共面波导馈电的三频缝隙天线的制作方法

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种共面波导馈电的三频缝隙天线。

背景技术：

随着无线通信技术的不断演进，相关的通讯产品日趋多样化，同时对相应的天线系统提出了更高的要求。传统的单频天线已无法满足当今社会无线通信的需求。且随着电子产品体积不断缩小，理想的天线应向更小尺寸、更宽频带方向推进。IEEE标准规定全球微波互联接入（WiMAX）的三个工作频段为2.5-2.69GHz、3.3-3.79GHz及5.25-5.85GHz。随着微波技术的不断发展，无线通信产品的使用人数也在急剧增加，愈来愈紧张的频谱资源也要求无线通信的前端设备（天线）能够同时工作于多个频带，从而增加无线通信的容量。因此低成本、多频带、小型化、易集成且同时工作于WiMAX的三个频段的平面天线在无线通信系统中具有重要的研究意义。

目前国内外学者们已提出了各种应用于 WiMAX的天线，例如使用矩形加载单极天线和倒L型槽线结构实现了2.45GHz、3.5GHz及5.8GHz 的频段（Chen H, Yang X, Yin Y Z, et al. Tri-band rectangle-loaded monopole antenna with inverted-L slot for WLAN/WiMAX applications[J]. Electronics Letters, 2013, 49(20):1261-1262.）。采用共面波导馈电的圆形钉齿天线实现了WiMAX/Wi-Fi的多频天线（Daniel R S, Suganthi S. Design and simulation of CPW fed circular spike antenna for wireless applications[C]“International Conference on Innovations in Information, Embedded and Communication Systems. IEEE, 2015:1-5.”）。这些方法虽然都实现了多频天线且满足了电磁兼容，但是结构稍微复杂且尺寸较大，不利于加工。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单紧凑且方便加工的共面波导馈电的三频缝隙天线。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，共面波导馈电的三频缝隙天线，包括单面涂覆金属层的介质基板，其特征在于：所述的金属层上刻蚀有共面波导馈电部分、并联加载的L型缝隙及蘑菇状缝隙辐射面，共面波导馈电部分包括两条平行的信号传输缝隙和中心金属导带，其中的一条信号传输缝隙上加载有末端短路的第一L型缝隙，另一条信号传输缝隙的中部断开，在断开部位的末端分别加载有末端短路的第二L型缝隙和第三L型缝隙，该第二L型缝隙和第三L型缝隙组成180°移相器，第一L型缝隙与第二L型缝隙以中心金属导带的中心线为对称轴对称，中心金属导带延伸至蘑菇状缝隙辐射面的内部并且在其末端加载有半圆形导带。

进一步优选，所述的介质基板采用罗杰斯R4003C，其长度L为28mm，宽度W为24mm，厚度为0.8mm，金属层为铜，金属层厚度为18μm。

进一步优选，所述的共面波导馈电部分长度L1=6mm，中心金属导带宽度W1=2.13mm，信号传输缝隙宽度g1=0.15mm，L型缝隙长度L6=7mm，L型缝隙弯折部分长度L7=3.8mm，L型缝隙宽度g2=0.15mm，180°移相器之间的金属导带宽度W2=1.8mm，L型缝隙到蘑菇状缝隙辐射面的距离L2=7mm，中心金属导带延长到蘑菇状缝隙辐射面的长度L3=3.2mm，半圆形导带的半径L4=3.6mm，蘑菇状缝隙辐射面末端距信号传输缝隙末端的长度L5=10.8mm。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：采用共面波导馈电，易于集成，天线尺寸紧凑，通过蘑菇状缝隙辐射面及馈线中心金属导带末端加载的半圆形导带，使天线产生了2.5GHz和3.6GHz两个频段，而在馈线上并联加载L型缝隙产生了天线的第三个工作频段5.8GHz，且在上述三个频段内，回波损耗均在-10dB以下。因此本发明具有尺寸紧凑、结构简单、易于集成及便于加工的优点，同时可工作于WiMAX的2.5GHz、3.6GHz及5.8GHz三个频段。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的整体结构尺寸标注图；

图3是本发明的回波损耗图；

图4是本发明的驻波比；

图5是本发明在3.6GHz的E面方向图；

图6是本发明在3.6GHz的H面方向图。

图中：1、介质基板，2、金属层，3、共面波导馈电部分，4、蘑菇状缝隙辐射面，5、信号传输缝隙，6、中心金属导带，7、第一L型缝隙，8、第二L型缝隙，9、第三L型缝隙，10、半圆形导带。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的具体内容。如图1-2所示，共面波导馈电的三频缝隙天线，包括单面涂覆金属层2的介质基板1，所述的金属层2上刻蚀有共面波导馈电部分3、并联加载的L型缝隙及蘑菇状缝隙辐射面4，共面波导馈电部分3包括两条平行的信号传输缝隙5和中心金属导带6，其中的一条信号传输缝隙5上加载有第一L型缝隙7，另一条信号传输缝隙5的中部断开，在断开部位末端分别加载有上下对称的第二L型缝隙8和第三L型缝隙9，信号在此处将由第二L型缝隙8耦合到第三L型缝隙9处，同时两者信号将有180°相差，因此第二L型缝隙8和第三L型缝隙9组成180°移相器，第一L型缝隙7与第二L型缝隙8以中心金属导带6的中心线为对称轴左右对称，中心金属导带6延伸至蘑菇状缝隙辐射面4的内部并且在中心金属导带6的末端加载有半圆形导带10。

如图1所示，所述的介质基板1采用罗杰斯R4003C，其长度L为28mm，宽度W为24mm，厚度为0.8mm，金属层2为铜，金属层2厚度为18μm。如2所示，所述的共面波导馈电部分3长度L1=6mm，中心金属导带4宽度W1=2.3mm，信号传输缝隙5宽度g1=0.15mm，第二L型缝隙8长度L6=7mm，第三L型缝隙9弯折部分长度L7=3.8mm，第一L型缝隙7及第二L型缝隙8宽度g2=0.15mm，180°移相器之间的金属导带的宽度W2=1.8mm，第一L型缝隙7到蘑菇状缝隙辐射面4的距离L2=7mm，中心金属导带5延长到蘑菇状缝隙辐射面4的长度L3=3.2mm，半圆形导带10的半径L4=3.6mm，蘑菇状缝隙辐射面4末端距信号传输缝隙5末端的长度L5=10.8mm。

该三频缝隙天线的回波损耗曲线如图3所示，在2.49-2.73GHz、3.48-3.89GHz及5.49-6.39GHz的频段内满足S₁₁<-10dB的要求。VSWR（电压驻波比）的曲线如图4所示，在2.52-2.73GHz、3.5-3.8GHz及5.5-6.39GHz处满足VSWR<2的要求。图5和图6分别给出了3.6GHz下三频缝隙天线的E面和H面方向图。

综上所述，本发明提出的三频缝隙天线结构简单、尺寸紧凑、易于集成、便于加工且天线性能优良，非常适合应用于WiMAX的移动通信终端。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。