[发明专利]一种基于准PIFA天线的超低剖面端射垂直极化天线

说明书

本发明公开了一种基于准PIFA天线的超低剖面端射垂直极化天线。所述天线包括驱动部分、贴片加载部分和介质块；驱动部分包括准PIFA天线、短路面、L型探针和CPW传输线，贴片加载部分包括两组加载贴片；驱动部分与加载贴片、加载贴片与加载贴片之间间隔一定距离，馈电激励驱动部分，再通过耦合的方式激励加载贴片；驱动部分和贴片加载部分均建立在介质块上；所述驱动部分用于产生一个谐振点；所述贴片加载部分用于产生额外的谐振点来拓展带宽，同时，两组加载贴片起到引向器的作用从而增加增益。本发明的剖面高低存在明显的优势。由于加载贴片的特殊属性，本发明在展宽了带宽的同时，其增益也能在一定程度上有提升。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于准PIFA天线的超低剖面端射垂直极化天线。

背景技术

当下的端射垂直极化天线主要采用H面喇叭、八木天线等形式来实现。

（1）H面喇叭方案：在低剖面的情况下，由于H面喇叭的辐射口径面与空间阻抗匹配困难，通常采用介质加载或者贴片加载的方式来改善带宽，也有的人通过在介质中打空气孔来实现一个阻抗从介质到空气的渐变过程。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.）中就提出了一种介质加载的天线，其尺寸为2.6*1.26*0.23λ0，在改善匹配的同时又提高增益特性。一种圆极化的天线（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），其中的端射垂直极化就是通过加载贴片来实现宽带宽的，在1*0.54*0.13λ0的体积下，达到了14.6%的带宽水平。

（2）八木天线方案：将八木天线垂直放置可实现端射垂直极化（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 ）。其体积为0.74*0.64*0.12λ0，带宽为17%，这种天线体积较小，可以用于芯片封装。

然而，现有方案剖面高，导致在在封装等低剖面环境下实现困难。现有方案的带宽普遍较窄。例如要覆盖目前各国5G毫米波频段需要24.25-29.5GHz（约20%）带宽，现有方案很难满足。

为了改善垂直口径面与自由空间的匹配，从而展宽带宽和提高增益，前人做了许多研究。通常的方法有以下几种：

（1）加载介质：这种方法的本质是增加与空气耦合的有效口径面积，从而改善匹配。

（2）对口径面附近的介质打上空气孔：这种方法的原理是逐渐降低介质的有效介电常数，从而实现口径面阻抗逐渐过渡到自由空间阻抗。

（3）加载贴片：这种方式与本发明提出的方式十分类似，都是加载贴片。但请注意，在本发明前加载的贴片其作用主要是引入了电容，从而在路的角度上改善了匹配。其贴片的尺寸选择与本发明也完全不同。

上述的几种方法确实对改善匹配起到了一定的作用，但改善效果有限。且第二种方法的加工难度明显上升。下面介绍本发明的贴片加载原理。

发明内容