基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及天线，具体涉及基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线。
【背景技术】
[0002]随着无信通信技术的快速发展以及各领域对天线的隐蔽性、小型化、多频及宽频的迫切要求，使得天线的小型化、多频特性成为现阶段的一个重要研发趋势。在天线设计中，将基片集成波导技术与分形结构结合，则有利于实现天线的小型化及多频特性。在用PCB、LTCC工艺实现天线制作平面或非平面印刷电路时，基片集成波导能有效满足易加工且制作成本低等要求，由阵列通孔形成的基片集成波导在一定条件下可用分析传统矩形波导的方法进行等效分析。相对于传统矩形波导，基片集成波导能提供设计成本低、低剖面、高效率等优点。基片集成波导有能有效抑制表面波、较小的互耦干扰、更易于阻抗匹配、更宽扫面范围等特点，这些特点使得它有广泛用于微带天线的潜力。同时，天线设计中采用CSRR馈电网络有利于谐振频率降低及提高天线效率。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于提供基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线。
[0004]为了解决上述问题，根据本实用新型的技术方案，基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线，包括第一金属基层、第一介质层、第二金属基层、第二介质层和第三金属基层；所述第一金属基层、第一介质层、第二金属基层、第二介质层和第三金属基层按从上至下按顺序叠合；其特征在于:在所述第一金属基层上设置有矩形过孔阵列，该矩形过孔阵列穿过第一介质层并与第二金属基层连通，使矩形过孔阵列成为矩形腔体，构成集成波导谐振腔；在所述第一金属基层上位于矩形过孔阵列内设置有天线的辐射体，该天线的辐射体是皮亚诺分形结构；第二金属基层上位于矩形过孔阵列内设置有互补开口谐振环结构的缝隙，以实现耦合馈电；在第三金属基层上设置有二条馈线，在二条馈线上均设置有馈电端口。
[0005]本实用新型通过在馈线上设置的馈电端口，分别产生垂直极化波和水平极化波。互补开口谐振环结构的缝隙介于馈线与天线的辐射体之间，可以提高天线两端口之间的隔离度，减少馈线和贴片的互耦，获得较理想的增益和辐射方向；同时天线的辐射体采用皮亚诺分形结构，能增加有限区域内辐射体的电长度，减小贴片天线的尺寸，因此，分形结构能使得小型化的天线有着和较大面积天线相似的方向图和阻抗匹配特性；以及采用互补开口谐振环结构的缝隙以实现耦合馈电，使得谐振频率减小，并且天线带宽有一定程度的增加，天线的两个端口之间的隔离度较好。
[0006]根据本实用新型所述的基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线的优选方案，互补开口谐振环结构的缝隙为两条相互垂直的互补开口谐振环结构的缝隙。
[0007]本实用新型所述的基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线的有益效果是:天线的辐射体采用皮亚诺分形结构，通过互补开口谐振环结构的缝隙实现耦合馈电方式，并通过采用基片集成波导腔体结构，天线的带宽和辐射效率都得到了提高，且天线的两个端口之间有较好的隔离度；本实用新型的天线具有带宽宽、效率高、低成本、易于集成的特点，能有效抑制表面波和互耦干扰，更易于阻抗匹配；可广泛应用于无信通信等领域。
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型所述的基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线的结构示意图。
[0009]图2是第一金属基层I的结构示意图。
[0010]图3是第二金属基层3的结构示意图。
[0011 ] 图4是第三金属基层5的结构示意图。
[0012]图5是传统的方形贴片与分形贴片的S参数的仿真对比图。
[0013]图6是不同缝隙结构的S参数对比图。
【具体实施方式】
[0014]参见图1至图4，基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线，包括第一金属基层1、第一介质层2、第二金属基层3、第二介质层4和第三金属基层5 ;所述第一金属基层1、第一介质层2、第二金属基层3、第二介质层4和第三金属基层5按从上至下按顺序叠合；在所述第一金属基层I上设置有矩形过孔阵列6，该矩形过孔阵列6穿过第一介质层2并与第二金属基层3连通，使矩形过孔阵列6成为矩形腔体，构成集成波导谐振腔；在所述第一金属基层I上位于矩形过孔阵列6的中心设置有天线的辐射体7，该天线的辐射体7是皮亚诺分形结构，具体可通过对传统的方形贴片进行分形变化得到；第二金属基层3上位于矩形过孔阵列6内设置有互补开口谐振环结构的缝隙8 ;在第三金属基层5上设置有二条馈线9，在二条馈线9上分别设置有馈电端口。
[0015]在具体实施例中，互补开口谐振环结构的缝隙为两条相互垂直的互补开口谐振环结构的缝隙。缝隙的直径和长度应与阻抗相匹配。在第三金属基层5上设置有二条馈线9，其中一条馈线为“L”型，另一条馈线为直线，且直线馈线与“L”型馈线的底边垂直。
[0016]参见图5，图5是传统的方形贴片与分形贴片的S参数的仿真对比图。S参数，也就是散射参数；S21为正向传输系数，反映增益特性。Sll为输入反射系数，反映输入回波损耗，S22为输出反射系数，反映输出回波损耗。从图5可以看出，传统的方形贴片的谐振点分别为4.1GHz和4.8GHz，分形结构的谐振点分别为3.9GHz和4.3GHz，分形结构对频率的减小有很明显的作用。电流被强行沿着皮亚诺分形结构的路径传输而不沿着欧几里得路径传输，这就可能导致谐振频率减小。此外，相对初始方形天线，分形结构能很大程度改进工作频率上的反射损耗，相对于初始方形结构，分形结构天线在谐振频率处的带宽有变窄的趋势。通过图中的S21曲线可推断出天线的两个端口之间的隔离度较好。
[0017]将一字型、H型缝隙与互补开口谐振环结构CRSS缝隙放置在天线的第二金属基层3上同一位置，且三种缝隙宽度相同，图6是三种缝隙结构对天线S参数仿真结果的对比，图中，“a”代表CRSS缝隙；“b”代表H型缝隙；“c”代表一字型缝隙；从图6可以看出，一字型结构的谐振频率分别为5.0GHz和5.1GHz, H型结构的谐振频率分别为4.9GHz和5.1GHz,而CRSS型缝隙的则为3.9GHz和4.3GHz，由图6中的仿真结果看出CRSS型结构的缝隙使得谐振频率减小，并且天线带宽有一定程度的增加，且通过S21可推断出天线的两个端口之间的增益特性较好。因此本实用新型的结构更利于天线的小型化的设计。
【主权项】
1.基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线，包括第一金属基层(I)、第一介质层(2)、第二金属基层(3)、第二介质层(4)和第三金属基层(5);所述第一金属基层(I)、第一介质层(2)、第二金属基层(3)、第二介质层(4)和第三金属基层(5)按从上至下顺序叠合；其特征在于:在所述第一金属基层(I)上设置有矩形过孔阵列￠)，该矩形过孔阵列(6)穿过第一介质层(2)并与第二金属基层(3)连通，使矩形过孔阵列(6)成为矩形腔体，构成集成波导谐振腔；在所述第一金属基层(I)上位于矩形过孔阵列(6)内设置有天线的辐射体(7)，该天线的辐射体(7)是皮亚诺分形结构；在第二金属基层(3)上位于矩形过孔阵列(6)内设置有互补开口谐振环结构的缝隙(8);在第三金属基层(5)上设置有二条馈线(9)，在二条馈线上分别设置有馈电端口。2.根据权利要求1所述的基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线，其特征在于:在第二金属基层(3)上位于矩形过孔阵列(6)内设置有互补开口谐振环结构的缝隙(8)，该缝隙为两条相互垂直的互补开口谐振环结构的缝隙。
【专利摘要】本实用新型公开了基于集成波导谐振腔的互补开口谐振环结构馈电天线，包括按从上至下顺序叠合的第一金属基层、第一介质层、第二金属基层、第二介质层和第三金属基层；其特征在于：在所述第一金属基层上设置有矩形过孔阵列，该矩形过孔阵列穿过第一介质层并与第二金属基层连通，使矩形过孔阵列成为矩形腔体，构成集成波导谐振腔；在所述第一金属基层上位于矩形过孔阵列的中心设置有天线的辐射体，该天线的辐射体是皮亚诺分形结构；第二金属基层上设置有互补开口谐振环结构的缝隙，以实现耦合馈电；在第三金属基层上设置有二条馈线，在二条馈线上分别设置有馈电端口；本实用新型可广泛应用于无信通信等领域。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q1/38
【公开号】CN204857951
【申请号】CN201520545143
【发明人】白桦, 张小松, 周新宇, 张义强, 李胜, 曹海林, 郑胜, 明华, 李盛利
【申请人】重庆亚东亚集团软件有限公司, 重庆沃创科技有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月24日