基于缺陷地结构的三频微带天线的制作方法

本实用新型属于天线技术领域，具体地说，涉及一种基于缺陷地结构的三频微带天线。

背景技术：

缺陷地结构(DGS：Defected Ground Structure)是微波领域新近发展的热门技术之一，它是由光子带隙结构(PBG)发展而来。该结构通过在微带线等传输线接地平面上蚀刻周期性或非周期性图形，来改变接地电流的分布，从而改变传输线的频率特性，可实现激发谐振频率，抑制谐波，增加带宽等作用。缺陷接地结构在微波电路和天线设计中有着十分广泛的应用。

微带天线具有质量轻、体积小、易于制作等优点。但是普通的微带天线一般尺寸较大、频带较窄、损耗较高。为此，微带天线在降低回波损耗、增加天线带宽和减小结构尺寸等方面有待改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于缺陷地结构的三频微带天线，以降低回波损耗，增加天线带宽，并可在RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于缺陷地结构的三频微带天线，包括介质基板、辐射贴片和接地板，辐射贴片和接地板沿介质基板中心线对称布置，接地板在介质基板背面下方。所述辐射贴片包括正六边形环贴片、圆环贴片、椭圆环贴片，第一矩形条带贴片，第二矩形条带贴片，以及第三矩形条带贴片；介质基板正面上方设有正六边形环贴片，正六边形环贴片的内底部与圆环贴片重叠连接，圆环贴片上面与不规则椭圆环贴片重叠连接，第一矩形条带贴片位于正六边形环贴片上方并且有一部分重叠连接，第二矩形条带贴片的上边穿过正六边形环贴片与圆形环贴片的重叠连接处并凸出一小部分，第二矩形条带贴片的下边连接第三矩形条带贴片，第三矩形条带贴片的下边延伸至介质基板的下底边缘，接地板由第四矩形贴片和不规则圆贴片组成，不规则圆贴片中部有一个等边倒三角形空白块。

进一步的，所述介质基板的长度L＝38mm，宽度W＝23mm，厚度为1.6mm。

进一步的，所述正六边形环贴片的外环外接圆半径R1＝10.74mm，内环外接圆半径R2＝9.58mm，正六边形环贴片的中心到内环外接圆的高度H＝8.3mm，正六边形环贴片的外环外接圆与内环外接圆之间的宽度W2＝1.16mm。

进一步的，所述圆环贴片的外半径R3＝4.8mm，内半径R4＝4.2mm，圆形环贴片的圆心至正六边形环贴片的中心的长度L5＝4mm，圆形环贴片的圆心至第二矩形条带贴片的上边的长度L6＝4mm。

进一步的，所述不规则椭圆环贴片的外长半轴a1＝3mm，外短半轴b1＝1.5mm，内长半轴a2＝2.8mm，内短半轴b2＝1mm，不规则椭圆环贴片的圆心到的不规则椭圆环贴片的上边的长度L3＝1.25mm，椭圆环贴片的圆心至正六边形环贴片的中心的长度L4＝2mm。

进一步的，所述第一矩形条带贴片的高度L1＝1.4mm，宽度W1＝17.9mm，第一矩形条带贴片的下边至正六边形环带贴片的中心的高度L2＝8.6mm。

进一步的，所述第二矩形条带贴片的宽度W3＝2mm，第二矩形条带贴片的上边至第三矩形条带贴片的上边的高度L7＝2mm。

进一步的，所述第三矩形条带贴片的宽度W4＝3mm，第三矩形条带贴片的上边延伸至介质基板的下底边缘的长度L8＝13mm。

进一步的，所述接地板由矩形贴片和不规则圆贴片组成，不规则圆贴片中部设置有等边倒三角形空白块。

进一步的，所述接地板的上边宽度W7＝8.72，接地板的矩形块宽度W＝23mm，高度L13＝6mm，接地板的上边至等边倒三角形的上边的长度L9＝1.65mm，等边倒三角形空白块的边长W6＝4.33mm，高度L10＝3.75mm，等边倒三角形空白块的底端至不规则圆贴片的圆心的距离L11＝3.6mm，不规则圆贴片的圆心至介质基板的下底边缘的长度L12＝3mm，不规则圆贴片的半径R5＝10mm，不规则圆贴片与矩形块的交点到介质基板侧边的距离W5＝1.96mm，不规则圆贴片与矩形块的左交点到不规则圆贴片与矩形块的右交点之间的宽度W8＝19.08mm。

与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：

能降低回波损耗，增加了天线带宽，天线具有三个工作频段，能够满足RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用。

当然，实施本实用新型的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线的正面图；

图2为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线的背面图；

图3a为本实用新型天线I的正反两面合并图；

图3b为本实用新型天线II的正反两面合并图；

图3c为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线的正反两面合并图；

图4为本实用新型图3a、图3b及图3c中的天线的回波损耗图；

图5a及图5b为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线在2.45GHz时的E面和H面辐射方向图；

图6a及图6b为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线在3.5GHz时的E面和H面辐射方向图；

图7a及图7b为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线在5.5GHz时的E面和H面辐射方向图。

图中：1.介质基板；2.正六边形环贴片；3.圆环贴片；4.椭圆环贴片；5.第一矩形条带贴片；6.第二矩形条带贴片；7.第三矩形条带贴片；8.接地板；i.天线I的回波损耗曲线；j.天线II的回波损耗曲线；k.本实用新型天线的回波损耗曲线。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1及图2所示，本实用新型实施例一种基于缺陷地结构的三频微带天线，包括介质基板1、辐射贴片和接地板8，辐射贴片和接地板8沿介质基板1中心线对称布置，接地板8在介质基板1背面下方。所述辐射贴片包括正六边形环贴片2、圆环贴片3、椭圆环贴片4，第一矩形条带贴片5，第二矩形条带贴片6，以及第三矩形条带贴片7。介质基板1正面上方设有正六边形环贴片2，正六边形环贴片2的内底部与圆环贴片3重叠连接，圆环贴片3上面与不规则椭圆环贴片4重叠连接，第一矩形条带贴片5位于正六边形环贴片2上方并且有一部分重叠连接，第二矩形条带贴片6的上边穿过正六边形环贴片2与圆形环贴片3的重叠连接处并凸出一小部分，第二矩形条带贴片6的下边连接第三矩形条带贴片7，第三矩形条带贴片7的下边延伸至介质基板1的下底边缘，接地板8由第四矩形贴片和不规则圆贴片组成，不规则圆贴片中部有一个等边倒三角形空白块。

介质基板1为环氧树脂板(FR4)，相对介电常数εr＝4.4，介质损耗为0.02。条带贴片为馈电传输线，特性阻抗为50Ω。介质基板1的长度L＝38mm，宽度W＝23mm，厚度为1.6mm。正六边形环贴片2的外环外接圆半径R1＝10.74mm，内环外接圆半径R2＝9.58mm，正六边形环贴片2的中心到内环外接圆的高度H＝8.3mm，正六边形环贴片2的外环外接圆与内环外接圆之间的宽度W2＝1.16mm。圆环贴片3的外半径R3＝4.8mm，内半径R4＝4.2mm，圆形环贴片3的圆心至正六边形环贴片2的中心的长度L5＝4mm，圆形环贴片3的圆心至第二矩形条带贴片6的上边的长度L6＝4mm。所述不规则椭圆环贴片4的外长半轴a1＝3mm，外短半轴b1＝1.5mm，内长半轴a2＝2.8mm，内短半轴b2＝1mm，不规则椭圆环贴片4的圆心到的不规则椭圆环贴片4的上边的长度L3＝1.25mm，椭圆环贴片4的圆心至正六边形环贴片2的中心的长度L4＝2mm。所述第一矩形条带贴片5的高度L1＝1.4mm，宽度W1＝17.9mm，第一矩形条带贴片5的下边至正六边形环带贴片2的中心的高度L2＝8.6mm。所述第二矩形条带贴片6的宽度W3＝2mm，第二矩形条带贴片6的上边至第三矩形条带贴片7的上边的高度L7＝2mm。所述第三矩形条带贴片7的宽度W4＝3mm，第三矩形条带贴片7的上边延伸至介质基板1的下底边缘的长度L8＝13mm。所述接地板8由矩形贴片和不规则圆贴片组成，不规则圆贴片中部设置有等边倒三角形空白块。所述接地板8的上边宽度W7＝8.72，接地板8的矩形块宽度W＝23mm，高度L13＝6mm，接地板8的上边至等边倒三角形的上边的长度L9＝1.65mm，等边倒三角形空白块的边长W6＝4.33mm，高度L10＝3.75mm，等边倒三角形空白块的底端至不规则圆贴片的圆心的距离L11＝3.6mm，不规则圆贴片的圆心至介质基板1的下底边缘的长度L12＝3mm，不规则圆贴片的半径R5＝10mm，不规则圆贴片与矩形块的交点到介质基板侧边的距离W5＝1.96mm，不规则圆贴片与矩形块的左交点到不规则圆贴片与矩形块的右交点之间的宽度W8＝19.08mm。

图3a、图3b，及图3c为微带天线结构设计过程图。

图3a为天线I的正反两面合并图，天线I为初始设计的天线结构，它包括正六边形环贴片2、矩形地板和第一矩形条带贴片5，第二矩形条带贴片6，以及第三矩形条带贴片7，第一矩形条带贴片5与正六边形环贴片上边重叠连接，第二矩形条带贴片6与正六边形环贴片下边重叠连接，第二矩形条带贴片6的下边与第三矩形条带贴片7上边连接，第三矩形条带贴片7的下边延伸至介质基板1的下底边缘。辐射单元通过SMA接头馈电后，电流从馈电点流经第一矩形条带贴片5，第二矩形条带贴片6，以及第三矩形条带贴片7直至正六边形环带贴片2上边的第一矩形条带贴片5的两端，该电流流经的路径长为44.02mm，此时天线工作在两个频段，但回波损耗参数不好，得到靠近WLAN和WiMAX工作频段。

图3b为天线II的正反两面合并图；天线II是在图3a所示的天线I基础上，在正六边形环贴片2内部增加圆形环贴片3和不规则椭圆形环贴片4，正六边形环贴片2的内环底部与圆环贴片3重叠连接，圆环贴片3上方与不规则椭圆环贴片4重叠连接，原来的第二矩形条带贴片6的上边穿过正六边形环贴片2与圆环贴片3的重叠连接处并凸出一小部分。此时电流从馈电点流经第二矩形条带贴片6，以及第三矩形条带贴片7和圆环贴片3直至不规则椭圆环贴片4顶端,该电流流经的路径长为42.67mm，天线依然工作在两个频段，回波损耗参数有改善，得到更靠近WLAN和WiMAX工作频段的频谱段。

为了获取三个工作频段，同时改善上面获得的工作频段，如图3c所示的正反两面合并图，在矩形地板上采用了等边三角形和不规则椭圆的缺陷地板结构，缺陷三角形边长W6＝4.33mm，高L10＝3.75mm。三角形缺陷的尺寸和位置在一定程度上影响了天线的谐振频率和阻抗带宽。通过在不规则圆弧形缺陷地结构的合适位置蚀刻三角形缺陷，仿真发现天线共出现了三个频段且带宽较宽，匹配较好，因为缺陷地结构能够激发和改善谐振频率。此时电流从馈电点流经第二矩形条带贴片6，直至第三矩形条带贴片7上边,该电流流经的路径长为15mm，由于缺陷地结构，改变了此处的频率特性，从而获得了三个频段。这样，在没有增加整体体积的情况下得到覆盖RFID、WLAN和WiMAX工作频段的天线。

使用网络分析仪对天线的回波损耗参数进行测试，图3a、图3b，及图3c三种天线的回波损耗曲线如图4所示。图4中曲线i为天线I的回波损耗曲线，由曲线i看出：天线I工作在工作频段为2.21～2.53GHz和4.64～4.80GHz，谐振频率分别为2.35GHz和4.72GHz，天线在谐振点处的回波损耗分别为-14.86dB和-10.79dB。图4中曲线j为天线II的回波损耗曲线，由曲线j看出：天线II的工作频段为2.15～2.40GHz和3.16～3.41GHz，谐振频率分别为2.27GHz和3.26GHz，天线在谐振点处的回波损耗分别为-16.52dB和-12.19dB。图4中曲线k为本实用新型的回波损耗曲线，由曲线k看出：本实用新型天线工作频段分别为2.30～2.53GHz、3.35～4.54GHZ和4.68～6.18GHz，谐振频率分别为2.42GHz、3.63GHz和5.56GHz。本实用新型天线在谐振点处的回波损耗分别为-28.89dB,-22.80dB和-20.72dB，相比天线I和天线II，回波损耗更低，显示出天线良好的匹配特性。

图5a及图5b为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线在2.45GHz时的E面和H面辐射方向图；图6a及图6b为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线在3.5GHz时的E面和H面辐射方向图；图7a及图7b为本实用新型基于缺陷地结构的三频微带天线在5.5GHz时的E面和H面辐射方向图。从图中可以看出：本实施例的天线的方向图特性在2.29～2.52GHz、3.35～4.54GHZ和4.68～6.17GHz工作频段内相对稳定，具有良好的方向性。所以，本实用新型天线具有了三个工作频段，能够满足RFID、WLAN和WiMAX技术领域使用。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。