圆极化微带天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种圆极化微带天线。

背景技术：

圆极化微带天线具有抗衰退抗雨雾干扰、能够接受任意方向以及任意极化的来波等特点，圆极化微带天线主要采用单馈法进行馈电，结构简单、易于加工，适用于诸如车载设备、微信通信等方向。但是，传统的微带天线其轴比带宽往往在1％左右，现有技术中拓展天线轴比带宽的方法主要有：一是采用耦合馈电，共面波导馈电，L型探针馈电等方式能够将轴比带宽增加至30％左右，但是一般增益较低且其结构不易于加工制造；二是在辐射贴片上方增加寄生贴片，利用多谐振原理增加阻抗带宽和轴比带宽，但是天线总体剖面高度有所增加；三是在辐射贴片上增加多种微扰结构，在贴片表面形成多个电流路径，使带宽增加，这种方法结构复杂，设计自由度高。因此，设计一种低剖面、且阻带带宽和轴比带宽均符合需求的圆极化微带天线具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低剖面高度且能够提高轴比带宽的圆极化微带天线。

为了实现上述目的，本发明提供一种圆极化微带天线，包括：介质基板，包括相对的第一表面和第二表面；第一辐射贴片，贴设于所述介质基板的第一表面；第二辐射贴片，嵌设于所述介质基板中，并与所述第一辐射贴片平行设置；接地板，贴设于所述介质基板的第二表面；以及同轴电缆，穿设于所述介质基板和所述第二辐射贴片以连接于所述第一辐射贴片。

可选地，所述第二辐射贴片位于所述介质基板的1/2厚度处。

可选地，所述第一辐射贴片为具有两个第一切角的正方形贴片，该两个第一切角位于所述第一辐射贴片的第一对角线上；所述第二辐射贴片为具有两个第二切角的正方形贴片，该两个第二切角位于所述第二辐射贴片的第一对角线上；所述第一切角与所述第二切角在所述介质基板的厚度方向上对齐。

可选地，所述第一辐射贴片上开设有两个圆形孔和位于该两个圆形孔之间的类十字形孔，所述两个圆形孔位于所述第一辐射贴片的第二对角线上，所述类十字形孔包括矩形孔和与该矩形孔连通的两个三角形孔，所述矩形孔的中心与所述第一辐射贴片的中心重合，所述两个三角形孔紧贴于所述矩形孔的两个长边；所述第二辐射贴片上开设有两个方形孔，该两个方形孔位于所述第二辐射贴片的第二对角线上；所述圆形孔的中心与所述方形孔的中心在所述介质基板的厚度方向上对齐。

可选地，所述矩形孔的长边与所述第一辐射贴片的第一对角线平行，所述三角形孔为等腰三角形孔。

可选地，所述第一辐射贴片的一对边缘上分别形成有长度相同且宽度不同三个矩形切槽。

可选地，所述介质基板和所述接地板为正方形结构，且二者的尺寸相同。

可选地，所述同轴电缆包括内导体、外导体和设置在内导体和外导体之间的绝缘层，所述内导体穿过所述介质基板和所述第二辐射贴片以与所述第一辐射贴片相连接，所述外导体与所述接地板相连接。

通过上述技术方案，将第二辐射贴片嵌设于介质基板中，在不增加天线剖面高度的前提下，利用第一辐射贴片和第二辐射贴片、以及两层贴片之间的近场耦合，该圆极化微带天线的轴比带宽得到较宽的提升。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的圆极化微带天线的整体结构示意图；

图2是本发明提供的圆极化微带天线的左视图；

图3是本发明提供的圆极化微带天线第一辐射贴片的俯视图；

图4是本发明提供的圆极化微带天线第一辐射贴片的俯视图；

图5是本发明提供的圆极化微带天线第二辐射贴片的俯视图；

图6是本发明提供的圆极化微带天线第二辐射贴片的俯视图；

图7是仿真本发明提供的圆极化微带天线的阻抗匹配图；

图8是仿真本发明提供的圆极化微带天线的轴比图；

图9是仿真本发明提供的圆极化微带天线中心频点的方向图；

图10是仿真本发明提供的圆极化微带天线中心频点的方向图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“宽度方向、长度方向、厚度方向”通常是指相应附图中坐标轴中“X轴、Y轴、Z轴”所指的方向。

如图1和图2所示，本发明提供一种圆极化微带天线，包括介质基板4，第一辐射贴片1、第二辐射贴片2、接地板3以及同轴电缆5，其中，该介质基板4形成有相对的第一表面和第二表面，第一辐射贴片1贴设于该介质基板4的第一表面，第二辐射贴片2嵌设于介质基板4中，并与第一辐射贴片1平行设置，接地板3贴设于介质基板的第二表面，同轴电缆5穿过介质基板4和第二辐射贴片2，连接于第一辐射贴片1。通过上述技术方案，在不增加天线剖面高度的前提下，利用两层辐射贴片以及贴片之间的近场耦合以拓展天线的轴比带宽，该圆极化微带天线能够在较宽的频带范围内产生具有三个谐振峰的轴比曲线，并且圆极化波旋向一致，与同等剖面高度的天线相比，该圆极化微带天线的轴比带宽得到较宽的提升。

其中，在本发明的实施方式中，第一辐射贴片1、第二辐射贴片2以及接地板3的敷铜厚度均为SH＝0.017mm。介质基板4和接地板3可以为正方形结构，且二者的尺寸相同，可以为90mm×90mm。介质基板4的材料可以为Rogers R4350B(罗杰斯R4350B)，电介质常数为3.48，相对磁导率为1.0，损耗正切角为0.004，长宽为90mm，厚度h0＝3mm，表面敷铜厚度为0.016-0.019mm。介质基板4采用这种材料损耗角低，对于辐射效率有一定保证。第二辐射贴片2嵌设于介质基板4中，保证与第一辐射贴片1平行设置，且第一辐射贴片1和第二辐射贴片2均放置于介质基板4的中心位置，进一步地，为了保证两层辐射贴片之间的耦合更好，将第二辐射贴片2嵌设于介质基板4的1/2厚度处。

其中，在本发明的实施方式中，如图3和图4所示，第一辐射贴片1为具有两个第一切角11的正方形贴片，该两个第一切角11位于第一辐射贴片1的第一对角线上，切角长度为S1＝6.5mm，利用两个第一切角11在第一辐射贴片1上产生的微扰，在第一辐射贴片1激励并产生简并模分离，进而产生一个频点较高的圆极化；此外，第一辐射贴片1上还开设有两个圆形孔12和位于该两个圆形孔12之间的类十字形孔13，两个圆形孔12位于第一辐射贴片1的第二对角线上，圆心距第一辐射贴片1中心分别为x1＝9.37mm，x2＝13.87mm，两个圆形孔12的半径为patch2r＝4.11mm。该类十字形孔13位于第一辐射贴片1的中心位置，两圆形孔12的圆心到第一辐射贴片中的距离不相等，在第一辐射贴片上开设类十字孔13和圆形孔12，以便于产生另一个频点相近的圆极波，以实现第一辐射贴片1和第二辐射贴片2之间的近场耦合，类十字形孔13能够增加设计的自由度，以便于更好调节；具体地，该类十字形孔13包括矩形孔131和与该矩形孔131连通的两个三角形孔132，矩形孔131的中心与第一辐射贴片1的中心重合，两个三角形孔132紧贴于矩形孔131的两个长边，且两个三角形孔132沿矩形孔131的长边的位置是任意的，其位置不固定；矩形孔131的长边与第一辐射贴片1的第一对角线平行，三角形孔132可以为等腰三角形孔。上述矩形孔131的长宽分别为slotx＝15.96mm，sloty＝6.2mm，两个三角形孔132的腰长为slotx2＝4.24mm，两个三角形孔132紧贴在矩形孔131的长边且距矩形孔131中心分别为move1＝1.7mm和-1.7mm。第一辐射贴片1的一对边缘上分别形成有长度相同且宽度不同三个矩形切槽14，且中间矩形切槽的宽度大于两侧矩形切槽的宽度，这样能够增加电流的路径，减小第一辐射贴片1的尺寸，具体地，三个矩形切槽14的长度为所切边边长的1/7，宽度分别为a1＝2mm，a2＝3.3mm，a3＝2mm。

其中，在本发明的实施方式中，如图5和图6所示，相同地，第二辐射贴片2为具有两个第二切角21的正方形贴片，该两个第二切角21位于第二辐射贴片2的第一对角线上，切角长度可以为SS1＝4.8mm，利用切角产生的微扰在第二辐射贴片2上产生一个频点较低的圆极化，且第一切角11与第二切角21在介质基板4的厚度方向上对齐，以保证形成的圆极化旋向相同，确保整个频段范围圆极化旋向一致；此外，第二辐射贴片2上开设有两个方形孔22和两个大小不一的圆孔23，该两个方形孔22位于第二辐射贴片2的第二对角线上，且两个方形孔22的对角线与第二辐射贴片2的相邻两边相互垂直，两个方形孔22的对角线长patch3r＝3.82mm，两大小不一的圆孔23半径分别为r3＝0.9mm，r4＝1.5mm。且第一辐射贴片1的两个圆形孔12的中心与第二辐射贴片2的方形孔22的中心在介质基板4的厚度方向上对齐。上述开设于辐射贴片上的孔均用于辅助第一辐射贴片1和第二辐射贴片2之间的近场耦合。在其他实施方式中，第一辐射贴片1的两个圆形孔12也可以为与第二辐射贴片2的方形孔22相对应的方形孔，或者第二辐射贴片2的方形孔22也可以为与第一辐射贴片1的两个圆形孔12相对于的方形孔相对应的圆形孔；另外，第二辐射贴片2上两个大小不一的圆孔23用于馈电线的穿过，其圆心及直径需根据馈点的位置、以及同轴电缆5的内导体51的外径来确定。

其中，在本发明的实施方式中，同轴电缆5包括内导体51和外导体52内导体51穿过介质基板4和第二辐射贴片2以与第一辐射贴片1相连接，外导体52与接地板3相连接，同轴电缆的内导体为圆柱形，半径为0.6-0.7mm，外导体为空心圆柱。在本发明中使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过仿真分析后得到该天线各参数最佳尺寸如下表所示：

表1.本发明各参数最佳尺寸表

根据上述天线各部分的具体尺寸参数使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，对圆极化微带天线的S₁₁参数以及3dB轴比参数进行分析，其结果如下：如图7所示，该圆极化微带天线在-10dB时，阻抗带宽为43MHz，相对带宽为2.7％，频率范围为1.571GHz-1.614GHz，存在三处频点1.577GHz，1.591GHz以及1.608GHz，这三个谐振频点分别来自第一辐射贴片1和第二辐射贴片2的近场耦合、第二辐射贴片2的辐射以及第一辐射贴片1的辐射。如图8所示，上述圆极化微带天线存在三处频点1.578GHz，1.595Ghz以及1.611GHz，3dB轴比带宽为37.1MHz，相对轴比带宽为2.33％，3dB轴比频率范围为1.576GHz-1.613GHz，是同等剖面高度圆极化天线轴比带宽的两倍，且在整个频段内圆极化旋向一致，均为右旋。图9和图10为上述圆极化微带天线中心频点1.595GHz的方向图，如图所示，天线的E面和H面的方向图相似，且前后比有14dBi。此外，天线在该频点的右旋增益远大于左旋增益，属于右旋圆极化。另外，上述圆极化微带天线通过同轴底馈的方式进行馈电，馈电方式简单，且该天线结构简单紧凑、且易于加工。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。