问题，本发明实施例提供一种环形微带天线，如图1所示，包括：介质基板1、接地板2、空气层3、第一探针4和第二探针5。

可选的，结合图1，如图2所示，本发明实施例提供的环形微带天线还包括：第一环形辐射贴片6、第二环形辐射贴片7、圆形辐射贴片8和开关11。

其中，接地板位2于介质基板1的第一侧面，第一环形辐射贴片6、第二环形辐射贴片7和圆形辐射贴片8位于介质基板1的第二侧面，空气层3位于介质基板1与接地板2之间，第一环形辐射贴片6和第二环形辐射贴片7通过开关11连接，第二环形辐射贴片7和接地板2连接，圆形辐射贴片8和接地板2连接。

如图2所示，第一环形辐射贴片6、第二环形辐射贴片7和圆形辐射贴片8的圆心相同，且第一环形辐射贴片6的内径大于第二环形辐射贴片7的外径，第二环形辐射贴片7的内径大于圆形辐射贴片8的半径；第一环形辐射贴片6的内径指第一环形辐射贴片6内圈的半径，如图2所示的R2；第二环形辐射贴片7的外径指第二环形辐射贴片7外圈的半径，如图2所示的R3；第二环形辐射贴片7的内径指第二环形辐射贴片7内圈的半径，如图2所示的R4；圆形辐射贴片8的半径如图2所示的R5。

需要说明的是，本发明实施例中介质基板1的耐燃等级为FR-4，介电常数εr＝4.4，损耗角的正切值tanδ＝0.0009，当然本领域的技术人员也可以根据需要选择其他介质基板。第一环形辐射贴片6、第二环形辐射贴片7、圆形辐射贴片8可以印刷在介质基板1上，也可以以其他方式叠加在介质基板1上，对此本发明实施例不做限定。环形微带天线中的空气层3可以降低介质基板1的等效介电常数，使环形微带天线的带宽变宽。

本发明实施例提供的环形微带天线通过开关调整电流在环形微带天线中的分布，从而改变环形微带天线的辐射频率，实现环形微带天线在多个频段的工作。且相对于传统的以方形辐射贴片为主的微带贴片天线，本发明实施例提供的环形微带天线制作工艺较为简单。

可选的，介质基板1包括第一过孔9和第二过孔10。第二环形辐射贴片7通过第一过孔9与接地板2连接，圆形辐射贴片8通过第二过孔10与接地板2连接。

具体地，第一过孔9和第二过孔10实际是位于介质基板1上的过孔，图2仅示出了第一过孔9和第二过孔10的位置。实际中，第二环形辐射贴片7和圆形辐射贴片8上不存在过孔，且第二环形辐射贴片7与接地板2的连接是由第一探针4穿过第一过孔9实现的，圆形辐射贴片8与接地板2的连接是由第二探针5穿过第二过孔10实现的。如图2所示，第一过孔9和第二过孔10分别位于环形微带天线的两条对角线上，且第一过孔9与圆形辐射贴片8中心的距离为12mm，第二过孔10与第二环形辐射贴片7中心的距离为18mm。

需要说明的是，本发明实施例中第一探针4和第二探针5馈电时的输入电阻为50Ω。

本实施例中，第一探针4为第二环形辐射贴片7和接地板2提供了较好的连接质量，第二探针5为圆形辐射贴片8和接地板2提供了较好的连接质量。

可选的，如图2所示，圆形辐射贴片8包括一个井字槽，该井字槽位于圆形辐射贴片8的中心，且相互对称。

本实施例中，圆形辐射贴片8设置了井字槽，从而增加了圆形辐射贴片8的电流路径。由于电流路径的增加，从而改变了环形微带天线的回波损耗，增加环形微带天线的带宽。且通过井字槽和开关的配合可以实现环形微带天线的方向图重构。

可选的，如图3所示，开关11可以包括第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114。如图2所示，第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114分别位于第一环形辐射贴片6和第二环形辐射贴片7的对角线上，用于连接第一环形辐射贴片6和第二环形辐射贴片7。

具体地，当第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114的状态不同时，环形微带天线中的电流分布也不相同，从而使得环形微带天线具有不同的工作频率，如下表1所示：

表1

如上表1所示，当天线状态为0时，第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114均置于OFF状态，此时环形微带天线工作在2.8GHz；当天线状态为1时，第一开关111置于ON状态，而第二开关112、第三开关113和第四开关114均置于OFF状态，此时环形微带天线工作在1.97GHz和2.8GHz；当天线状态为2时，第二开关112置于ON状态，而第一开关111、第三开关113和第四开关114均置于OFF状态，此时环形微带天线工作在1.1GHz和2.8GHz；以此类推，当第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114置于不同的状态时，环形微带天线可以工作于不同的频率。由上表可知，本发明实施例提供的环形微带天线至少可以工作在1.1GHz、1.625GHz、1.97GHz和2.8GHz，即本发明实施例提供的环形微带天线既可以工作在L波段，也可以工作在S波段。

上表1示出了环形微带天线可以在多个不同的工作频率，通过实测还可以确定环形微带天线工作在各个工作频率时对应的相对带宽，如环形微带天线在1.1GHz时对应的相对带宽为1.6％，在1.625GHz时对应的相对带宽为4.6％，在1.97GHz时对应的相对带宽为1.1％，在2.8GHz时对应的相对带宽为11.6％。通过实测还可以确定环形微带天线在不同的工作频率下对应的增益，例如，在天线状态1-天线状态4，环形微带天线的工作频率为1.1GHz时，其增益为3.2dBi；环形微带天线的工作频率为1.625GHz时，其增益为5.9dBi；环形微带天线的工作频率为1.97GHz时，其增益为3.6dBi；且对于各个天线状态，环形微带天线的工作频率为2.8GHz时，其增益为8dBi。需要注意的是，在天线状态5，环形微带天线的工作频率为1.97GHz时，其增益为2dBi。

需要说明的是，上述环形微带天线的工作参数为实际测量获得，其中ON状态是指开关闭合，OFF状态是指开关断开连接。

可选的，上述的开关可以为微型机电系统(micro-electro-mechanical systems，MEMS)开关或铜片。当然，上述的开关也可以为二极管、光纤开关，对此本发明实施例不做限定。

需要说明的是，由于光纤开关不易与印刷电路集成，且二极管开关的隔离度较差，影响天线的辐射效率，因此在采用光纤开关和二极管开关时均存在一定的技术缺点。而MEMS开关具有易于与印刷电路集成，且体积小，隔离度高，对天线的辐射效率影响较小的优点，因此本发明实施例中开关优选为MEMS开关。当然，由于MEMS开关的成本较高，因此也可以使用铜片替换MEMS开关，由铜片控制第一环形辐射贴片6和第二环形辐射贴片7的连接。

本发明实施例提供的环形微带天线通过调整第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114的状态改变电流在环形微带天线中的电流分布，从而改变环形微带天线的辐射频率，实现环形微带天线在多个频段的工作。

示例性的，下表2示出了本发明实施例提供的环形微带天线的尺寸。

表2

参数	数值(mm)	参数	数值(mm)
				h1	2	R3	30
h2	2	R4	16
				W	95	R5	15
L	95	a	15
				R1	43	b	1
R2	33

其中，h1为介质基板1的厚度，h2为空气层3的厚度，W为接地板2的长度，L为接地板2的宽度，R1为第一环形辐射贴片6的外径，R2为第一环形辐射贴片6的内径，R3为第二环形辐射贴片7的外径，R4为第二环形辐射贴片7的内径，R5为圆形辐射贴片8的半径。

需要说明的是，如图3所示，第二环形辐射贴片7还还设置2个开槽，该两个开槽相互对称。其中，开槽的宽度为a，开槽的长度为b。介质基板1的长度与接地板2的长度相同，且介质基板1的宽度与接地板2的宽度相同，介质基板1和接地板2可以通过塑料铆钉连接固定，也可以通过其他方式连接固定，对此本发明实施例不做限定。但需要注意的是介质基板1与接地板2之间的连接材料不导电。

根据上述的环形微带天线，以仿真软件对其进行仿真，仿真软件中的辐射边界尺寸可以设置为220mm×220mm×140mm，辐射边界与辐射贴片的距离大于λ/4，λ为辐射信号在扫频最低频点对应的波长。以上述的天线状态4和天线状态5为例，其仿真得到的S11参数可以如图4所示，S22参数可以如图5所示。

根据图4所示的曲线，环形微带天线实际可以工作在L波段的1.625GHz，也可以工作在1.97GHz；根据图5所示的曲线，环形微带天线实际可以工作在S波段的2.8GHz。图4示出了环形微带天线在天线状态4和天线状态5的S11参数曲线，图5示出了环形微带天线在天线状态4和天线状态5的S22参数曲线，并未示出天线状态0-3的S11参数曲线和S22参数曲线，但通过仿真软件可以得到下表3：

表3

通过表1和表3对比，以及图4和图5的曲线对比，可以发现环形微带天线实测获得的工作频率与仿真获得的工作频率存在一定的误差，但基本吻合。仿真与实测结果存在误差可能有以下原因造成：

(1)环形微带天线实测时使用的介质基板的介电常数与仿真时使用的介质基板的介电常数存在偏差；(2)环形微带天线实际制作的工艺存在一定误差，如探针(第一探针4和第二探针5)的焊接、介质基板1与辐射贴片(第一环形辐射贴片6、第二环形辐射贴片7和圆形辐射贴片8)的切割，以及空气层3厚度的误差等。

通过仿真软件还可以获得如图6和图7所示的辐射方向图，图6为环形微带天线在天线状态1时的辐射方向图，图7为环形微带天线在天线状态5时的辐射方向图。环形微带天线在天线状态1和天线状态5时均可以工作在1.97GHz，但其辐射方向图明显不同，因此本发明实施例提供的环形微带天线可以在1.97GHz对辐射方向图进行重构。

通过仿真可以发现，本发明实施例提供的环形微带天线可以工作在L波段和S波段，相对于现有的微带天线其工作频率范围更大，且可以实现辐射方向图的重构，可以具有更广泛的应用范围。

需要说明的是，本发明实施例使用的仿真软件为Ansoft HFSS，当然，本领域的技术人员也可以使用其他仿真软件对环形微带天线进行仿真。

如图8所示，本发明实施例还提供一种电子设备100。一种可能的实施例中，电子设备100可以包括接收机101、发射机102、存储器103、处理器104和环形微带天线105。

其中，接收机101、发射机102和存储器103均与处理器104连接，例如通过总线连接。环形微带天线105通过馈电结构分别与接收机101和发射机102连接。接收机101、发射机102、存储器103、处理器104和环形微带天线105的数量可以是一个或多个。

环形微带天线105的具体说明可参阅上述实施例中对天线的描述。接收机101和发射机102可以集成在一起，构成收发机。

存储器103可能包含(random access memory，RAM)存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。

处理器104可以是一个中央处理器(central processing unit，CPU)，或者是特定集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。以上对本发明提供的天线和电子设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。