一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線的製作方法
2023-05-24 08:16:16
專利名稱：一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通信中的小型化天線技術領域，更具體地說，涉及一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線。
背景技術：
隨著移動通信的飛速發展，天線作為無線通信設備的收發器件，人們對其性能提出了越來越高的要求。單極化天線在使用中往往受到環境、天線擺放等影響導致無法保證接收效果，因此人們發明多極化天線來克服單極化的缺陷，保證收發質量。多極化天線多為組合型天線，利用多個同一頻率極化方向不同的單極化天線組合形成，如專利CN102099963A，但現階段多極化天線為滿足多極化特性多為空間立體結構，尺寸較大，結構複雜。微帶天線具有重量輕，體積小，剖面薄的平面結構，易做成共形天線，製造成本，易於大量生產，因此得到廣泛應用，傳統貼片天線極化方向單一，為介質基板的水平方向，方向圖向上集中，波瓣寬度窄，水平面輻射不足，在此基礎上如果能添加一種同樣具有低剖面微帶結構的垂直極化天線便可以做到低剖面小尺寸的微帶多極化天線。異向介質是近年來提出的一種在一定頻段內有效介電常數和磁導率可以為負值的結構，利用其奇特的電磁特性可以製造零階諧振天線，零階諧振天線的尺寸在一定範圍內可以不受諧振頻率的限制，可以有效地使天線小型化。現有的蘑菇型零階諧振天線具有低剖面，並且與介質板垂直的極化方向，但其輻射方向圖在介質基板垂直方向上為零點。因此，為了彌補現有天線在方向圖上的缺陷，實現天線輻射在介質板上半空間較好的覆蓋，可以將微帶天線與蘑菇形零階諧振天線結合實現體積小，低剖面的多極化天線。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術中的缺點與不足，提供一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，該天線同時具有水平極化和垂直極化的多極化特性，可有效彌補單一零階諧振天線在介質基板垂直方向的福射零點與單一微帶貼片天線在介質基板水平方向的增益衰減。為了達到上述目的，本實用新型通過下述技術方案予以實現一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板；所述上層微帶結構設置在中間介質基板的一面上，包括微帶傳輸線、耦合饋電部分和天線主體微帶傳輸線與耦合饋電部分垂直連接，天線主體與微帶傳輸線分別設置在耦合饋電部分的兩側；天線主體與耦合饋電部分之間有縫隙，微帶線傳輸線通過縫隙對天線主體進行耦合饋電；所述天線主體由兩片微帶貼片部分和零階諧振部分組成，零階諧振部分設置在兩片微帶貼片部分之間；所述零階諧振部分由上層微帶貼片與垂直設置在上層微帶貼片與中間介質基板之間的接地金屬柱組成。通過上述方案，可得到一種可克服極化方向和輻射方向圖缺陷的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，該天線沒有增加天線尺寸並實現較好的輻射特性。所述天線主體中微帶貼片部分和零階諧振部分極化方向垂直，微帶貼片部分極化方向平行於中間介質基片，零諧振部分極化方向垂直於中間介質基片。所述微帶傳輸線通過縫隙對天線主體進行耦合饋電是指微帶線傳輸線通過縫隙對天線主體的微帶貼片部分和上層微帶貼片同時進行耦合饋電。所述微帶貼片部分為矩形的微帶貼片天線。所述微帶貼片天線的的長度根據最高頻段的波長決定。所述零階諧振部分為二階蘑菇型零階諧振器，其單元為方形且單元中間的接地金屬柱與底層金屬地板相連。所述微帶傳輸線為50歐姆的傳輸線。所述中間介質基板的相對介電常數為1-100,厚度為O. lmm-5mm。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點與有益效果I、本實用新型的天線通過將傳統微帶貼片天線與二階蘑菇型零階諧振器結合，克服了兩者各自極化方向和輻射方向圖的缺陷，實現了較好的輻射特性，並且沒有增加天線尺寸。2、本實用新型中採用的零階諧振物理尺寸與諧振頻率獨立，可以方便的調整大小並與相同頻率的微帶貼片天線結合。
圖I是本實用新型加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線的結構示意圖；圖2是實施例中的天線散射參數示意圖；圖3 Ca)是二階蘑菇型零階諧振器在xoy平面的輻射方向圖；圖3 (b)是傳統微帶貼片天線在xoy平面的輻射方向圖；圖3 (C)是本實用新型加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線在xoy平面的輻射方向圖；圖4 Ca)是二階蘑菇型零階諧振器在yoz平面的輻射方向圖；圖4 (b)是傳統微帶貼片天線在loz平面的輻射方向圖；圖4 (C)是本實用新型加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線在loz平面的輻射方向圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的描述。實施例本實用新型加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線的結構示意圖如圖I所示，包括上層微帶結構、相對介電常數為1-100、厚度為O. lmm-5mm的中間介質基板9和底層金屬地板；上層微帶結構設置在中間介質基板9上，其包括50歐姆的微帶傳輸線I、耦合饋電部分7和天線主體。微帶傳輸線I與耦合饋電部分7垂直連接，天線主體與微帶傳輸線I分別設置在耦合饋電部分7的兩側；天線主體與耦合饋電部分7之間有縫隙8。其中，天線主體由矩形的微帶貼片天線2和3和方形的二階蘑菇型零階諧振器組成，二階蘑菇型零階諧振器包括上層微帶貼片4和與地板相連的接地金屬柱5和6。二階蘑菇型零階諧振器位於微帶貼片天線2和3之間，微帶貼片天線2和3與二階蘑菇型零階諧振器通過同一微帶傳輸線I進行饋電，即微帶線傳輸線I通過縫隙8對天線主體的微帶貼片天線2和3與上層微帶貼片4同時進行耦合饋電。微帶貼片天線2和3與二階蘑菇型零階諧振器極化方向垂直，微帶貼片天線2和3極化平行於中間介質基片9，二階蘑菇型零階諧振器極 化方向垂直於中間介質基片9。微帶貼片天線2和3的長度由工作頻率下的波長決定，約為二分之一波長，其工作頻率為3. 68GHz ο在本實用新型中將微帶貼片天線與二階蘑菇型零階諧振器結合，微帶貼片天線的極化方向為y方向，並且輻射方向圖向z正方向集中，二階蘑菇型零階諧振器的極化方向為z方向，輻射方向圖為環狀位於xy平面，兩者極化方向的差異和方向圖的不同相互彌補，有效地擴大了天線的輻射覆蓋範圍。為證明本實用新型天線的優點，將本實施例中的天線與單獨只有微帶貼片天線和二階蘑菇型零階諧振器進行對比仿真，圖2所示的為本實施例中的天線的散射參數，橫坐標為頻率，縱坐標為S11。圖3 (a) - (c)和圖4 (a) - (c)所不為二種情況的xoy平面與yoz平面的輻射方向圖。其中實線代表在球面坐標中天線輻射電場強度的Θ方向分量，虛線代表在球面坐標中天線福射電場強度的Φ方向分量。從圖3 (a)、圖3 (b)和圖3 (C)中可以看到二階蘑菇型零階諧振器彌補了微帶貼片天線水平方向(xoy)輻射的不足，改進後的天線全向性更好；從圖4 (a)、圖4 (b)和圖4 (C)中可以看到微帶貼片天線彌補了二階蘑燕型零階諧振器在垂直方向(z方向)上存在的零點,本實施例中的天線福射在中間介質基板9的上半空間均有較好的覆蓋。本實用新型的蘑菇型零階諧振器的階數為η即有η個接地金屬柱。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板；所述上層微帶結構設置在中間介質基板的一面上，包括微帶傳輸線、耦合饋電部分和天線主體微帶傳輸線與耦合饋電部分垂直連接，天線主體與微帶傳輸線分別設置在耦合饋電部分的兩側；天線主體與耦合饋電部分之間有縫隙，微帶線傳輸線通過縫隙對天線主體進行耦合饋電；所述天線主體由兩片微帶貼片部分和零階諧振部分組成，零階諧振部分設置在兩片微帶貼片部分之間；所述零階諧振部分由上層微帶貼片與垂直設置在上層微帶貼片與中間介質基板之間的接地金屬柱組成。
2.根據權利要求I所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述天線主體中微帶貼片部分和零階諧振部分極化方向垂直，微帶貼片部分極化方向平行於中間介質基片，零諧振部分極化方向垂直於中間介質基片。
3.根據權利要求I所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述微帶傳輸線通過縫隙對天線主體進行耦合饋電是指微帶線傳輸線通過縫隙對天線主體的微帶貼片部分和上層微帶貼片同時進行耦合饋電。
4.根據權利要求I所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述微帶貼片部分為矩形的微帶貼片天線。
5.根據權利要求4所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述微帶貼片天線的的長度根據最高頻段的波長決定。
6.根據權利要求I所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述零階諧振部分為二階蘑菇型零階諧振器，其單元為方形且單元中間的接地金屬柱與底層金屬地板相連。
7.根據權利要求I所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述微帶傳輸線為50歐姆的傳輸線。
8.根據權利要求I所述的加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，其特徵在於所述中間介質基板的相對介電常數為1-100,厚度為O. lmm-5mm。
專利摘要本實用新型提供一種加載零階諧振器的多極化微帶貼片天線，該天線包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板；上層微帶結構設置在中間介質基板的一面上，包括微帶傳輸線、耦合饋電部分和天線主體微帶傳輸線與耦合饋電部分垂直連接，天線主體與微帶傳輸線分別設置在耦合饋電部分的兩側；天線主體與耦合饋電部分之間有縫隙；天線主體由兩片微帶貼片部分和零階諧振部分組成，零階諧振部分設置在兩片微帶貼片部分之間；零階諧振部分由上層微帶貼片與垂直設置在上層微帶貼片與中間介質基板之間的接地金屬柱組成。本實用新型天線通過將傳統微帶貼片天線與二階蘑菇型零階諧振器結合，克服兩者各自極化方向和輻射方向圖的缺陷，實現好的輻射特性。
文檔編號H01Q13/08GK202513285SQ20122002631
公開日2012年10月31日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者於洪澤, 褚慶昕 申請人:華南理工大學