一種寬帶背腔式雙縫隙微帶天線的製作方法

2023-06-05 23:36:11

專利名稱：一種寬帶背腔式雙縫隙微帶天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，屬於微波技術領域。
背景技術：
超寬帶通信技術起源於19世紀末、20世紀初的「脈衝無線電」。過去超寬帶技術一般用於地下目標探測、電磁探傷、核輻射模擬與防護等。近年來，隨著室內短距離無線接入技術的不斷發展，超寬帶通信技術備受重視。一般認為，相對帶寬超過25%的天線屬於超寬帶天線。另一方面，隨著無線通信的快速發展，為了滿足室內信號覆蓋和增強的需要，高增益特性的定向天線得到了越來越廣泛的應用。然而現 存的室內通信信號覆蓋系統中，定向天線結構複雜、成本較高，而且帶寬有限，不能覆蓋多種制式無線通信系統的頻段。無論對超寬帶無線通信，還是現存的各種無線通信系統而言，超寬帶定向天線的研究都具有重要的實際價值。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是設計超寬帶定向天線的問題，通過採用兩個不同結構的縫隙進行組合，提出一種結構簡單、工作頻帶寬、便於製作實現和集成的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線。本發明為解決上述技術問題採用如下技術方案
一種寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，包括介質基板、以及一個長寬與介質基板的長寬相等的金屬背腔；所述金屬背腔是一個缺少上表面和前端面的長方體，其中，所述介質基板的頂層為屏蔽導體，所述金屬背腔上表面的開口部分與介質基板的頂層屏蔽導體直接相連，使得介質基板作為該金屬背腔的上表面；在所述介質基板頂層的屏蔽導體上，刻蝕有相互平行的第一縫隙和第二縫隙，其中第一縫隙的長度小於第二縫隙的長度；在所述介質基板的底層，設置有多邊形輻射貼片和微帶饋線，其中，多邊形輻射貼片與微帶饋線直接相連，構成天線的饋電部分。作為本發明的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線進一步的優化方案，所述第一縫隙為梯形縫隙，該梯形縫隙的漸變部分的角度的範圍為40°到80°。作為本發明的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線進一步的優化方案，所述第一縫隙、第二縫隙的形狀為矩形、或者是任意多邊形的組合形狀；多邊形輻射貼片的形狀為矩形、三角形或其它多邊形的組合形狀。作為本發明的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線進一步的優化方案，金屬背腔的高度範圍為 7. 5mm 到 25mm。作為本發明的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線進一步的優化方案，介質襯底的介電常數範圍為2-20。作為本發明的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線進一步的優化方案，所述第一、第二縫隙覆蓋區域與多邊形輻射貼片所覆蓋區域位置相對應，所述多邊形輻射貼片的頂端超出第一縫隙的上沿，多邊形輻射貼片的底端不超出第二縫隙的下沿。本發明採用上述技術方案，具有以下技術效果
本發明通過採用對稱的天線、饋電構成寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，可獲得相對帶寬約為69%的工作頻帶，並通過引入金屬背腔使天線具有定向輻射特性。本天線結構簡單，無需附加饋電部件；製作工藝簡單且成本低廉。該天線的設計思想可以有效增加微帶縫隙天線的帶寬，實現這類天線的寬帶化和定向化設計。



圖1是本發明天線的結構平面示意圖。圖2是本發明天線的結構剖面圖。圖3是本發明天線的三維立體示意圖。圖4是利用IE3D軟體計算的天線反射係數頻率特性圖。圖5是利用IE3D軟體計算的天線的方向圖。圖中標號1是介質基板，2是第一縫隙，3是第二縫隙，4是多邊形輻射貼片，5是微帶饋線，6是金屬背腔，7是漸變角度。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明
結合圖1、2、3所示，本發明的結構是天線製作在介質基板I上，第一縫隙2、第二縫隙3、多邊形輻射貼片4、微帶饋線5、金屬背腔6關於y軸對稱；多邊形輻射貼片4和微帶饋線5相連構成饋電結構；其中，金屬背腔6為一個非全封閉的長方體，其缺少上表面和前端面，所述介質基板I作為該金屬背腔的上表面，非封閉的前端面為與微帶饋線靠近的那一面。本發明從上到下的結構層次依次為第一縫隙2和第二縫隙3，介質基板1，多邊形輻射貼片4和饋線5，金屬背腔6。第一縫隙2和第二縫隙3組成一個天線單元，多縫隙結構會激發多諧振模式從而改善天線的阻抗帶寬。本發明的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其縫隙的形狀為矩形、或者是任意多邊形的組合形狀；多邊形輻射貼片的形狀為矩形、三角形或其它多邊形的組合形狀。其中第一縫隙為梯形縫隙，第二縫隙為矩形，該梯形第一縫隙的漸變部分的角度的範圍為40°到80°。梯形漸變結構有助於微調縫隙末端(短路)的電流密度，以便有效控制天線的帶寬。當漸變角的範圍在40°到80°，天線的阻抗匹配性能較好。但是，當漸變角的範圍超出上述範圍時，天線的阻抗匹配性能會變差。通過改變多邊形輻射貼片和微帶饋線的尺寸可對電流密度進行調控，進而調整阻抗帶寬。第一、第二縫隙覆蓋區域與貼片所在的區域位置相對應，多邊形輻射貼片的頂端超出第一縫隙的上沿，貼片的底端不能超出第二縫隙的下沿，當貼片的底端超出第二縫隙的下沿，對電流分布有很大影響，會使天線的阻抗匹配性能變差。對照附圖4，附圖4給出了介質基板I按照相對介電常數為2. 2、厚為O. 8毫米實施，天線各部分輪廓與附圖1 一致時，利用IE3D軟體仿真計算得到的天線反射係數頻率特性。根據圖4的結果可見，寬帶背腔式雙縫隙微帶天線的工作頻帶為4. 97GHz到10. 27GHz，相對工作頻帶寬度約為69%，具有超寬帶工作特性。
對照附圖5，附圖5給出了工作頻率為6. 75GHz時，天線的zx平面方向圖，圖中實線為同極化分量，虛線為交叉極化分量。從附圖4可見，天線具有定向性，3dB波束寬度為44°，在此範圍內，交叉極化電平低於主極化30dB。最大方向的輻射增益達到9dB，天線的前後比超過8dB。寬帶背腔式雙縫隙微帶天線克服了傳統縫隙微帶天線帶寬小的缺點，使其具有超寬帶特性。增加背腔使天線具有定向性，而且此天線結構簡單、易於製作、成本低廉。按照前述實施方式製作的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線工作頻段覆蓋C波段和X波段，也可以按 尺寸比例進行放大後，將其用作DCS-1800/MT-2000/WLAN-2400/TD-LTE等移動通信系統的室內分布定向天線，具有廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其特徵在於包括介質基板(I)、以及一個長寬與介質基板(I)的長寬相等的金屬背腔(6);所述金屬背腔(6)是一個缺少上表面和前端面的長方體，其中，所述介質基板(I)的頂層為屏蔽導體，所述金屬背腔上表面的開口部分與介質基板(I)的頂層屏蔽導體直接相連，使得介質基板(I)作為該金屬背腔的上表面；在所述介質基板(I)頂層的屏蔽導體上，刻蝕有相互平行的第一縫隙(2)和第二縫隙(3)，其中第一縫隙(2)的長度小於第二縫隙(3)的長度；在所述介質基板(I)的底層，設置有多邊形輻射貼片(4)和微帶饋線(5),其中，多邊形福射貼片(4)與微帶饋線(5)直接相連,構成天線的饋電部分。
2.根據權利要求1所述的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其特徵在於所述第一縫隙(2) 為梯形縫隙，該梯形縫隙的漸變部分的角度(7)的範圍為40°到80°。
3.根據權利要求1所述的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其特徵在於所述第一縫隙(2)、第二縫隙(3)的形狀為矩形、或者是任意多邊形的組合形狀；多邊形輻射貼片(4)的形狀為矩形、三角形或其它多邊形的組合形狀。
4.根據權利要求1所述的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其特徵在於所述金屬背腔(6) 的高度範圍為7. 5mm到25mm。
5.根據權利要求1所述的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其特徵在於介質襯底(I)的介電常數範圍為2-20。
6.根據權利要求1所述的寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，其特徵在於所述第一、第二縫隙覆蓋區域與多邊形輻射貼片所覆蓋區域位置相對應，所述多邊形輻射貼片的頂端超出第一縫隙的上沿，多邊形輻射貼片的底端不超出第二縫隙的下沿。
全文摘要
本發明公開了一種寬帶背腔式雙縫隙微帶天線，包括介質基板(1)、以及一個長寬與介質基板(1)的長寬相等的金屬背腔(6)；所述金屬背腔(6)是一個缺少上表面和前表面的長方體，所述介質基板(1)的頂層為屏蔽導體，屏蔽導體上刻蝕有相互平行的第一縫隙(2)和第二縫隙(3)，其中第一縫隙(2)的長度小於第二縫隙(3)的長度；在介質基板的底層製作微帶饋線和多邊形輻射貼片，金屬背腔具有一定高度且與屏蔽導體相連接，使天線具有定向輻射特性。縫隙的位置、面積、數量，腔體的高度等均影響著天線的性能，通過改變這些結構參數可以得到性能較好的超寬帶定向天線。
文檔編號H01Q21/24GK103022703SQ20121056713
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者呂文俊, 楊敬宇, 劉豔明, 朱洪波 申請人:南京郵電大學