1.本技术涉及天线技术领域，特别涉及一种天线结构及传感器。
背景技术：
2.目前传感器上使用的微带贴片天线采用的板材基本是普通fr4介质板材和微波介质板材两种，普通fr4介质板材具有成本低廉，加工方便的优点，但微波损耗比较大，导致其设计的天线增益会因为介质损耗降低3db左右，影响传感器的可检测距离，且fr4介质板的介电常数偏差比较大，容易导致批次加工偏差；微波介质板材设计的天线增益较大，但微波介质板材的价格昂贵；因此一般的传感器电路的天线部分采用微波介质板材，其他部分采用fr4介质板材，这就需要对两种不同的板材混压加工，不仅增加加工难度，还会增加加工成本，对于普通的传感器来说往往会因为成本而影响其推广。
技术实现要素：
3.本技术实施例提供一种天线结构及传感器，解决了现有传感器中的天线不能同时满足高增益和低成本的问题。
4.本实用新型是这样实现的，一种天线结构，包括：
5.第一介质基片，所述第一介质基片的表面设有辐射金属贴片；
6.第二介质基片，所述第二介质基片的表面设有接地金属片；
7.若干个第三介质基片叠层形成的中间介质基片，所述中间介质基片位于所述第一介质基片和所述第二介质基片之间；
8.所述中间介质基片上设有挖空部；
9.所述第一介质基片、所述第二介质基片以及所述第三介质基片的材料的等级相同。
10.根据本技术实施例提供的天线结构，在中间介质基片上设有挖空部，而挖空部中存在有空气，因此部分谐振的电磁场位于低损耗的空气中，降低介质基片中的电磁场能量占比，从而降低整个天线的损耗，避免因天线损耗而导致的天线增益降低；此外，设置挖空部引入空气还会降低介质基片的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益；将介质基片的材料等级设置为相同可以降低加工难度，减少成本。总的来说，本技术实施例的天线结构可以同时具有高增益和低成本的优点。
11.在其中一个实施例中，所述挖空部为设于所述中间介质基片上的凹槽，所述凹槽与所述第一介质基片形成空气腔体。
12.在其中一个实施例中，所述挖空部为设于所述中间介质基片上的通孔，所述通孔、所述第一介质基片以及所述第二介质基片形成空气腔体。
13.在其中一个实施例中，所述挖空部为设于所述中间介质基片内的中空腔，所述中空腔形成空气腔体。
14.在其中一个实施例中，天线结构还包括至少一个馈电端口，所述馈电端口从所述第一介质基片靠近所述辐射金属贴片的表面上引出，或者通过金属通孔贯穿所述接地金属片，从所述第二介质基片远离所述接地金属片的表面上引出。
15.在其中一个实施例中，所述辐射金属贴片位于所述第一介质基片远离所述中间介质基片的一侧表面上；
16.所述接地金属片位于所述第二介质基片靠近所述中间介质基片的一侧表面上。
17.在其中一个实施例中，所述辐射金属贴片位于所述第一介质基片靠近所述中间介质基片的一侧表面上；
18.所述接地金属片位于所述第二介质基片靠近所述中间介质基片的一侧表面上。
19.在其中一个实施例中，所述辐射金属贴片位于所述第一介质基片远离所述中间介质基片的一侧表面上；
20.所述接地金属片位于所述第二介质基片远离所述中间介质基片的一侧表面上。
21.在其中一个实施例中，所述辐射金属贴片的形状为矩形、圆形以及多边形中的任一种。
22.本技术实施例还提供了一种传感器，包括如上述任一实施例所述的天线结构。
23.本技术提供的天线结构及传感器的有益效果在于：本技术在中间介质基片上设有挖空部，从而引入空气，使得部分谐振的电磁场位于低损耗的空气中，降低介质基片中的电磁场能量占比，从而降低整个天线的损耗；此外，设置挖空部引入空气还会降低介质基片的有效介电常数，使得同样频率的天线尺寸变大，有效辐射面积增加，有效辐射面积的增加和天线损耗的降低可以使天线的增益实现大幅度的增加；将介质基片的材料等级设置为相同可以降低加工难度，减少成本。总的来说，本技术实施例的天线结构可以同时满足高增益和低成本。
附图说明
24.图1是本技术实施例一提供的天线结构的剖面示意图。
25.图2是本技术实施例一提供的天线结构中的挖空部的结构示意图。
26.图3是本技术实施例二提供的天线结构的剖面示意图。
27.图4是本技术实施例二提供的天线结构中的挖空部的结构示意图。
28.图5是本技术实施例三提供的天线结构的剖面示意图。
29.图6是本技术实施例三提供的天线结构中的挖空部的结构示意图。
30.图7是本技术实施例四提供的天线结构的剖面示意图。
31.图8是本技术实施例五提供的天线结构的剖面示意图。
32.图9是实施例一至实施例五中的天线结构具有一个馈电端口的侧视图。
33.图10是实施例一至实施例五中的天线结构具有两个馈电端口的侧视图。
34.图11是实施例一至实施例五中的天线结构具有两个馈电端口且辐射金属贴片为圆形的侧视图。
35.附图标记：10、第一介质基片；11、辐射金属贴片；
36.20、第二介质基片；21、接地金属片；
37.30、中间介质基片；31、第三介质基片；
38.40、挖空部；
39.50、馈电端口。
具体实施方式
40.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
41.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
42.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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技术和简化描述，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技术的限制。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
44.本技术实施例提供一种天线结构及传感器，解决了现有传感器中的天线不能同时满足高增益和低成本的问题。
45.本技术实施例提供的天线结构包括第一介质基片10，第一介质基片10的表面设有辐射金属贴片11；第二介质基片20，第二介质基片20的表面设有接地金属片21；若干个第三介质基片31叠层形成的中间介质基片30，中间介质基片30位于第一介质基片10和第二介质基片20之间；中间介质基片30上设有挖空部40；第一介质基片10、第二介质基片20以及第三介质基片31的材料的等级相同。
46.根据本技术实施例提供的天线结构，在中间介质基片30上设有挖空部40，而挖空部40中存在有空气，因此部分谐振的电磁场位于低损耗的空气中，降低介质基片中的电磁场能量占比，从而降低整个天线的损耗，避免因天线损耗而导致的天线增益降低；此外，设置挖空部40引入空气还会降低介质基片的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益；将介质基片的材料等级设置为相同可以降低加工难度，减少成本。总的来说，本技术实施例的天线结构可以同时具有高增益和低成本的优点。
47.此外，由于挖空部40的设置，能够有效增加天线的带宽，使得天线能够在相对较宽的范围内接收信号，这种增加天线带宽的方式成本低且效果显著，有利于控制天线的生产成本。
48.若根据天线规格，改变上述挖空部40的大小，进而改变该挖空部40形成的空气层的大小，就能够调整整个中间介质基片30的介电常数∑。然后，通过调整该该介电常数，就能够调整天线的特性。即能够简单地实现多种规格(天线特性)的天线。另外，上述挖空部40的形状、大小(面积及深度)乃至其数量，只要根据天线规格决定即可。
49.需要说明的是，本技术实施例中第一介质基片10、第二介质基片20以及第三介质基片31的材料的等级相同，可以是fr4，fr-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，因此一般电路板所用的fr-4等级材料就有非常多的种类，由于fr-4等级材料比较常见，因此fr-4等级材料的价格相对比较低廉，本技术采用fr-4等级材料制作的第一介质基片10、第二介质基片20以及第三介质基片31可以减少介质基片的材料成本，而且第一介质基片10、第二介质基片20以及第三介质基片31的材料可以选择相同的材料，这样还可以降低加工难度，进而减少加工制作成本。
50.可选的，中间介质基片30由若干个相同形状、相同尺寸的第三介质基片31通过粘结剂叠层粘结形成，或者在中间介质基片30包括的若干个第三介质基片31中任意相邻两个第三介质基片31之间设置连接部，以将相邻两个第三介质基片31固定连接在一起，该连接部可为凸设在相邻两个第三介质基片31中任意一个表面的长条形螺柱，例如圆柱形螺柱或者是棱柱形螺柱等等；中间介质基片30上设置的挖空部40的方式可为：直接在中间介质基片30上设置凹槽，或者在中间介质基片30上设置通孔，以使第一介质基片10和第二介质基片20之间形成空气层。
51.实施例一
52.参考图1，挖空部40为设于中间介质基片30上的凹槽，凹槽与第一介质基片10形成空气腔体。
53.通过以上设置，在中间介质基片30上设置凹槽，而凹槽与第一介质基片10形成空气腔体，相当于在中间介质基片30中引入了空气层，这样可以有效的降低中间介质基片30的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益，此外，部分谐振的电磁场位于低损耗的空气中，能够降低介质基片中的电磁场能量占比，从而降低整个天线的损耗，避免因天线损耗而导致的天线增益降低。
54.需要说明的是，参考图2，由于中间介质基片30是由若干个第三介质基片31叠层形成的，因此凹槽可以只占用一个紧邻第一介质基片10的第三介质基片31的空间，即凹槽可以贯穿该第三介质基片31，也可以不贯穿该第三介质基片31；凹槽也可以占用多个第三介质基片31的空间。
55.具体的，当中间介质基片30是由三个第三介质基片31叠层形成的时，也就是中间介质基片30包括一号第三介质基片、二号第三介质基片和三号第三介质基片，其中一号第三介质基片紧邻第一介质基片10；凹槽的设置方式有以下几种：凹槽可以只占用一号第三介质基片的空间，即凹槽贯穿一号第三介质基片，凹槽也可以不贯穿一号第三介质基片；凹槽也可以占用一号第三介质基片和二号第三介质基片的空间；凹槽还可以占用一号第三介质基片、二号第三介质基片和三号第三介质基片的空间；本实施例不做限定。
56.可以理解的是，在中间介质基片30上设置的凹槽个数不限，而且不同的凹槽的深度可以相同，也可以不同，本实施例不做限制，只要能够在中间介质基片30中形成中空结构引入空气即可。
57.具体的，在中间介质基片30上设置的凹槽个数可以是一个，且凹槽设置在中间介质基片30的中间位置，并且使得辐射金属贴片11在中间介质基片30上的正投影位于凹槽内，这样可以有效的降低中间介质基片30的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长
度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益。
58.实施例二
59.参考图3，挖空部40为设于中间介质基片30上的通孔，通孔、第一介质基片10以及第二介质基片20形成空气腔体。
60.通过以上设置，在中间介质基片30上设置通孔，且通孔、第一介质基片10以及第二介质基片20形成空气腔体，相当于在中间介质基片30中引入了空气层，这样可以有效的降低中间介质基片30的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益，此外，部分谐振的电磁场位于低损耗的空气中，能够降低介质基片中的电磁场能量占比，从而降低整个天线的损耗，避免因天线损耗而导致的天线增益降低。
61.需要说明的是，参考图4，由于中间介质基片30是由若干个第三介质基片31叠层形成的，因此通孔会贯穿所有第三介质基片31。
62.具体的，当中间介质基片30是由三个第三介质基片31叠层形成的时，也就是中间介质基片30包括四号第三介质基片、五号第三介质基片和六号第三介质基片，其中四号第三介质基片紧邻第一介质基片10；挖空部40就是贯穿四号第三介质基片、五号第三介质基片和六号第三介质基片的通孔。
63.可以理解的是，在中间介质基片30上设置的通孔的个数不限，只要能够在中间介质基片30中形成中空结构引入空气即可。具体的，通孔的形状可以是方形，也可以是圆形，本实施例不做限制。
64.具体的，在中间介质基片30上设置的通孔个数可以是一个，且通孔设置在中间介质基片30的中间位置，并且使得辐射金属贴片11在中间介质基片30上的正投影位于通孔内，或者辐射金属贴片11在中间介质基片30上的正投影至少有一半位于通孔内，这样可以有效的降低中间介质基片30的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益。
65.实施例三
66.参考图5，挖空部40为设于中间介质基片30内的中空腔，中空腔形成空气腔体。
67.通过以上设置，在中间介质基片30内设置中空腔，且中空腔形成空气腔体，相当于在中间介质基片30中引入了空气层，这样可以有效的降低中间介质基片30的有效介电常数，使得同样频率的天线的谐振长度增加，辐射口径增加，进而有效的增加天线增益，此外，部分谐振的电磁场位于低损耗的空气中，能够降低介质基片中的电磁场能量占比，从而降低整个天线的损耗，避免因天线损耗而导致的天线增益降低。
68.需要说明的是，参考图6，由于中间介质基片30是由若干个第三介质基片31叠层形成的，因此挖空部40为中空腔说明中间介质基片30至少包括两个第三介质基片31，当中间介质基片30包括两个第三介质基片31时，中空腔可以是在两个第三介质基片31上设置相对的凹槽形成，当中间介质基片30包括三个第三介质基片31时，中空腔可以是在中间一个第三介质基片31上设置通孔形成，也可以是在中间一个第三介质基片31上设置通孔以及在另外两个第三介质基片31上设置相对的凹槽形成。
69.可以理解的是，在中间介质基片30内设置的中空腔的个数不限，只要能够在中间介质基片30中形成中空结构引入空气即可。
70.在实施例一至实施例三中，辐射金属贴片11位于第一介质基片10远离中间介质基片30的一侧表面上；接地金属片21位于第二介质基片20靠近中间介质基片30的一侧表面上。
71.以上设置中，辐射金属贴片11位于第一介质基片10远离中间介质基片30的一侧表面上，本实施例的天线结构就是普通的微带天线类型，制作步骤更加熟练，而且能够降低成本；接地金属片21位于第二介质基片20靠近中间介质基片30的一侧表面上，可以最大程度降低fr4等级的材料制作的介质基片对于天线的损失，并且可以在第二介质基片20的另一侧表面制作其他电路层，有效利用第二介质基片20。
72.实施例四
73.参考图7，辐射金属贴片11位于第一介质基片10靠近中间介质基片30的一侧表面上；接地金属片21位于第二介质基片20靠近中间介质基片30的一侧表面上。
74.以上设置中，辐射金属贴片11位于第一介质基片10靠近中间介质基片30的一侧表面上，本实施例的天线结构就是悬置微带结构，因此通过改变辐射金属贴片11在第一介质基片10上设置的位置就可以改变天线结构的类型，以使本实施例的天线结构适应更多不同的应用场景；接地金属片21位于第二介质基片20靠近中间介质基片30的一侧表面上，可以最大程度降低fr4等级的材料制作的介质基片对于天线的损失，并且可以在第二介质基片20的另一侧表面制作其他电路层，有效利用第二介质基片20。
75.实施例五
76.参考图8，辐射金属贴片11位于第一介质基片10远离中间介质基片30的一侧表面上；接地金属片21位于第二介质基片20远离中间介质基片30的一侧表面上。
77.以上设置中，辐射金属贴片11位于第一介质基片10远离中间介质基片30的一侧表面上，本实施例的天线结构就是普通的微带天线类型，制作步骤更加熟练，而且能够降低成本；接地金属片21位于第二介质基片20远离中间介质基片30的一侧表面上，方便接地金属片21在第二介质基片20上的设置，而且接地金属片21位于第二介质基片20远离中间介质基片30的一侧表面上并不会影响天线增益提高。
78.在实施例一至实施例五中，天线结构还包括至少一个馈电端口50，馈电端口50从第一介质基片10靠近辐射金属贴片11的表面上引出，或者通过金属通孔贯穿接地金属片21，从第二介质基片20远离接地金属片21的表面上引出。
79.示例性的，辐射金属贴片11的材料为铜，辐射金属贴片11敷设在第一介质基片10上表面。辐射金属贴片11为矩形，辐射金属贴片11的外围边长小于第一介质基片10的外围边长。馈电端口50可以连接馈电探针进行馈电，在辐射金属贴片11的上表面镀有厚度为5μm的锡层，以便焊接馈电探针。辐射金属贴片11敷设于第一介质基片10上表面。在辐射金属贴片11的对角线的一角处，设置一孔径为1mm的馈电点，用以焊接馈电探针。馈电探针的长度为19mm，直径与馈电点的孔径相同的铜质的针。馈电探针的一端与辐射金属贴片11的镀锡层焊接。馈电探针的另一端与固定在接地金属片21的同轴电缆的中心铜线连接。同轴电缆的纺织网线与接地金属片21连接。
80.参考图9，天线结构包括一个馈电端口50，则采用单馈电点，本技术的天线结构只有一种极化方式；参考图10，天线结构包括两个馈电端口50，则采用两个正交点馈电，本技术的天线结构可以实现双极化。
81.在实施例一至实施例五中，辐射金属贴片11的形状为矩形、圆形以及多边形中的任一种。
82.需要说明的是，本技术中辐射金属贴片11的形状除了上述几种，还可以是其他形状，本技术实施例不做限制，如图9-图10 示出了辐射金属贴片11的形状为矩形的示意图，进一步的，可以参考图11，为辐射金属贴片11的形状为圆形的示意图。
83.本技术实施例还提供了一种传感器，包括如上述任一实施例中的天线结构。
84.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。