一种串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及天线领域，尤其是基于多层电路技术的宽频带高集成度天线,具体涉及一种串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线。该天线的贴片为正方形，由一多层堆叠金属化通孔形成的探针馈电。探针垂直于地，分为上、下两部分，且通过圆形平行板电容耦合相连，探针上部与贴片相连，下部与50Ω平面传输线相连，整个天线由探针通过50Ω平面传输线馈电。该贴片天线实现了40.6％的阻抗匹配带宽(VSWR≤2)，并且其十分适合采用LTCC、多层PCB等多层电路加工技术实现，具有集成度高、频带宽的优点。
【专利说明】
一种串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线
技术领域
[0001] 本发明涉及天线领域，尤其是基于多层电路技术的宽频带高集成度天线，具体涉 及一种串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线。 技术背景
[0002] 天线是无线电通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、射电天文以及电子对抗等 各种民用和军用无线电系统必不可少的设备之一。
[0003] 近几十年来，科学技术的飞速发展和人们生活的日益现代化和社会化，对电子技 术的应用提出了更高的要求。在许多应用领域中，如电视、广播、遥测技术、宇航和卫星通讯 等，不仅要求高质量地传输信息，还要求设备的宽带化。为此，与无线电设备发展趋势相适 应，宽频带天线的研究也日益活跃，成为天线学科研究领域中的一个重要分支。
[0004] 与此同时，作为众多天线类型之一的贴片天线，以其低成本、低剖面、高集成度等 优点一直是天线设计者研究的热点。但是传统贴片天线的带宽很窄，通常10%以下，为此， 国内外许多研究者做出了巨大的努力。
[0005] 1984年，GIRISH KUMAR和KULDIP C.GUPTA，提出了采用多个寄生贴片多谐振技术， 实现了较宽的阻抗匹配带宽（G.Kumar and K.C.Gupta, "Broad-band microstrip antennas usingadditional resonatorsgap-coupled to the radiating edges,''IEEE Trans·Antennas Propag·，voI·ΑΡ_32,no.12,pp.1375-1379,Dec.1984.)。1991年， Frederic Crop和Albert Papiernik设计了一款缝隙馈电的多层堆叠贴片天线，实现了宽 带阻抗匹配特性(F.Croq and A.Papiernik, "Stacked slot-coupled printed antenna," IEEE Microw.Guided Wave Lett.，￥〇1.1，]1。.10，卩卩.288-290,0。1:.1991.)。1995年， T. Huynh和K.F. Lee提出了在贴片上刻蚀U型槽实现宽带阻抗匹配，此贴片天线可以达到 40%的阻抗匹配带宽，并且体积小、结构紧凑，无需寄生贴片（T.Huynh and K.F.Lee, "Single-layer single-patch wideband microstripantenna/'Electron.Lett.,vol.31, ηο·16,pp.1310-1312,年，Miguel A.Gonz^lez de Aza、Juan Zapata和 Jos6A.Encinar提出了一款带有背腔的贴片天线，该天线由容性探针间接馈电，实现了较宽 的阻抗匹配带宽（M.A.Gonzalez de Aza，J.Zapata，and J.A.Encinar，"Broad-bandcavity-backed and capacitively probe-fed microstrip patch arrays，''IEEE Trans.Antennas Propag·，voI·50，no·9，pp·1266-1273，Sep·2002·)。2000年，C·L.Mak、 K ·M· Luk、K ·F· Lee和Y· L· Chow提出了，采用L型探针对单一贴片进行馈电，实现了36%的阻 抗匹配带宽（VSWR<2) (C · L ·Mak，K ·M· Luk ,K · -F · Lee，andY · -L · Chow，"Experimental s tudyof a microstrip patch antenna with an L-shaped probe ,''IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.48,no.5,pp.777-783,May 2000·)。
[0006] 由上可见，传统实现宽带贴片天线主要手段有:寄生贴片技术、天线刻蚀技术、电 容馈电技术等。寄生贴片技术会大大增加天线面积，不利于天线的小型化。天线刻蚀技术会 导致天线交叉极化增大。电容馈电技术设计变量多，设计难度大。
【发明内容】
[0007] 针对上述存在问题或不足，为实现在不增加天线面积，无需刻蚀贴片的前提下，设 计变量少，设计简单。本发明提供了一种串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线。
[0008] 该串联电容加载的探针馈电宽频带，包括贴片、探针和50 Ω平面传输线。
[0009] 探针（3)垂直于地，分为上、下两部分，且通过圆形平行板电容（2)耦合相连;探针 (3)上部与贴片（1)相连，连接在距贴片中心线且距边缘0.05~0.05λ处；下部通过地(5)的 圆形缺口（4)连接到50 Ω平面传输线完成馈电。
[00?0] 50 Ω平面传输线(6)位于最下方，带有地板。
[00?1 ]贴片（1)为正方形位于最上方，边长为:0.4~0.5λ(λ为中心频率处电磁波在介质 中的波长），距离地0.2~0.3λ。圆形平行板电容(2)分为上下相同两块，直径为0.05~0.U， 两平行板间距为0.02~0.04λ，下板距离地〇.〇6~0.1λ。50 Ω平面传输线(6)位于最下方。 [0012] 该贴片天线实现了 40.6%的阻抗匹配带宽(VSWR彡2)，并且其十分适合采用LTCC、 多层PCB等多层电路加工技术实现，具有集成度高、频带宽的优点。
[0013]本发明与传统宽带贴片天线的区别在于:与传统寄生贴片宽频带贴片天线相比， 本发明无需寄生贴片。与传统直接馈电宽频带贴片天线相比，本发明无需对贴片天线进行 刻蚀。
[0014]综上所述，本发明的有益效果是:频带宽，结构简单，变量少，便于设计;无需刻蚀 贴片，交叉极化小，加工简单，无寄生贴片，面积小，十分适合多层电路加工技术实现，集成 度高，实现了40.6%的阻抗匹配带宽(VSWR彡2)。
【附图说明】
[0015] 图1是实施例的立体图；
[0016] 图2是实施例的俯视图；
[0017] 图3是实施例的侧视图；
[0018] 图4是实施例的I Sn I仿真结果；
[0019]图5是实施例26.5GHz的方向图仿真结果；
[0020]图6是实施例35GHz的方向图仿真结果；
[0021]图7是实施例40GHz的方向图仿真结果；
[0022]图5、6、7中，a为E面方向图，b为H面方向图，实线代表主极化方向图，虚线代表交叉 极化方向图；
[0023]附图标记:Wi为贴片（1)宽度，W2为馈电微带线(6)线宽，di为内层地圆形缺口（4)直 径，d2为馈电探针⑶直径，d3为平行板电容⑵直径，d4为馈电探针（3)附加圆盘直径，In为 整体天线厚度，11 2为贴片距内层地距离，h3为平行板电容(2)上板距贴片距离，h4为平行板电 容(2)下板距贴片距离。 具体实施方案
[0024]下面结合【附图说明】和实例对本发明作详细说明。
[0025]本实例采用LTCC多层电路加工技术实现，基板材料为FerroA6M，介电常数为5.9， 每层基板厚度为0.094mm，每层金属厚度为0.01mm，表层金属为金，内层金属为银。天线工作 频段为Ka频段。
[0026] 本发明串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线共10层，即hi = 0.094mmX 10 = 0.94mm。其中，贴片（1)位于第一层介质正面即最上方。探针(3)分为上、下两部分，均为多层 堆叠的金属化过孔，上部贯通一到五层介质，下部贯通七到十层介质并通过内层地(5)中的 圆形缺口（4)连接到50 Ω微带线（6)，两部分通过圆形平行板电容（2)相连。内层地(5)位于 第九层介质正面。馈电微带线(6)位于第十层背面，即最下方。整体立体结构如图1所示。
[0027] 由于探针中间圆形平行板电容的加入，中和了探针产生的感性阻抗，因此增加了 阻抗匹配带宽。本发明可实现40.6%的阻抗匹配带宽(VSWRS2)。
[0028] 结合图2、3,本发明串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线的具体尺寸如下表 所示（单位:
[0030]表 1
[0031]其具体效果测试对比图参见图4-7。
【主权项】
1. 一种串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线，包括贴片、探针和50 Ω平面传输线， 其特征在于： 贴片位于最上方，距离地〇. 2~0.3λ; 探针垂直于地，分为上、下两部分，且通过圆形平行板电容耦合相连;探针上部与贴片 相连，下部通过地的圆形缺口连接到50 Ω平面传输线完成馈电；探针连接在距贴片中心线 且距边缘0.05~0.05λ处，其中λ为中心频率处电磁波在介质中的波长； 50 Ω平面传输线位于最下方，带有地板； 圆形平行板电容分为上下相同两块，直径为〇. 05~0 . U，两平行板间距为〇. 02~0.04 入，下板距离地0.06~0.1入。2. 如权利要求1所述串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线，其特征在于:所述贴片 为正方形，边长0.4~0.5入。3. 如权利要求1所述串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线，其特征在于:所述探针 由金属化过孔形成。4. 如权利要求1所述串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线，其特征在于:所述50 Ω 平面传输线为50 Ω微带线。5. 如权利要求1所述串联电容加载的探针馈电宽频带贴片天线，其特征在于:该贴片天 线阻抗匹配带宽VSWR彡2,采用LTCC、多层电路加工技术实现，垂直部分采用多层堆叠金属 化过孔实现，水平部分采用印刷金属实现。
【文档编号】H01Q13/08GK106067598SQ201610571672
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】徐军, 杜明, 董宇亮, 丁霄, 李桂萍, 喻梦霞
【申请人】电子科技大学