高增益平面渐变槽线天线的制作方法

本发明涉及微波技术领域，尤其是一种基于部分介质基片切除技术的高增益平面渐变槽线天线。

背景技术：

平面渐变槽线天线作为一种性能优秀的超宽带天线，具有宽频带、低剖面、高定向性、成本低、易于与其它电路集成的优势。基于上述良好的特性，平面渐变槽线天线被广泛应用于高速无线通信、无线传感器网络、民用传感器、监控和医学微波成像等众多方面。

但此类平面渐变槽线天线高频辐射时，高频端方向图易裂瓣，使得辐射定向性下降、增益降低。因此如何提高平面渐变槽线天线的高频辐射是此种天线的研究热点。现有技术中通常通过添加寄生贴片、加入金属或介质引向器、添加零折射结构等方法来提高天线的高频增益；然而这些改进方式中，大多数改善平面渐变槽线天线高频增益的方案均需增大天线尺寸，且结构复杂，加工成本较高。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种高增益平面渐变槽线天线，使其在不增大天线物理尺寸的情况下明显改善天线高频增益。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的高增益平面渐变槽线天线包括馈电部分、顶层金属辐射单元、底层金属辐射单元以及介质基片；顶层金属辐射单元和底层金属辐射单元分别设置在介质基片的上、下表面；其特征在于：所述顶层金属辐射单元及底层金属辐射单元的结构相同，且两者的轮廓形状均为渐开曲线形，两金属辐射单元相对于介质基片最长的中轴线呈旋转对称式分布；两金属辐射单元间的介质基片采用部分切割镂空结构。

进一步地，所述介质基片上切除了若干个细长的条形区域，形成部分切割镂空结构。

进一步地，所述切除的条形区域位于两金属辐射单元的渐开轮廓曲线之间的介质基片上。

进一步地，所述切除的若干条形区域中，各条形区域的外侧长边与顶层金属辐射单元和底层金属辐射单元的渐开轮廓曲线重叠，各条形区域的内侧长边是由两金属辐射单元的渐开轮廓曲线向介质基片的最长中轴线方向平移形成的。

进一步地，所述介质基片上切除的条形区域中，每相邻的两个条形区域之间所留有的未切除的矩形介质块对不同区域的介质基片进行固定连接。

进一步地，所述未切除的矩形介质块是相互间隔分布的。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明所述的基于部分介质切除技术的高增益平面渐变槽线天线，以传统平面渐变槽线天线介质基片形状为基础，将槽间部分介质基片进行切割使其形成切割镂空结构；且使得槽间切割后保留的自身介质基片作为介质引向器；结构简单、成本低廉，便于加工；

(2)该渐变槽线天线在不增加天线物理尺寸的基础上改善了天线的高频增益，大大扩展了其应用范围，在宽带天线、阵列天线等研究领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为高增益平面渐变槽线天线结构的立体图；

图2为高增益平面渐变槽线天线结构的正视图；

图3为高增益平面渐变槽线天线结构的俯视图；

图4为利用hfss软件计算的高增益平面渐变槽线天线回波损耗特性示意图；

图5为利用hfss软件计算的高增益平面渐变槽线天线增益曲线示意图；

图6是利用hfss软件计算的高增益平面渐变槽线天线的2ghz处的e面方向图；

图7是利用hfss软件计算的高增益平面渐变槽线天线的4ghz处的e面方向图；

图8是利用hfss软件计算的高增益平面渐变槽线天线的6ghz处的e面方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1至图3所示，基于部分介质切除技术的高增益平面渐变槽线天线包括馈电部分3、顶层金属辐射单元1、底层金属辐射单元2以及介质基片；介质基片包括介质基片第一部分4、介质基片第二部分5及位于介质基片第一部分4、介质基片第二部分5之间的介质基片连接部分6。顶层金属辐射单元1设置于介质基片第一部分4上表面，底层金属辐射单元2设置于介质基片第一部分4下表面，顶层金属辐射单元1与底层金属辐射单元2两者结构、尺寸完全相同，其轮廓形状均为渐开曲线形，且两者关于介质基片最长的中轴线旋转对称。

介质基片第一部分4、第二部分5及连接部分6之间部分重叠相接；介质基片连接部分6处采用切割技术，在介质基片上切除了多个相互间隔的条形区域，形成部分切割镂空结构。如图3所示，切除的条形区域位于两金属辐射单元的渐开轮廓曲线之间的介质基片上，且各条形区域的外侧长边与顶层金属辐射单元和底层金属辐射单元的渐开轮廓曲线重叠，各条形区域的内侧长边是两金属辐射单元的渐开轮廓曲线向介质基片的最长中轴线方向平移形成的。该条形区域为细长形。

介质基片连接部分6中还留有多个介质块未被切割，每个介质块间隔一段距离放置在槽间区域，以此来连接固定介质基片第一部分4与介质基片第二部分5。

本实施例中，顶层金属辐射单元1与底层金属辐射单元2采用指数渐变槽线结构；介质基片采用相对介电常数为4.4，厚度为2mm的印制电路板，也可采用其它规格印制电路板作为介质基片。槽线曲线也可使用其它类型曲线。

本实施例中，天线的整体尺寸长度为256mm，宽度为220mm。介质基片连接部分6中，各相邻介质块间的间距为44mm，介质基片第一部分4与第二部分5的间距为4mm。

图4为本发明高增益平面渐变槽线天线按照相对介电常数为4.4、厚度为2mm、整体尺寸长度为256mm、宽度为220mm设计时，利用hfss软件计算的天线回波损耗特性示意图。由图4可知，天线的-10db阻抗带宽较宽，约为0.8～6ghz。

图5为本发明高增益平面渐变槽线天线在0.8～6ghz增益变化曲线示意图，可从图中看出该天线在4.3至6.0ghz增益在10db以上。

图6-图8为本发明高增益平面渐变槽线天线在三个不同频点处的远场e面方向图，三个观察频点分别为2ghz，4ghz，6ghz，从图6-8三张图中可以看出，天线最大辐射方向保持稳定，未发生明显裂瓣现象。

综上所述，本发明所述基于部分介质切除技术的高增益平面渐变槽线天线能够在不增大原有天线物理尺寸的基础上改善天线的高频增益，并且天线结构简单，成本低廉，易于加工制作，使其有广泛的应用范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高增益平面渐变槽线天线，包括馈电部分、顶层金属辐射单元、底层金属辐射单元以及介质基片；顶层金属辐射单元及底层金属辐射单元的轮廓形状均为渐开曲线形，两金属辐射单元的渐开轮廓曲线之间的介质基片上切除了若干细长的条形区域，形成部分切割镂空结构，且该条形区域的外侧长边与顶层金属辐射单元和底层金属辐射单元的渐开轮廓曲线重叠。本发明所述天线在不增大原有天线物理尺寸的基础上改善了天线的高频增益，并且天线结构简单，成本低廉，易于加工制作，具有广泛的应用范围。

技术研发人员：黄晓东;曹瑾茹;金秀华
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2019.01.02
技术公布日：2019.06.14