专利名称：沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线。
技术背景近几年来，诸多展宽平面天线阻抗带宽的技术频见报道，比如阻抗加载技术、RC加载技术、折叠技术、曲折技术、多馈点技术和短路销钉技术等等。 这些技术可以在一定程度上展宽天线工作带宽，但是有的是集中加载技术，会带来天线增益的下降，如阻抗加载和RC加载技术；有的使得天线结构复杂，参数控制难以达到最优，设计难度较大，如折叠技术、曲折技术、多馈 点技术和短路销钉技术等。对于要求单向辐射波束的应用情形，传统的方法是在天线背面四分之波 长处放置金属面放射板，反射波在上半空间与原波束同相叠加，形成单向波 束。这样辐射方向上增益提高，背向空间波束得到抑制。金属板是一窄带器 件，由于辐射波束的畸变，宽带应用存在困难。同时，天线与反射器之间四 分之一波长的距离，在很多应用环境下，还是显得不够紧凑。为了縮小天线 与反射器之间的距离，以设计低剖面天线，人们提出了电磁带隙结构(高阻 抗表面或人工磁导体)。它是从光子晶体材料比例縮放到微波频段而来，是一 种模拟理想磁导体的人工材料，在一定频率范围内，入射电磁波几乎能够被 同相反射。现有许多国内文献报道在贴片微带天线周围制作电磁带隙结构， 以改善回波损耗，抑制基板上的表面波，提高天线增益，抑制旁瓣电平。国 外文献报道过利用电磁带隙结构在某频段附近同相反射电磁波的特性，制作
成电磁带隙结构反射器。天线与该结构之间的距离能够购大大小于四分之一 波长，而且能够获得很宽的工作频段和良好的增益。但，上述现有技术存在 结构复杂、参数控制难以达到最优等缺点。发明内容本发明针对现有技术的沟道加载技术和电磁带隙结构天线的上述不足， 提供一种结构简单、能拓展天线阻抗带宽、在展宽天线工作带宽的同时不会 损害天线增益的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线。本发明的技术方案沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，包括电磁带隙结 构；其特征在于蝴蝶结天线用支撑层支撑，设置在电磁带隙结构上；巴伦 的一端穿过电磁带隙结构基板中间的通孔与蝴蝶结天线连接，给蝴蝶结天线 馈电，另外一端与SMA相连接。进一步的特征是所述的蝴蝶结天线制作在罗杰斯基板上，设置有对称 的两片蝶形臂、天线环和加载沟道，加载沟道处于天线环与蝶形臂之间。巴伦与蝴蝶结天线的蝶形臂相连接。电磁带隙结构基板中间的通孔是矩形孔。本发明的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，相对于现有技术，具有如下 特点-1、在靠近蝴蝶结天线顶部附近，沟道耦合较强提供容性加载，而环提供 感性和加载，总的结果体现为容性加载;在远离天线顶部的地方，沟道耦合 较弱，总的结果体现为感性加载。参数选取合适，容性加载和感性加载能在 很宽的频带内自平衡，天线带内阻抗和辐射模式稳定，从而拓展天线阻抗带 宽。 2、 在展宽天线工作带宽的同时不会损害天线增益。3、 天线与电磁带隙结构之间的距离能够大大小于四分之一波长，而且能够获得很宽的工作频段和良好的增益。
下面结合附图对本发明作进一步的说明-图l是本发明结构主视图； 图2是图1的俯视图； 图3是电磁带隙结构侧视图(剖视)； 图4是测量的回波损耗曲线； 图5是OXZ面辐射模；图6是oyz面辐射模式； 图7是天线增益曲线。
具体实施方式
如图l、 2中，1—电磁带隙结构，2—蝴蝶结天线，3—支撑层，4一罗杰 斯基板，5—蝶形臂，6—天线环，7—加载沟道，8—巴伦，9—通孔，IO—SMA;本发明的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，包括电磁带隙结构1，蝴蝶结 天线2用支撑层3支撑，设置在电磁带隙结构l上；支撑层3最好选用2毫 米厚、介电常数约为1的泡沫类材料。蝴蝶结天线2的一种具体实施例结构 是蝴蝶结天线2制作在相对介电常数为2.2，厚度为0.508毫米的罗杰斯基 板4上，设置有对称的两片蝶形臂5、天线环6和加载沟道7，蝶形臂5和天 线环6是金属材质(最好是铜及铜合金等)，能接收、辐射电磁波；罗杰斯基 板4具体选用5880TM基板，天线几何结构如图2所示。蝶形臂5的半径为 R47.75毫米，张角为156度，倒圆角半径Rc-3毫米，天线电极之间的距离 为1.5毫米，天线加载环6的内外半径分别为19毫米和19.5毫米，环6与蝶 形臂5之间的加载沟道7宽度为0.5毫米。巴伦8 (Bakm，即平衡馈电转换器)的一端穿过电磁带隙结构基板1中 间的通孔9、穿过支撑层3 (在支撑层3上对应位置设置有让巴伦8穿过的孔) 与蝴蝶结天线2连接，给蝴蝶结天线2馈电，另外一端与SMA相接；巴伦8 与蝴蝶结天线2的蝶形臂5相连接。SMA系列产品是一种应用广泛的小型螺 纹连接的同轴连接器。SMA系列采用英制螺纹连接，强度高，抗震性好。外 导体端面直接接触，便插入损耗降到最低。相对于其它类型的连接器，SMA 系列具有体积小，低VSWR的特点。广泛应用于渍波设备和数字通信设备的 射频回路中连接射频同轴电缆和微带。巴伦8制作在相对介电常数为2.2，厚度为0.508毫米的罗杰斯5880TM 基板上，本发明选用的巴伦8长度为80毫米，采用指数过度的形式。如图3中，15—基板，16—方形贴片，17—金属化过孔，18—地板，19 一介质基层；电磁带隙结构1是电磁波辐射、传导领域的常用部件；具体请参阅名称 为"一种电磁带隙结构的喇叭天线"、申请号为200710179721.3的发明专利所 公开的结构。本发明电磁带隙结构1的一种具体结构，电磁带隙结构1包括 基板15、方形贴片16和金属化过孔17;电磁带隙结构1制作在在相对介电 常数为4.4，厚度为4毫米的基板15上，具体选用FR4基板。方形贴片16 设置在基板15上，边长为7.5毫米，贴片之间的间距为1.5毫米，方形贴片16 上的金属化过孔17直径为1毫米，图中所示共用20X20个单元。在电磁带
隙结构1中央，挖一 10mmX0.6mm的矩形通孔9，巴伦8则通过矩形通孔9 给天线馈电。基板15的下层是地板18，地板18上面是介质基层19，方形贴 片16牢固贴合在介质基层19上。如图4中，在安捷伦E8362B上测试的天线回波损耗如图4所示，天线中 心频率在4. 2GHz，最低工作频率3. 6GHz、最高工作频率4. 8GHz (S11〈-l(WB)， 带宽为1.2GHz。包括电磁带隙结构厚度，整个系统厚度为6. 508毫米，相对 于中心工作频率4. 2GHz的四分之一 (17. 75毫米)，天线剖面减小63. 7%。如图5、 6中，测试的天线辐射模式如图5和6所示，可见天线带内辐射 模式稳定，后瓣抑制较好(优于-17dBi)。如图7中，天线带内增益保持在8.2dBi-8.7dBi之间，增益起伏小。
权利要求
1、沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，包括电磁带隙结构(1)；其特征在于蝴蝶结天线(2)经支撑层(3)支撑，设置在电磁带隙结构(1)上；巴伦(8)的一端穿过电磁带隙结构基板(1)中间的通孔(9)、穿过支撑层(3)与蝴蝶结天线(2)连接，给蝴蝶结天线(2)馈电，另外一端与SMA相连接。
2、 根据权利要求1所述的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，其特征在于: 所述的蝴蝶结天线(2)制作在罗杰斯基板(4)上，设置有对称的两片蝶形 臂(5)、天线环(6)和加载沟道(7)，加载沟道(7)处于天线环(6)与蝶 形臂(5)之间。
3、 根据权利要求2所述的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，其特征在于 所述的蝶形臂(5)半径为R-17.75毫米，张角为156度，倒圆角半径Rc-3 毫米，天线加载环(6)的内外半径分别为19毫米和19.5毫米，天线加载环(6)与蝶形臂(5)之间的加载沟道7宽度为0.5毫米。
4、 根据权利要求1至3任一所述的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，其 特征在于巴伦(8)与蝴蝶结天线(2)的蝶形臂(5)相连接。
5、 根据权利要求4所述的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，其特征在于 通孔(9)是矩形孔。
6、 根据权利要求1至3任一所述的沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，其 特征在于所述电磁带隙结构(1)包括基板(15)、方形贴片(16)和金属 化过孔(17);电磁带隙结构(1)制作在在相对介电常数为4.4，厚度为4毫 米的基板(15)上，方形贴片(16)设置在基板(15)上，边长为7.5毫米， 贴片之间的间距为1.5毫米，方形贴片(16)上的金属化过孔(17)直径为全文摘要
本发明公开了一种沟道加载蝴蝶结型电磁带隙天线，包括电磁带隙结构；其特征在于蝴蝶结天线用支撑层支撑，设置在电磁带隙结构上；巴伦的一端穿过电磁带隙结构基板中间的通孔与蝴蝶结天线连接，给蝴蝶结天线馈电，另外一端与SMA相连接。本发明的天线，容性加载和感性加载能在很宽的频带内自平衡，天线带内阻抗和辐射模式稳定，从而拓展天线阻抗带宽；在展宽天线工作带宽的同时不会损害天线增益；天线与电磁带隙结构之间的距离能够大大小于四分之一波长，而且能够获得很宽的工作频段和良好的增益。
文档编号H01Q13/00GK101399398SQ200810232959
公开日2009年4月1日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者丁朝远 申请人:重庆工学院