一種基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線，包括矩形的介質(zhì)基片和內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)電金屬層的金屬通孔，介質(zhì)基片的上表面設(shè)有上表面金屬層、饋電微帶線和半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基片的下表面設(shè)有下表面金屬層，下表面金屬層上設(shè)有條形縫隙，上表面金屬層和下表面金屬層通過(guò)金屬通孔內(nèi)壁的導(dǎo)電金屬層相連，金屬通孔沿上表面金屬層的邊緣分布并圍成一個(gè)半包圍結(jié)構(gòu)，半包圍結(jié)構(gòu)構(gòu)成諧振腔，饋電微帶線位于諧振腔開(kāi)口的側(cè)邊，并與上表面金屬層相連，半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為饋電微帶線提供匹配阻抗且與饋電微帶線相連，條形縫隙位于的諧振腔內(nèi)且長(zhǎng)度方向指向諧振腔開(kāi)口。該雙頻段縫隙天線尺寸小、輻射性能強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】一種基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種縫隙天線，尤其是一種基于半?；碾p頻段縫隙天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的廣泛使用，市場(chǎng)上呈現(xiàn)多種無(wú)線通信系統(tǒng)共存的局面，為了降低成本、減少天線之間的電磁耦合干擾，對(duì)兼容多頻段的天線需求顯得愈發(fā)迫切。目前，雙頻段天線的研究很多，據(jù)調(diào)研，按照天線類型，常見(jiàn)雙頻段天線可分為以下幾種類型:雙頻段微帶天線、雙頻段圓錐喇叭天線、雙頻段車載鞭狀天線、雙頻段平面倒置F型(PIFA)天線、雙頻段印刷單極子天線、雙頻段圓筒天線、雙頻段拋物面天線等等，它們工作的雙頻段可大體分為以下幾種類型:VHF/UHF雙頻段，WLAN的2.4GHz/5.2GHz雙頻段，2.45GHz和5.80GHz兩個(gè)射頻識(shí)別(RFID)頻段、L/S雙頻段、2.4~2.484GHz WLAN和3.4~
3.69GHz WiMAX雙頻段、C/Ku雙頻段、GSM900MHz/DCS1800MHz移動(dòng)通信雙頻段、用于衛(wèi)星地面測(cè)控站的C/L雙頻段、跟蹤載人飛船的Ku/S雙頻段、用于遙測(cè)跟蹤的S/X雙頻段等等，以滿足各種各樣的通信需要。其中，采用基片集成波導(dǎo)的雙頻段縫隙天線，不僅具備雙頻特性，而且還易與平面集成；但是，在一些使用環(huán)境中對(duì)天線的尺寸要求較高，需要使用較小尺寸的天線，而且在使用時(shí)由于阻抗失配問(wèn)題，將造成天線的能量損失，降低了天線的輻射性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決是技術(shù)問(wèn)題是提供一種尺寸相對(duì)較小且阻抗匹配的雙頻段縫隙天線。
[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種半共面波導(dǎo)饋電的半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線，包括矩形的介質(zhì)基片和內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)電金屬層的金屬通孔，介質(zhì)基片的上表面設(shè)有上表面金屬層、饋電微帶線和半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基片的下表面設(shè)有下表面金屬層，下表面金屬層上設(shè)有條形縫隙，上表面金屬層和下表面金屬層通過(guò)金屬通孔內(nèi)壁的導(dǎo)電金屬層相連，金屬通孔沿上表面金屬層的邊緣分布并圍成一個(gè)半包圍結(jié)構(gòu)，半包圍結(jié)構(gòu)構(gòu)成諧振腔，饋電微帶線位于諧振腔開(kāi)口的側(cè)邊，并與上表面金屬層相連，半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為饋電微帶線提供匹配阻抗，并與饋電微帶線相連，條形縫隙位于的諧振腔內(nèi)且長(zhǎng)度方向指向諧振腔開(kāi)口。采用在介質(zhì)基片的上表面和下表面設(shè)置金屬層的半?；杉夹g(shù)，相比于基于基片集成的技術(shù)尺寸縮小一半；采用半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對(duì)饋電微帶線起到了阻抗匹配作用，有效地降低了天線的能量損耗，提高了天線的輻射性能。
[0005]本發(fā)明的半共面波導(dǎo)的寬度為大于等于1/13小于等于3/8的介質(zhì)基片的總寬度，半共面波導(dǎo)的長(zhǎng)度為大于等于ι/ll小于等于7/11的介質(zhì)基片總長(zhǎng)度。采用半共面波導(dǎo)的寬度為大于等于1/13小于等于3/8的介質(zhì)基片的總寬度以及采用半共面波導(dǎo)的長(zhǎng)度為大于等于1/11小于等于7/11的介質(zhì)基片總長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，能夠適應(yīng)不同的阻抗匹配要求。
[0006]本發(fā)明的條形縫隙的數(shù)量為2條以上且相互平行。采用2條以上的條形縫隙能夠滿足不同情況下對(duì)天線在增益或輻射方向方面的需求。
[0007]本發(fā)明的條形縫隙的長(zhǎng)度為大于等于1/8小于等于7/8的介質(zhì)基片總寬度，條形縫隙的縫隙寬度為大于等于1/25小于等于7/25的介質(zhì)基片總長(zhǎng)度。采用長(zhǎng)度為大于等于1/8小于等于7/8的介質(zhì)基片總寬度以及采用寬度為大于等于1/25小于等于7/25的介質(zhì)基片總長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，能夠滿足對(duì)于不同諧振頻率的要求。
[0008]本發(fā)明的相鄰條形縫隙之間的距離為大于等于1/7小于等于1/2的介質(zhì)基片總長(zhǎng)度。采用相鄰條形縫隙之間的距離為大于等于1/7小于等于1/2的介質(zhì)基片總長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，能夠滿足天線在不同增益或輻射方向方面的需求，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)諧振頻率的需求。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:(1)采用半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不同的阻抗匹配要求，提高了天線的輻射性能；(2)采用半?；刹▽?dǎo)，有效地減小了天線的尺寸；(3)采用調(diào)節(jié)半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度或?qū)挾葋?lái)調(diào)節(jié)匹配阻抗的大小，滿足不同尺寸天線阻抗匹配需求；(4)采用改變條形縫隙的數(shù)量、尺寸或相對(duì)距離來(lái)改變天線的工作頻率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線的正面示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線的背面示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明的半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線的反射系數(shù)Sll隨頻率變化圖；
[0013]圖4為未設(shè)置半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的天線；
[0014]圖5為設(shè)置了共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)的天線；
[0015]圖6為本發(fā)明的設(shè)置了半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的天線；
[0016]圖7為圖4、5和6中采用不同饋電結(jié)構(gòu)時(shí)天線的反射系數(shù)Sll隨頻率變化圖；
[0017]圖8為本發(fā)明的半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線的輻射方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0019]如圖1和2所示，基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線包括矩形的介質(zhì)基片I和內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)電金屬層的金屬通孔2，在介質(zhì)基片I的上表面設(shè)有上表面金屬層3、半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7和饋電微帶線5，在介質(zhì)基片I的下表面設(shè)有下表面金屬層4，在下表面金屬層4上設(shè)有兩個(gè)相互平行的條形縫隙6，金屬通孔2沿上表面金屬層3的上側(cè)邊緣、右側(cè)邊緣和下側(cè)邊緣均勻分布形成一個(gè)半包圍結(jié)構(gòu)，該半包圍結(jié)構(gòu)構(gòu)成諧振腔，饋電微帶線5位于介質(zhì)基片的下側(cè)邊緣且靠近諧振腔開(kāi)口處，饋電微帶線5與上表面金屬層3相連，半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7和饋電微帶線5相連，上表面金屬層3和下表面金屬層4通過(guò)金屬通孔2內(nèi)壁的導(dǎo)電金屬層相連，兩個(gè)條形縫隙6位于諧振腔內(nèi)且長(zhǎng)度方向指向諧振腔的開(kāi)口。
[0020]介質(zhì)基片I的總寬度W為天線最低工作頻率時(shí)對(duì)應(yīng)真空中波長(zhǎng)的1/5至1/3倍；介質(zhì)基片I的總長(zhǎng)度L為天線最低工作頻率對(duì)應(yīng)真空中波長(zhǎng)的1/3至1/2倍；兩個(gè)條形縫隙6的形狀為長(zhǎng)方形；兩個(gè)條形縫隙6的長(zhǎng)度S1相等且大于等于1/8小于等于7/8的介質(zhì)基片I總寬度W ;兩個(gè)條形縫隙6的寬度Sw相等且大于等于1/25小于等于7/25的介質(zhì)基片I總長(zhǎng)度L ;兩個(gè)條形縫隙6的間距D2大于等于1/7小于等于1/2的介質(zhì)基片I總長(zhǎng)度L。在介質(zhì)基片I的上表面還設(shè)有一個(gè)半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7，半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7與饋電微帶線5相連，起到匹配阻抗作用；半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的寬度C2大于等于1/13小于等于3/8的介質(zhì)基片I總寬度W ;半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7與右側(cè)上表面金屬層3之間的間距C1大于等于1/13小于等于1/8的介質(zhì)基片I總寬度W ;半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的長(zhǎng)度Dt大于等于1/11小于等于7/11的介質(zhì)基片I總長(zhǎng)度L。本發(fā)明的各個(gè)尺寸參數(shù)相互影響制約，天線的排布及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)天線的性能影響較大，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)性能要求和安裝條件的限制，需要對(duì)天線的性能參數(shù)，例如方向圖、方向性系數(shù)、效率、輸入阻抗、極化和頻帶等進(jìn)行綜合研究，本發(fā)明經(jīng)過(guò)對(duì)天線的尺寸、性能、結(jié)構(gòu)排布等方面的權(quán)衡，最終得到了下述較佳的結(jié)構(gòu)實(shí)施方式，由具體實(shí)施例的參數(shù)可見(jiàn)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有顯著的進(jìn)步效果。
[0021]當(dāng)介質(zhì)基片I采用厚度為0.8mm的寬介電常數(shù)聚四氟乙烯玻璃布覆銅箔板(F4BM)基板，它的相對(duì)介電常數(shù)εr為2.2，損耗角正切tan δ為0.001，本發(fā)明的優(yōu)選方案為:介質(zhì)基片I的總長(zhǎng)度L和總寬度W分別為24.8mm和12.4mm ;兩個(gè)條形縫隙6的長(zhǎng)度SI和寬度Sw分別為7.4mm和Imm,開(kāi)縫位置D3和D4分別為2.9mm和0.6mm,兩個(gè)條形縫隙6的間距D2為12mm ;微帶線5的寬度C3和長(zhǎng)度Lm分別為2.4mm和5mm ;金屬通孔2的每個(gè)通孔的直徑為1mm,相鄰兩個(gè)通孔的間距Lg為1.5mm ;半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的寬度C2、間距Cl和長(zhǎng)度 Dt 分別為 0.6mm、0.7mm 和 6mm。與文獻(xiàn)[Rmili H, Floe’h J M, Khaleghi A.Design ofwideband double-sided printed dipole antenna for C_and X-band applications[J].Electronics Letters, 2006, 42 (19): 1076-1077]中C/X雙頻段雙面印刷偶極子天線(尺寸為 75mmX50mm，滿足 SlK-1OdB 的諧振點(diǎn) 6.68GHz、8.88GHz、9.56GHz 和 10.6IGHz 對(duì)應(yīng)增益分別為3dB1、4.1dBi,2.9dBi和3.5dBi)相比，該本發(fā)明的天線的面積是該文獻(xiàn)中天線的8.2%，而天線的性能基本一樣，實(shí)現(xiàn)了小尺寸的C/X雙頻段工作天線。
[0022]如圖3所示，對(duì)比了半共面波導(dǎo)饋電半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線的反射系數(shù)Sll隨頻率變化的仿真曲線和測(cè)量曲線，證明該雙頻段縫隙天線能同時(shí)工作在C頻段(諧振點(diǎn)頻率為5.74GHz，對(duì)應(yīng)的Sll為-21.86dB)和X頻段(諧振點(diǎn)頻率為11.36GHz，對(duì)應(yīng)的Sll為-25.09dB), C頻段諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)半?；刹▽?dǎo)諧振腔的半TEltll模式，X頻段諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)半?；刹▽?dǎo)諧振腔的半TEltl2模式。
[0023]如圖4、5、6和7所示，分別給出了天線的三種饋電結(jié)構(gòu)，其中，圖4為未設(shè)置半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的天線，圖5為設(shè)置了共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)的天線，圖6為設(shè)置了半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的天線；圖7為三種結(jié)構(gòu)下基于半?；刹▽?dǎo)縫隙天線的反射系數(shù)Sll隨頻率變化仿真圖，可見(jiàn)采用半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)比未設(shè)置半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和設(shè)置共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)的天線具有較好的諧振峰，能夠更好地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，降低了天線的能量損耗，提高了天線的輻射性能。
[0024]如圖8所示，半?；刹▽?dǎo)雙頻段縫隙天線在E面和H面輻射方向圖的仿真和測(cè)量結(jié)果基本一致，天線在C頻段諧振點(diǎn)具有全向輻射特性(諧振點(diǎn)增益為2.2dBi )，在X頻段諧振點(diǎn)具定向輻射特性(諧振點(diǎn)增益為5.4dBi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線，包括矩形的介質(zhì)基片(I)和內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)電金屬層的金屬通孔(2)，其特征在于:所述介質(zhì)基片(I)的上表面設(shè)有上表面金屬層(3)、饋電微帶線(5)和半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)，所述介質(zhì)基片(I)的下表面設(shè)有下表面金屬層(4)，所述下表面金屬層(4)上設(shè)有條形縫隙(6)，所述上表面金屬層(3)和下表面金屬層(4)通過(guò)金屬通孔(2)內(nèi)壁的導(dǎo)電金屬層相連，所述金屬通孔(2)沿上表面金屬層(3)的邊緣分布并圍成一個(gè)半包圍結(jié)構(gòu)，所述半包圍結(jié)構(gòu)構(gòu)成諧振腔，所述饋電微帶線(5)位于諧振腔開(kāi)口的側(cè)邊，并與上表面金屬層(3)相連，所述半共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)為饋電微帶線(5)提供匹配阻抗，并與饋電微帶線(5)相連，所述條形縫隙(6)位于的諧振腔內(nèi)且長(zhǎng)度方向指向諧振腔開(kāi)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半模基片集成波導(dǎo)的雙頻段縫隙天線，其特征在于:所述半共面波導(dǎo)(7)的寬度大于等于1/13小于等于3/8的介質(zhì)基片(I)的總寬度，長(zhǎng)度大于等于1/11小于等于7/11的介質(zhì)基片(I)的總長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于半模基片集成波導(dǎo)的雙頻段縫隙天線，其特征在于:所述條形縫隙(6)的數(shù)量為兩條以上且相互平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線，其特征在于:所述條形縫隙(6)的縫隙長(zhǎng)度大于等于1/8小于等于7/8的介質(zhì)基片(I)的總寬度，縫隙寬度大于等于1/25小于等于7/25的介質(zhì)基片(I)的總長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線，其特征在于:所述條形縫隙(6)的縫隙長(zhǎng)度大于等于1/8小于等于7/8的介質(zhì)基片(I)的總寬度，縫隙寬度大于等于1/25小于等于7/25的介質(zhì)基片(I)的總長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于半模基片集成波導(dǎo)的雙頻段縫隙天線，其特征在于:相鄰兩個(gè)條形縫隙(6)之間的距離大于等于1/7小于等于1/2的介質(zhì)基片(I)的總長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于半?；刹▽?dǎo)的雙頻段縫隙天線，其特征在于:相鄰兩個(gè)條形縫隙(6)之間的距離大于等于1/7小于等于1/2的介質(zhì)基片(I)的總長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】H01Q5/10GK103515710SQ201310342070
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】譚立容, 劉豫東 申請(qǐng)人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院