一种差分馈电三频双极化天线的制作方法

本实用新型涉及无线通信领域，具体涉及一种差分馈电三频双极化天线。

背景技术：

短短十几年，通信系统从第二代移动通信系统(2g)、第三代移动通信系统(3g)，发展至如今的第四代移动通信系统(4g)，通信技术不断革新，通信系统呈现出高速蓬勃发展的趋势。天线是通信系统的核心组成部分，其性能优劣直接关系着整个通信系统的性能。多频天线可以解决现有技术的天线中存在的体积大，频段单一且不利于系统高度集成化的技术问题。双极化天线能有效抵抗信号的多径衰落，并有利于提高通信容量。因此双频双极化天线在无线通信系统中具有广阔的应用空间。差分天线采用双馈电端口，相比于传统天线有明显的优势。可直接与射频系统的差分电路相接，避免使用巴伦等转换器件，同时使射频前端拥有更高的集成度，差分天线的交叉极化电流在远场形成的电场相互抵消，使得其拥有比较低的交叉极化。基片集成波导(siw)结构可以在介质基片上实现传统的金属波导传输特性，能有效的实现有源和无源集成，应用siw实现滤波器和双工器等高q值的无源器件，可以把整个微波毫米波系统制作在一个封装结构内，使微波毫米波系统小型化，而且基片集成波导(siw)结构可以利用pcb或ltcc工艺精确实现，与传统波导形式的微波器件相比，加工成本十分低廉，因此在微波毫米波集成电路设计和生产中有广阔的应用前景。由于siw的优良特性，被广泛应用于设计各种天线。于2009年9月提出的ieee802.11n标准，将2.4-2.4835ghz与5.15-5.85ghz规定为无线wifi工作频段。wifi技术具有速度快、覆盖范围广、可靠性高等优势，具有重要的应用价值。随着通信技术的不断发展，第五代移动通信技术(5g)的商用已经近在眼前,根据国家工信部的最新规定，5g移动通信的中频段被划定在3.3ghz-3.6ghz及4.8ghz-5.0ghz；作为移动通信中最为重要的功能组件，面向5g通信应用的天线成为近年来的热点,因此，基于siw，设计覆盖wifi频段和5g移动通信系统的差分馈电三频双极化天线是非常有意义的。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种差分馈电三频双极化天线。

本实用新型通过采用单层介质板、两条微带馈线、缝隙结构以及siw背腔结构进行组合,提出一种结构简单、剖面低、端口隔离度较高、便于制作实现的差分馈电三频双极化天线。

本实用新型采用如下技术方案：

一种差分馈电三频双极化天线，包括介质基板，所述介质基板上表面设置相互正交的第一微带线及第二微带线，交点位于介质基板的中心点，所述介质基板下表面设置缝隙辐射结构及siw背腔结构，所述缝隙辐射结构位于介质基板及siw背腔结构中间，且与siw背腔结构连接；

所述缝隙辐射结构包括四个缝隙结构单元及四对寄生缝隙单元，所述四个缝隙结构单元及四对寄生缝隙单元分别位于第一微带线及第二微带线形成的四个象限内。

所述四个缝隙结构单元结构相同，均包括椭圆形缝隙、矩形缝隙及由矩形缝隙两端延伸的两条弧形缝隙构成，所述椭圆形缝隙加载矩形缝隙，所述矩形缝隙的中间位置延伸出第一缝隙结构，所述第一缝隙结构位于两条弧形缝隙构成的半圆内。

所述第一缝隙结构由三条缝隙构成，其中两条缝隙相互平行，另外一条缝隙垂直于两条相互平行的缝隙。

所述四对寄生缝隙单元结构相同，均由两条直角缝隙构成，所述两条直角缝隙的直角顶点在介质基板的对角线上。

所述第一微带线及第二微带线结构尺寸相同，由三段微带线依次连接构成。

所述三段微带线中位于两端的微带线宽度相同。

所述缝隙辐射单元还包括一个多边形缝隙，所述多边形缝隙分别与四个缝隙结构单元连接，使四个缝隙结构单元构成一个整体。

本实用新型还包括外接的sma头，所述外接的sma头有两组，一组其内外导体分别接第一微带线和缝隙辐射结构对缝隙进行馈电，形成垂直极化电磁波；

另一组内外导体分别接缝隙辐射结构和第二微带线对缝隙进行馈电，形成水平极化电磁波。

所述缝隙辐射结构由差分信号馈电，直接馈入幅度相等且相位相差180度的差分信号。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的差分馈电三频双极化天线-10db差模反射系数带宽覆盖的频段为2.4-2.49ghz,3.29-3.6ghz和4.8-5.05ghz,端口隔离度大于30db,辐射方向图稳定,结构简单,剖面低，容易加工，容易集成,在wifi和5g移动通信领域有很好的应用前景；

(2)本实用新型的缝隙辐射结构中的矩形缝隙及椭圆弧缝隙提高高频段的覆盖能力，“土”字形缝隙和四对寄生缝隙提高中频段的覆盖能力，弧形缝隙提高低频段的覆盖能力；

(3)本实用新型的siw背腔结构有效地降低了天线的剖面高度；

(4)本实用新型的差分馈电端口关于天线中心对称，提高了端口之间的隔离度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是图1中的缝隙辐射结构的俯视图；

图5是图1中第一微带线及第二微带线的俯视图；

图6是图1中的siw背腔结构；

图7是本实用新型的差分馈电三频双极化天线的-10db差模反射系数带宽和端口隔离度；

图8是本实用新型的差分馈电三频双极化天线水平极化在频率3.5ghz处的xoz平面的辐射方向图；

图9是本实用新型的差分馈电三频双极化天线水平极化在频率3.5ghz处的yoz平面的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图6所示，一种差分馈电三频双极化天线，适用于wifi/5g系统，包括介质基板1，所述介质基板上表面设置相互正交的的第一微带线3a及第二微带线3b，交点位于介质基板的中心点，第一微带线可以看做以介质基板中心点为原点的x轴，则第二微带线位于y轴。所述介质基板下表面设置缝隙辐射结构2及siw背腔结构4，缝隙辐射结构位于介质基板与siw背腔结构的中间，且与siw背腔结构连接。

所述缝隙辐射结构2由四个均匀设置在以介质基板中心点为圆心的圆上的缝隙单元以及四对寄生缝隙构成，四个缝隙单元具体位于两个相互正交的第一微带线及第二微带线构成的四个象限内，并关于第一微带线3a、第二微带线3b及介质基板中心点对称，四对寄生缝隙也位于两个相互正交的第一微带线及第二微带线构成的四个象限内，排布于四周顶角部位。

所述缝隙辐射结构2由四个缝隙结构单元构成，所述四个缝隙结构单元结构相同，均包括椭圆形缝隙、矩形缝隙及矩形缝隙中间位置延伸的第一缝隙结构和矩形缝隙两端延伸的两条弧形缝隙，本实施例中第一缝隙结构为“土”字形缝隙。

所述椭圆形缝隙靠近介质基板的中心点，然后椭圆形缝隙的直径部分加载矩形缝隙，所述矩形缝隙顶边的中点延伸出土字形缝隙，本实施例中，土字形缝隙的两条水平缝隙相等，垂直缝隙与矩形缝隙连接，所述土字形缝隙位于两条弧形缝隙内，两条弧形缝隙构成椭圆形，且两条弧形缝隙末端间隔一定距离。

两条弧形缝隙宽度w3相同，其中w3为0.01λ0-0.08λ0，弧形缝隙的末端离矩形缝隙距离w4为0.08λ0-0.2λ0。其中λ0为该天线在2.4ghz频率处所对应的自由空间波长。

所述缝隙辐射结构还包括一个正方形缝隙，所述正方形缝隙的四个顶点分别为四个半圆形弧的顶点，使四个辐射单元连成一个整体。正方形缝隙的长w5为0.05λ0-0.08λ0，其中λ0为该天线在2.4ghz频率处所对应的自由空间波长。

所述siw背腔结构4内设置金属化过孔5、6，和缝隙辐射结构2所在的金属层，以及siw背腔结构4底部相连接。

所述介质基板1长宽高为d1*d1*h1,所述siw背腔结构4位于介质基板下方并紧挨介质基板，大小d2*d2*h2。siw背腔结构4中的金属化过孔5和6的直径范围为0.006λ0-0.2λ0，所述介质基板1和siw背腔结构4的相对介电常数范围为1-6,介质基板1和siw背腔结构4的厚度范围为0.005λ0-0.06λ0，其中λ0为该天线在2.4ghz频率处所对应的自由空间波长。

所述四对寄生缝隙单元结构相同，均由两条直角缝隙构成，所述两条直角缝隙的直角顶点在介质基板的对角线上，所述直角朝向介质基板中心点方向。两条直角缝隙间隔一定距离设置，两条直角缝隙的直角边相互平行，靠近介质基板的四角。本实施中，直角顶点，土字形缝隙的垂直缝隙均位于介质基板的对角线上。

所述第一微带线3a和第二微带线3b分别由三段微带线构成，两端的微带线的宽度长度相同，关于介质基板中心点对称。具体由长分别为s1、s2、s3和宽分别为g1、g2、g3微带线组成；所述第一微带线3a位于x轴上,所述第二微带线3b位于y轴上,所述第一微带线3a及第二微带线3b的各参数范围为：s1的范围为0.06λ0-0.1λ0，s2的范围为0.06λ0-0.1λ0，s3的范围为0.3λ0-0.7λ0，g1的范围为0.01λ0-0.2λ0，g2的范围为0.01λ0-0.2λ0，g3的范围为0.003λ0-0.1λ0。

所述第一微带线3a组成与天线之间的阻抗匹配电路,所述第二微带线3b组成与天线之间的阻抗匹配电路。

还包括外接的sma头，所述外接的sma头有两组，一组其内外导体分别接第一微带线3a和缝隙辐射结构2对缝隙进行馈电，形成垂直极化电磁波；

另一组内外导体分别接缝隙辐射结构2和第二微带线3b对缝隙进行馈电，形成水平极化电磁波。

所述缝隙辐射结构2由差分信号馈电，直接馈入幅度相等且相位相差180度的差分信号。

本实施例中具体尺寸如下：

对照附图1给出当介质基板1、siw背腔结构4分别按照相对介电常数为3.48、2.65，厚度为0.76mm、6mm；缝隙辐射结构2中w1为0.06λ0、w2为0.08λ0、w3为0.018λ0、w4为0.08λ0、w5为0.07λ0、s1为0.076λ0、s2为0.076λ0、s3为0.512λ0、g1为0.014λ0、g2为0.014λ0、g3为0.004λ0时,通过hfss仿真软件计算所述天线的差模反射系数，隔离度和远场参数。

根据图7的结果可见,差分馈电双极化siw背腔天线-10db差模反射系数带宽覆盖频段为2.4ghz-2.49ghz，3.29ghz-3.6ghz和4.8ghz-5.05ghz,隔离度大于30db。

附图8及图9给出了当介质基板1面积为0.67λ0*0.67λ0、siw背腔面积为0.58λ0*0.58λ0时,利用hfss软件仿真计算得到的天线水平极化在工作频率为3.5ghz时,天线在xoz面及yoz面的方向图。从图8及图9可见,天线具有良好的辐射特性。

本实用新型的差分馈电双极化三频天线-10db差模反射系数带宽覆盖的频段为2.4-2.49ghz,3.29-3.6ghz和4.8-5.05ghz,端口隔离度大于30db,辐射方向图稳定,结构简单,剖面低，容易加工，容易集成,在wifi和5g移动通信领域有很好的应用前景。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。