寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線。包括地板、底層介質(zhì)層、探針、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層，三層介質(zhì)層依次疊加，地板位于底層介質(zhì)層下，寄生貼片位于中間介質(zhì)層的上表面，主振貼片位于底層介質(zhì)層的上表面，探針與主振貼片相切構(gòu)成饋電結(jié)構(gòu)，探針頂端與主振貼片在同一平面，探針頂端圓面相切于主振貼片的長(zhǎng)邊，探針的中心軸與主振貼片的長(zhǎng)邊對(duì)稱軸的距離等于饋電探針的中心軸與主振貼片的短邊對(duì)稱軸的距離，主振貼片與寄生貼片相互平行且二者的對(duì)稱軸重合。本發(fā)明完全滿足毫米波段寬頻帶高增益無(wú)線通信的要求，具有頻帶寬、增益高、饋電方式新穎、饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】寬帶高増益探針與貼片相切層疊微帶天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是ー種無(wú)線通信用的層疊微帶天線，具體地說(shuō)是ー種應(yīng)用于毫米波段的寬頻帶高増益無(wú)線通信用的層疊微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]由于無(wú)線電通信設(shè)備和電子信息設(shè)備朝著多功能化，小型化，超寬帶，頻率上移以及與周?chē)h(huán)境友好協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，這使得寬頻帶，小型化，高増益，毫米波段天線成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題之一。它涉及到天線的寬帶阻抗匹配技術(shù)，天線的加載技術(shù)，天線的電抗補(bǔ)償技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)和エ藝。
[0003]近幾年，隨著無(wú)線通信事業(yè)的大力發(fā)展及通信容量的増加，使天線的頻段逐漸由低頻段發(fā)展到高頻段。目前已使用的Ku，K也越來(lái)越顯得擁擠。故毫米波段及亞毫米波段的天線設(shè)計(jì)是天線發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0004]毫米波微帶天線發(fā)展至今已經(jīng)有近三十年時(shí)間，它和其他波段的微帶天線，如微波微帶天線，幾乎是同時(shí)出現(xiàn)的。在十九世紀(jì)七十年代初期，人們對(duì)微帶天線產(chǎn)生了濃厚的興趣。這是因?yàn)槲炀€具有體積小、重量輕、剖面薄、造價(jià)低、易共形、易集成等諸多優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合毫米波的許多固有特性，如波長(zhǎng)短、頻帶寬、在霧、雪、塵埃等中有良好的傳播特性，毫米波微帶天線也在同一時(shí)期受到了世界各國(guó)天線研究者的關(guān)注。
[0005]對(duì)于微帶天線的頻帶，可以有多種途徑來(lái)展寬，比如選擇低的介電常數(shù)和厚的介質(zhì)基板，以及對(duì)貼片適當(dāng)?shù)拈_(kāi)槽等等。之前，已經(jīng)提到采用增加寄生貼片來(lái)展寬頻帶以及提高増益，以及提出用雙L型探針饋電的形式來(lái)提高天線的頻帶和增益。但這些方法比較不理想，比如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)繁瑣，通用性差，加工成本高，且性能存在一定的缺陷，不宣推廣，因此設(shè)計(jì)新型的毫米波段寬帶高増益天線成為ー個(gè)趨勢(shì)。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?01210363618.5的專利文件中公開(kāi)的低剖面寬頻帶天線陣子和天線，采用至少三個(gè)貼片單元來(lái)達(dá)到高増益的性能，一個(gè)為主振貼片，余下為耦合貼片。其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且應(yīng)用于L頻段。申請(qǐng)?zhí)枮?01310122359.1的專利文件中公開(kāi)的ー種雙頻高增益同軸饋電貼片天線，采用EBG結(jié)構(gòu)來(lái)増加天線增益，實(shí)施比較復(fù)雜。申請(qǐng)?zhí)枮?01210495421.7的專利文件中公開(kāi)的多頻圓極化層疊式微帶天線，通過(guò)采用多層貼片的耦合來(lái)達(dá)到多頻和寬頻帶技術(shù)。申請(qǐng)?zhí)枮?00510123192.6的專利文件中公開(kāi)的寬帶寬波束微帶天線單元，特征是采用小孔耦合與多層微帶技術(shù)相結(jié)合，由四層長(zhǎng)寬互相平行的矩形金屬貼片之間夾三層介質(zhì)層構(gòu)成，采用多層來(lái)達(dá)到寬頻帯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于毫米波段，剖面較低、體積較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的寬帶高増益探針與貼片相切層疊微帶天線。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]包括地板、底層介質(zhì)層、探針、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層，底層介質(zhì)層、中間介質(zhì)層、頂層介質(zhì)覆蓋層依次疊加，地板位于底層介質(zhì)層下，寄生貼片位于中間介質(zhì)層的上表面,主振貼片位于底層介質(zhì)層的上表面,探針與主振貼片相切構(gòu)成饋電結(jié)構(gòu)，探針頂端與主振貼片在同一平面，探針頂端圓面相切于主振貼片的長(zhǎng)邊，探針的中心軸與主振貼片的長(zhǎng)邊對(duì)稱軸的距離等于饋電探針的中心軸與主振貼片的短邊對(duì)稱軸的距離，主振貼片與寄生貼片相互平行且二者的對(duì)稱軸重合。
[0010]本發(fā)明還可以包括:
[0011]1、主振貼片和寄生貼片的長(zhǎng)邊與短邊均成等比例，且比例為2:1，且主振貼片的長(zhǎng)邊與寄生貼片的長(zhǎng)邊比例的為2:1 ;主振貼片的短邊與寄生貼片的短邊的比例為2:1，主振貼片和寄生貼片上下成軸對(duì)稱分布。
[0012]2、探針由良導(dǎo)體制成。
[0013]3、探針與主振貼片的相切點(diǎn)到主振貼片兩短邊的距離L和W以及主振貼片的邊長(zhǎng)P 和 2P 與探針的半徑 r 之間滿足關(guān)系式:2P-L=2r;L-(P+W)=2r;L=3P/2+r;W=P/2-r;L+W=2P。
[0014]4、探針的中心到主振貼片長(zhǎng)邊與短邊的對(duì)稱軸的距離d滿足關(guān)系式:d=P/2+r=L-P=P-W。
[0015]5、所述地板是良導(dǎo)體金屬板。
[0016]6、地板、底層介質(zhì)層、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層的對(duì)稱軸都重合。
[0017]本發(fā)明通過(guò)采用探針與貼片相切這種臨近耦合饋電方式來(lái)達(dá)到寬頻帶，通過(guò)采用高介電常數(shù)的覆蓋層和耦合貼片來(lái)達(dá)到高增益的性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0018](I)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線具有頻帶寬(仿真帶寬31GHz-43GHz，絕對(duì)帶寬達(dá)到12GHz)、增益高(仿真軟件仿真30GHz_39GHz增益均在IOdBi以上)、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電型式新穎、饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明天線完全滿足毫米波段寬頻帶高增益無(wú)線通信的要求。適用于無(wú)線通信設(shè)備、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)、移動(dòng)通信天線。
[0019](2)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線可完全實(shí)用于星載、機(jī)載、彈載及地面毫米波段無(wú)線通信的需求；另外，在不改變天線結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)改變天線的尺寸可將該毫米波段天線應(yīng)用在其它頻段的無(wú)線通信的系統(tǒng)中，比如可以應(yīng)用到Ku，K等以下的波段和亞毫米波段等以上的波段。
[0020](3)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線還具有饋電方式新穎，饋電結(jié)構(gòu)為探針與貼片相切的簡(jiǎn)單的饋電型式的優(yōu)點(diǎn)，由于這種相切的饋電結(jié)構(gòu)使得天線產(chǎn)生至少3個(gè)相近的諧振頻點(diǎn)，從而使得天線的頻帶很寬，增益達(dá)到很高。
[0021](4)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線由于探針與貼片相切的新型饋電型式，這種相切的饋電結(jié)構(gòu)在探針的固有感性基礎(chǔ)上引入了容性，從而抵消了探針的固有感性，使得天線具有頻帶寬，增益高的特點(diǎn)。
[0022](5)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線相比于傳統(tǒng)的微帶天線，由于探針與貼片相切的饋電結(jié)構(gòu)，使得天線易產(chǎn)生多頻的效應(yīng)；傳統(tǒng)的微帶天線輻射邊是矩形貼片的一對(duì)長(zhǎng)邊；而探針與貼片相切的饋電方式天線，產(chǎn)生多個(gè)相近的頻點(diǎn)，如邊長(zhǎng)L產(chǎn)生一個(gè)頻點(diǎn)，邊長(zhǎng)2P產(chǎn)生一個(gè)頻點(diǎn)，邊長(zhǎng)(W+P)產(chǎn)生一個(gè)頻點(diǎn)，由于2P=L+2r; L= (ff+P) +2r;故三個(gè)頻點(diǎn)很相近，故在產(chǎn)生寬頻帶的同時(shí)增益也很高，比傳統(tǒng)的饋電方式的微帶天線頻帶更寬，增益更高。
[0023](6)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線由于是三層的層疊結(jié)構(gòu)，頂層寄生貼片的尺寸為底層主振貼片的尺寸的1/2，故當(dāng)其距離達(dá)到一定時(shí)，頂層的寄生貼片起到電磁波引向的作用，起到傳統(tǒng)的八木天線原理的作用，從而使天線增益提高。
[0024]( 7)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線還具有剖面低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線的立體圖。
[0026]圖2為本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線的俯視圖。
[0027]圖3為本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線中的探針與貼片相切饋電方式的平面圖。
[0028]圖4為本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線中的二貼片的平面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用形式并不僅限于圖示的實(shí)施例。
[0030]如圖1和圖2所示，寬帶高增益探針與貼片相切饋電方式天線包括上層介質(zhì)板1、寄生貼片2、中層介質(zhì)板3、主振貼片4、饋電探針5、下層介質(zhì)板6和金屬接地板7。
[0031]如圖3所示，主振貼片4和饋電探針5相切構(gòu)成探針與貼片相切饋電方式，饋電探針5的中心軸與主振貼片4的兩個(gè)邊的中心對(duì)稱軸的距離相等且均為d ;饋電探針5與主振貼片4的相切點(diǎn)到主振貼片4的兩短邊的距離L和W以及主振貼片4的短邊長(zhǎng)度P和長(zhǎng)邊長(zhǎng)度2P與饋電探針5的半徑r滿足關(guān)系式:2P-L=2r; L- (P+ff) =2r; L=3P/2+r; W=P/2_r; L+ff=2P ;饋電探針5的中心與主振貼片4的兩邊對(duì)稱軸的距離d滿足關(guān)系式:d=P/2+r=L-P=P-W。
[0032]如圖4所示，寄生貼片2與主振貼片4成軸對(duì)稱分布，寄生貼片2和主振貼片4的長(zhǎng)邊與短邊成比例為2:1，寄生貼片2和主振貼片4各自的長(zhǎng)邊與短邊成比例為2:1。
[0033]地板7由良導(dǎo)體制成，其在饋電點(diǎn)位置開(kāi)圓孔，以方便饋電同軸電纜的信號(hào)線可以穿過(guò)，從而和饋電探針5相連。地板7和饋電同軸電纜的地線相連。
[0034]本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線達(dá)到了如下工作參數(shù):工作帶寬31GHz — 43GHz ;仿真軟件仿真30GHz-39GHz增益均在IOdBi以上；相切的饋電結(jié)構(gòu)使得天線產(chǎn)生至少3個(gè)相近的諧振頻點(diǎn)，如邊長(zhǎng)L產(chǎn)生一個(gè)頻點(diǎn)，邊長(zhǎng)2P產(chǎn)生一個(gè)頻點(diǎn)，邊長(zhǎng)(W+P)產(chǎn)生一個(gè)頻點(diǎn)，由于2P=L+2r=(W+P)+2r+2r;L=(W+P)+2r，故三個(gè)頻點(diǎn)很相近，從而使得天線的頻帶很寬，增益達(dá)到很高；同時(shí)相切的饋電結(jié)構(gòu)在探針的固有感性基礎(chǔ)上引入了容性，從而抵消了探針的固有感性，使得天線具有頻帶寬，增益高的特點(diǎn)；頂層覆蓋層以及上層耦合貼片起到高增益的目的；饋電方式新穎，饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。同時(shí)本發(fā)明寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線還具有剖面低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工的特點(diǎn)。
[0035]雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施實(shí)例公開(kāi)如上，但它們并不是用來(lái)限定發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可做各種變化和潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，包括地板、底層介質(zhì)層、探針、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層，底層介質(zhì)層、中間介質(zhì)層、頂層介質(zhì)覆蓋層依次疊加，地板位于底層介質(zhì)層下，寄生貼片位于中間介質(zhì)層的上表面，主振貼片位于底層介質(zhì)層的上表面，其特征是:探針與主振貼片相切構(gòu)成饋電結(jié)構(gòu)，探針頂端與主振貼片在同一平面，探針頂端圓面相切于主振貼片的長(zhǎng)邊，探針的中心軸與主振貼片的長(zhǎng)邊對(duì)稱軸的距離等于饋電探針的中心軸與主振貼片的短邊對(duì)稱軸的距離，主振貼片與寄生貼片相互平行且二者的對(duì)稱軸重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:主振貼片和寄生貼片的長(zhǎng)邊與短邊均成等比例，且比例為2:1，且主振貼片的長(zhǎng)邊與寄生貼片的長(zhǎng)邊比例的為2:1 ;主振貼片的短邊與寄生貼片的短邊的比例為2:1，主振貼片和寄生貼片上下成軸對(duì)稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:探針與主振貼片的相切點(diǎn)到主振貼片兩短邊的距離L和W以及主振貼片的邊長(zhǎng)P和2P與探針的半徑 r 之間滿足關(guān)系式:2P-L=2r; L- (P+ff) =2r; L=3P/2+r; W=P/2_r; L+W=2P。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:探針的中心到主振貼片長(zhǎng)邊與短邊的對(duì)稱軸的距離d滿足關(guān)系式:d=P/2+r=L-P=P-W。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:探針的中心到主振貼片長(zhǎng)邊與短邊的對(duì)稱軸的距離d滿足關(guān)系式:d=P/2+r=L-P=P-W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:地板、底層介質(zhì)層、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層的對(duì)稱軸都重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:地板、底層介質(zhì)層、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層的對(duì)稱軸都重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:地板、底層介質(zhì)層、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層的對(duì)稱軸都重合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶高增益探針與貼片相切層疊微帶天線，其特征是:地板、底層介質(zhì)層、主振貼片、中間介質(zhì)層、寄生貼片和頂層介質(zhì)覆蓋層的對(duì)稱軸都重合。
【文檔編號(hào)】H01Q13/08GK103531891SQ201310507145
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】張昕, 譚世偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)