微带天线的制作方法

本公开涉及通信领域，更具体地，涉及一种微带天线。

背景技术：

当前的移动通信系统主要通过时分双工或者频分双工的方式来实现接收(transition，rx)信道与发射(receive，tx)信道的分离。其中，时分双工(timedivisionduplexing，tdd)是指接收信道和发射信道分别在不同的时隙工作，以保障两个信道之间具有一定隔离度，3gpp标准中的gsm、td-scdma采用tdd模式。频分双工(frequency-divisionduplex，fdd)是指接收信道和发射信道分别在不同的频率工作，以保障两个信道之间具有一定隔离度，3gpp标准中的wcdma和cdma2000采用fdd模式。随着5g时代的到来，全双工(fullduplex)的概念被越来越多地提及。全双工是指接收信道和发射信道可以同时同频率的工作，并且在两个信道同时同频率的工作时，两个信道之间仍具有一定隔离度。全双工实现了信号同时双向传输，可以使通信系统的传输速率在相同的时间和频带宽度下实现翻倍。因此，如何实现全双工，在5g时代已经成为一个非常重要的课题。实现全双工的难点在于如何消除同时同频下发射信号对接收信号产生的自干扰(selfinterference)。

相关技术采用以下方案以解决同时同频下发射信号对接收信号产生自干扰的问题。

方案1：如图1a所示，利用rx端和tx端分别使用不同的收发天线来增加隔离度。

方案2：在rx端和tx端之间设置环形器(一种电磁波单向环形传输的器件)，利用环形器的原理实现rx端和tx端之间的隔离。例如图1b所示，cirulator表示环形器，根据环形器的原理，1口的信号能传输到2口，2口的信号能传输到3口，但是2口到1口、3口到2口以及1口和3口之间的信号不能通过。

方案3：是方案2的改进，如图1c所示，tx端到rx端有两路，一路直接传输tx信号，另一路接一个反相器将tx信号的相位反转π，这样对于rx端来说，同时接收到了一个tx信号和一个反相的tx信号，这两个信号互相抵消，从而在rx端消除了同时发射的tx端的影响，实现了全双工。

方案4：利用天线的主极化(co-pol)和交叉极化(x-pol)将tx端和rx端区分开。如图1d所示，由于天线的辐射方向性的不同，一个天线所产生的电场沿着x方向，另一个天线所产生的电场沿着y方向，这样两边的电磁场分布具有正交特性。

以上相关技术的方案至少存在以下问题：对于方案1来说，tx端对rx端的影响较大，隔离度不好。对于方案2-4来说：电路结构较为复杂，实现起来较为困难。

技术实现要素：

本公开的一个方面提供了一种微带天线，包括：接地板；介质基片，介质基片设置于接地板的表面；第一贴片，第一贴片设置于介质基片的顶面；以及第二贴片；其中，介质基片包括混合介质结构，混合介质结构设置在目标区域中，目标区域为第一贴片在介质基片中产生的电场的电场强度小于阈值的区域，第二贴片设置于混合介质结构的顶面。

可选地，第一贴片和第二贴片分别与接地板耦接。

可选地，上述的微带天线，还包括：第一馈电线，第一馈电线与第一贴片连接；以及第二馈电线，第二馈电线与第二贴片连接，第一馈电线的延伸方向与第二馈电线的延伸方向相同。

可选地，第一馈电线和第二馈电线的特征阻抗为50ω

可选地，混合介质结构沿垂直于接地板方向的厚度大于介质基片沿垂直于接地板方向的厚度的一半。

可选地，混合介质结构包括交替排列的多个第一介质和多个第二介质。

可选地，第一介质的介电常数和厚度以及第二介质的介电常数和厚度需满足以下公式：ε1*d1+ε2*d2＝k*(λ/2)，其中，d1为第一介质的厚度，ε1为第一介质的介电常数，d2为第二介质的厚度，ε2为第二介质的介电常数，λ为微带天线的中心频率所对应的波长，k为正整数。

可选地，第二贴片为矩形，第二贴片的长边的长度被设置为第一介质的厚度d1与第二介质的厚度d2之和的正整数倍。

可选地，第二贴片的延伸方向与第一介质和第二介质的排列方向相同，且第二贴片的边缘位于第一介质与第二介质的接缝处。

根据本公开的实施例的微带天线，将混合介质结构设置在目标区域，并将第二贴片设置在混合介质结构的顶面。由于目标区域为第一贴片产生电场的场强较小的区域，第一贴片和第二贴片之间具有较大的隔离度，从而实现了第一贴片和第二贴片的全双工。另外，该微带天线不需要环形器或极化天线，结构较为简单。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1a-1d示意性示出了相关技术的全双工天线的结构示意图。

图2示意性示出了一种全双工系统；

图3示意性示出了根据本公开的实施例的微带天线的结构示意图；

图4示意性示出了根据本公开的实施例的第一贴片所激发的本征模式在介质基片中的电场分布示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的介质基片的结构示意图图4示意性示出了根据本公开实施例的介质基片的结构示意图；

图6示意性示出了根据本公开实施例的混合介质的结构示意图；

图7示意性示出了根据本公开的实施例的微带天线的网络模拟图；以及

图8示意性示出了根据本公开另一实施例的微带天线的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。

图2示意性示出了一种全双工系统。如图2所示，tx表示发射信号，rx表示接收信号，ant表示天线，pa表示功率放大器，dac表示数模转换器，lna表示低噪声放大器，adc表示模数转换器。对于该全双工系统，同时间同频率的tx信号对rx信号会造成100db以上的影响。该全双工系统分为三个子系统消除这些影响，从而顺利地解调rx信号。三个子系统分别为天线系统110、模拟信号干扰消除电路(analogcancellationcircuit)120和数字信号干扰消除电路(digitalcancellationcircuit)130。其中，天线系统110用于实现接收天线和发射天线之间的隔离，模拟信号干扰消除电路120用于消除模拟信号部分的干扰。数字信号干扰消除电路130用于消除数字信号部分的干扰。本公开的实施例的微带天线是针对天线系统110进行的改进，以实现接收天线和发射天线的隔离。

本公开的实施例提供了一种微带天线。该微带天线包括接地板；介质基片，介质基片设置于接地板的表面；第一贴片，第一贴片设置于介质基片的顶面；以及第二贴片；其中，介质基片包括目标区域和混合介质结构，目标区域为第一贴片在介质基片中产生的电场的电场强度小于阈值的区域，混合介质结构设置在目标区域中，第二贴片设置于混合介质结构的顶面。

下面参考图3，具体阐述本公开实施例的微带天线。

图3示意性示出了根据本公开的实施例的微带天线的结构示意图。

如图3所示，该微带天线包括接地板310、介质基片320、设置于介质基片320的顶面的第一贴片330以及第二贴片340。

其中，介质基片320设置于接地板310的表面，包括混合介质结构322。第一贴片330设置于介质基片320的顶面。第二贴片340设置与混合介质结构322的顶面。

根据本公开的实施例，第一贴片330与接地板310耦接，可以用于发射信号或接收信号。第一贴片330的材质例如可以为金属等导体。第一贴片330的尺寸可以根据微带天线的中心频率所对应的波长和介质基片的介电常数来确定。

根据本公开的实施例，当第一贴片330作为发射端口时，其所激发的本征模式在介质基片320中的电场分布如图4中的箭头标志所示，电场强度沿y方向上一致，沿x方向则是中间小两边大。介质基片320中电场强度小于阈值的区域即为目标区域321。其中，阈值可以根据实际需要确定，阈值越小，目标区域321越小，第一贴片330发射信号时在目标区域321产生的干扰也越小。

图5示意性示出了根据本公开实施例的介质基片的结构示意图。

如图5所示，混合介质结构322设置在目标区域321中。第二贴片340设置于混合介质结构322的顶面，与混合介质结构322贴合。通过这种设置方式，当第一贴片330和第二贴片340同时同频发射和接收信号时，第一贴片330在介质基片320中产生的电场和第二贴片340在混合介质结构322中产生的电场差异性较大，因此能实现较大的隔离度。

根据本公开的实施例，混合介质结构322靠近接地板310，并且沿垂直于接地板方向的厚度大于介质基片沿垂直于接地板方向的厚度的一半。可以理解的是，混合介质结构322的厚度不超过介质基片320的厚度。由于第一贴片330的本征模式所激发的电场在靠近接地板310的位置更小，因此将混合介质结构322设置在靠近接地板310的位置上，能进一步降低第一贴片330的干扰。

图6示意性示出了根据本公开实施例的混合介质的结构示意图。

如图6所示，混合介质结构322包括交替排列的多个第一介质3221和多个第二介质3222。其中，第一介质3221的介电常数和厚度以及所述第二介质3222的介电常数和厚度需满足以下公式：

ε1*d1+ε2*d2＝k*(λ/2)，

其中，所述d1为第一介质3221的厚度，所述ε1为第一介质3221的介电常数，所述d2为第二介质3222的厚度，所述ε2为第二介质3222的介电常数，所述λ为微带天线的中心频率所对应的电磁波波长，所述k为正整数，可以根据需要具体设置k的值。中心频率例如可以为2ghz至3ghz。

下面参考图3和图5，具体阐述根据本公开的实施例的第二贴片340。

根据本公开的实施例，第二贴片340与接地板310耦接，可以用于发射信号或接收信号。第二贴片340的材质例如可以为金属等导体。

如图5所示，第二贴片340可以为矩形。第二贴片340的沿y方向的长边的长度被设置为第一介质3221厚度d1与第二介质3222厚度d2之和的正整数倍。示例性地，本实施例中，第二贴片340的长边的长度被设置为第一介质3221厚度d1与第二介质3222厚度d2之和的2倍。第二贴片340的沿x方向的短边的长度可以根据设计需要进行设置，短边的长度最大不超过混合介质沿x方向的宽度。另外，第二贴片340的沿y方向的延伸方向与第一介质3221和所述第二介质3222沿x方向的排列方向相同，且所述第二贴片340的边缘位于所述第一介质3321与所述第二介质3322的接缝处。第二贴片340沿x方向的中线与混合介质结构的沿x方向的中线重合。通过上述设置方式，可以提高第二贴片340的激发效率。

根据本公开的实施例的微带天线，将混合介质结构322设置在目标区域321，并将第二贴片340设置在混合介质结构322的顶面。由于目标区域321为第一贴片330产生电场的场强较小的区域，因此若将第一贴片330作为发送端，第二贴片340作为接收端，则第二贴片340产生的电场与第一贴片330产生的电场之间的场分布差距较大，即第一贴片330和第二贴片340之间具有较大的隔离度。

图7示意性示出了根据本公开的实施例的微带天线的网络模拟图。其中，第一贴片330为端口1，第二贴片340为端口2。s11是指端口2匹配时，端口1的反射系数；s22是指端口1匹配时，端口2的反射系数；s12是指端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；s21是指端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数。如图8所示，在频率为2.46ghz附近时，端口1和端口2的隔离度能达到-35dbm以上。

因此，第一贴片330在发射信号时，对于第二贴片340接收信号的影响较小，从而实现了发送信号与接收信号的全双工。

另外，根据本公开的实施的该微带天线，在实现时不需要环形器或极化天线，结构较为简单。

参考图3和图5，根据本公开的实施例，上述微带天线还包括：第一馈电线350和第二馈电线360。其中，第一馈电线350与第一贴片330连接，第二馈电线360与第二贴片340连接。第一馈电线350和第二馈电线360可以用于传输信号，其材质可以为金属等导体。

根据本公开的实施例，第一馈电线350和第二馈电线360的长度可以依实际需要设置。第一馈电线350和第二馈电线360的宽度和高度可以根据其特征阻抗进行调节。根据本公开的实施例，第一馈电线350和第二馈电线360的特征阻抗设置为50欧姆，即只要满足特征阻抗为50欧姆，第一馈电线350和第二馈电线360的宽度和高度可以任意设置。

根据本公开的实施例，第二馈电线360的延伸方向可以与第一馈电线350的延伸方向相同，也可以与第一馈电线350的延伸方向成一定角度。

图8示意性示出了根据本公开另一实施例的微带天线的结构示意图。

如图8所示，当第二馈电线360的延伸方向与第一馈电线350的延伸方向相同时，第一馈电线350和第二馈电线360位于介质基片的同一侧，从而可以节省步线空间。另外需要说明的是，第二馈电线360与第一馈电线350的相对位置可以灵活设置。例如，在第一馈电线350的位置固定后，第二馈电线360可以如图7中箭头所示沿y方向调整位置，可以理解的是，在第二馈电线360调整位置的同时，与第二馈电线360连接的第二贴片340的也可以相应地如箭头所示沿y方向调整自身相对于混合介质结构322位置，从而满足不同的设计需求。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。