一種具有電大諧振特性的微帶貼片天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微帶天線，尤其是一種具有電大諧振特性的微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]天線領(lǐng)域是一個(gè)充滿著生機(jī)和活力的領(lǐng)域，在過去的近一百年里，天線技術(shù)已經(jīng)成為通信革命不可缺少的伙伴。經(jīng)歷了長、中、短波線形天線的成熟期后，厘米波天線得到了普及，使得適用于超短波和微波頻段的面天線得到了發(fā)展。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、單片微波集成電路(MMIC)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等電子技術(shù)的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)傳輸速率以及帶寬的更高需求使得傳統(tǒng)的低頻段頻譜資源越來越緊張，因此對高頻段的頻譜資源進(jìn)行開發(fā)和利用已經(jīng)成為通信行業(yè)發(fā)展的迫切需要。
[0003]毫米波波長介于微波和紅外之間，兼具二者的優(yōu)良特性，其頻率范圍是30GHz-300GHz，相應(yīng)的波長為毫米波憑借其特殊的大氣傳輸特性、可利用的頻帶寬以及天線波束窄等特點(diǎn)在通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)和射電天文等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。毫米波天線已然成為新一代天線的趨勢。然而傳統(tǒng)的工藝已經(jīng)很難滿足如此精細(xì)的加工需求，更何況成本是將其應(yīng)用推廣的重要因素之一。到了更高頻段，包括毫米波和亞毫米波頻段，小型化已經(jīng)不是射頻器件的優(yōu)勢，反而成為了一大缺陷。以目前在衛(wèi)星通信中比較重要的Ka波段為例，其工作頻段為26~40GHz，波長范圍在1.llcm~0.75cm。若以微帶天線實(shí)現(xiàn)的話，考慮半波長的諧振條件和介質(zhì)的影響，天線的單元尺寸為毫米級的、制作精度達(dá)到微米級。在低頻段，往往電小尺寸天線是學(xué)者和工程師們青睞的對象，而到了高頻段，如毫米波段/亞毫米波段時(shí)，電大尺寸天線則成為新的研究目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提出一種具有電大諧振特性的微帶貼片天線，在傳統(tǒng)的微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，采用周期性的縫隙將整個(gè)貼片分割成若干個(gè)完全相同的子貼片。由于縫隙引入的耦合效應(yīng)產(chǎn)生左手諧振特性以及上下貼片耦合和表面電流產(chǎn)生的右手特性，在此諧振模式的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生更高頻率的諧振模式，使原本單一諧振模式的微帶貼片天線具有電大的諧振特性。
[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種具有電大諧振特性的微帶貼片天線，包括下層介質(zhì)基片，在下層介質(zhì)基片的一個(gè)表面上設(shè)有饋電微帶，在下層介質(zhì)基片的另一個(gè)表面上設(shè)有公共金屬地，在位于公共金屬地的中心位置上設(shè)有耦合縫隙，在公共金屬地上設(shè)有上層介質(zhì)基片，在上層介質(zhì)基片上設(shè)有微帶貼片，在微帶貼片上設(shè)有周期性隔離縫隙，所述微帶貼片被周期性隔離縫隙割并形狀、面積相同的微帶子貼片，所述周期性隔離縫隙呈網(wǎng)狀。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0007]本實(shí)用新型在傳統(tǒng)微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，通過加載周期性的縫隙能夠使貼片天線具有左右手復(fù)合材料的特性，在此諧振模式基礎(chǔ)上引入高頻諧振模式，使傳統(tǒng)微帶天線具有電大諧振的特性，克服了毫米波系統(tǒng)對于高設(shè)計(jì)精度的依賴。
[0008]本實(shí)用新型可以說是包括上下兩層結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)包括用于饋電的微帶線結(jié)構(gòu)、下層介質(zhì)基片、公共金屬地以及位于公共金屬地中心位置的耦合縫隙，上層結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)基片以及包括被周期排列的縫隙分割而開的若干完全相同的微帶子貼片結(jié)構(gòu)。能量由饋電微帶輸入，經(jīng)過位于中間金屬地中心位置的縫隙耦合到上層微帶貼片天線，產(chǎn)生有效輻射；位于兩層介質(zhì)基片的金屬構(gòu)成饋電微帶線以及微帶貼片天線的公共地結(jié)構(gòu)；微帶貼片經(jīng)過周期性的縫隙分割后，形成具有左右手諧振特性的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因而通過調(diào)節(jié)貼片以及分割縫隙的尺寸，能夠在更高頻率上產(chǎn)生新的諧振模式，使微帶天線具有電大諧振特性。
【附圖說明】
[0009]圖1為具有電大諧振特性的微帶貼片天線的三維整體結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖2為具有電大諧振特性的微帶貼片天線的側(cè)視圖。
[0011]圖3為具有電大諧振特性的微帶貼片天線的駐波比曲線圖。
[0012]圖4為具有電大諧振特性的微帶貼片天線的增益曲線圖。
[0013]圖5為具有電大諧振特性的微帶貼片天線的E面輻射方向圖。
[0014]圖6為具有電大諧振特性的微帶貼片天線的H面輻射方向圖。
[0015]圖中有:饋電微帶1、下層介質(zhì)基片2、公共金屬地3、耦合縫隙4、上層介質(zhì)基片5，微帶貼片6、周期性隔離縫隙7。
【具體實(shí)施方式】
[0016]—種具有電大諧振特性的微帶貼片天線，包括下層介質(zhì)基片2，在下層介質(zhì)基片2的一個(gè)表面上設(shè)有饋電微帶1，在下層介質(zhì)基片2的另一個(gè)表面上設(shè)有公共金屬地3，在位于公共金屬地3的中心位置上設(shè)有耦合縫隙4，在公共金屬地3上設(shè)有上層介質(zhì)基片5，在上層介質(zhì)基片5上設(shè)有微帶貼片6，在微帶貼片6上設(shè)有周期性隔離縫隙7，所述微帶貼片6被周期性隔離縫隙7分割并形狀、面積相同的微帶子貼片，所述周期性隔離縫隙7呈網(wǎng)狀；所述周期性隔離縫隙7的各點(diǎn)處的縫隙寬度相等。
[0017]本實(shí)用新型饋電的微帶線結(jié)構(gòu)需要調(diào)節(jié)其微帶寬度，使其滿足在工作頻率下具有50歐姆的輸入阻抗特性；饋電微帶的長度可以變化，不同的長度對應(yīng)天線不同的工作頻段。周期性隔離縫隙7切割微帶貼片，形成完全相同的微帶子貼片，使得微帶貼片中產(chǎn)生左右手符合諧振特性，能夠在更高頻率產(chǎn)生諧振，使傳統(tǒng)的微帶貼片具有電大諧振特性，分割金屬貼片的周期性縫隙寬度可以調(diào)節(jié)，縫隙越寬，對應(yīng)于越高的諧振頻率。饋電微帶1和位于公共金屬地中心位置的耦合縫隙通過調(diào)整其尺寸，滿足在設(shè)計(jì)頻率下的阻抗匹配要求，耦合縫隙位于公共金屬地的中心位置，確保邊射輻射的最大化，縫隙的長度和寬度可以有所變化，不同的尺寸大小對應(yīng)于不同模式在不同頻率下的諧振特性。下層介質(zhì)基片2的厚度不超過四分之一波長，保證微帶饋電正常工作；下層介質(zhì)基片與上層介質(zhì)基片具有相同的材料屬性，但高度不同，通過較薄的下層介質(zhì)基片實(shí)現(xiàn)微帶到縫隙的有效耦合，通過較厚的上層介質(zhì)基片保證天線整體具有較寬的工作帶寬。上層介質(zhì)基片5其厚度一方面不能太薄，保證天線具有較寬的帶寬，同時(shí)不能太厚，盡量減少介質(zhì)表面波的影響。
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0019]本實(shí)用新型所采用的實(shí)施方案是:具有電大諧振特性的微帶貼片天線包括饋電微帶1、下層介質(zhì)基片2、饋電微帶I和微帶貼片6的公共金屬地3、刻蝕在公共金屬地中間的耦合縫隙4、上層介質(zhì)基片5、微帶貼片6以及用于分割微帶貼片6的周期性隔離縫隙7 ;本實(shí)用新型的獨(dú)特之處在于，相較于傳統(tǒng)的微帶貼片天線，在貼片的表面引入期性隔離縫隙，在單一諧振模式的基礎(chǔ)上引入更多的諧振模式，產(chǎn)生電大諧振的效果。
[0020]能量由饋電微帶I饋入，在饋電微帶I和耦合縫隙4的交叉位置發(fā)生能量耦合，能量由下層介質(zhì)2耦合到上層介質(zhì)5中，通過微帶貼片7輻射出去；由于微帶貼片6表面引入了周期性隔離縫隙7，使得為微帶貼片6的子單元之間產(chǎn)生耦合電容，表現(xiàn)為左手諧振特性，同時(shí)由于微帶貼片6與公共金屬地之間的耦合電容以及貼片的表面電流，該天線結(jié)構(gòu)同時(shí)具有右手諧振特性，因此整個(gè)天線結(jié)構(gòu)具有左右手復(fù)合結(jié)構(gòu)的特性，能夠在更高的頻點(diǎn)上產(chǎn)生更多的諧振模式；調(diào)節(jié)周期性隔離縫隙7的間距大小能夠改變微帶貼片6的子單元之間耦合效應(yīng)，相應(yīng)的調(diào)整高階模式的諧振頻率。
[0021]結(jié)合圖3、圖4、圖5以及圖6，本實(shí)用新型的具有電大諧振特性的微帶貼片天線的諧振頻率能夠從2.28GHz提升至8.37GHz，比傳統(tǒng)的微帶貼片天線的諧振頻率提高了約3.7倍，同時(shí)最大增益能夠達(dá)到10.6dBi，具有明顯的邊射輻射特性，且交叉極化水平非常低。
[0022]根據(jù)以上所述，便可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有電大諧振特性的微帶貼片天線，其特征在于，包括下層介質(zhì)基片(2)，在下層介質(zhì)基片(2)的一個(gè)表面上設(shè)有饋電微帶(1)，在下層介質(zhì)基片(2)的另一個(gè)表面上設(shè)有公共金屬地(3)，在位于公共金屬地(3)的中心位置上設(shè)有耦合縫隙(4)，在公共金屬地(3)上設(shè)有上層介質(zhì)基片(5)，在上層介質(zhì)基片(5)上設(shè)有微帶貼片(6)，在微帶貼片(6)上設(shè)有周期性隔離縫隙(7)，所述微帶貼片(6)被周期性隔離縫隙(7)分割并形狀、面積相同的微帶子貼片，所述周期性隔離縫隙(7)呈網(wǎng)狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電大諧振特性的微帶貼片天線，其特征在于，所述周期性隔離縫隙(7)的各點(diǎn)處的縫隙寬度相等。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有電大諧振特性的微帶貼片天線，包括下層介質(zhì)基片，在下層介質(zhì)基片的一個(gè)表面上設(shè)有饋電微帶，在下層介質(zhì)基片的另一個(gè)表面上設(shè)有公共金屬地，在位于公共金屬地的中心位置上設(shè)有耦合縫隙，在公共金屬地上設(shè)有上層介質(zhì)基片，在上層介質(zhì)基片上設(shè)有微帶貼片，在微帶貼片上設(shè)有周期性隔離縫隙，所述微帶貼片被周期性隔離縫隙割形狀、面積相同的微帶子貼片，所述周期性隔離縫隙呈網(wǎng)狀。本實(shí)用新型在傳統(tǒng)微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，通過加載周期性的縫隙能夠使貼片天線具有左右手復(fù)合材料的特性，在此諧振模式基礎(chǔ)上引入高頻諧振模式，使傳統(tǒng)微帶天線具有電大諧振的特性，克服了毫米波系統(tǒng)對于高設(shè)計(jì)精度的依賴。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/48
【公開號】CN204927514
【申請?zhí)枴緾N201520730704
【發(fā)明人】蔡洋, 曹文權(quán), 錢祖平, 楊柳, 張穎松, 王茜茜
【申請人】中國人民解放軍理工大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月21日