一种具有电大谐振特性的微带贴片天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微带天线，尤其是一种具有电大谐振特性的微带天线。
【背景技术】
[0002]天线领域是一个充满着生机和活力的领域，在过去的近一百年里，天线技术已经成为通信革命不可缺少的伙伴。经历了长、中、短波线形天线的成熟期后，厘米波天线得到了普及，使得适用于超短波和微波频段的面天线得到了发展。随着半导体技术、单片微波集成电路(MMIC)技术和计算机技术等电子技术的发展，人们对数据传输速率以及带宽的更高需求使得传统的低频段频谱资源越来越紧张，因此对高频段的频谱资源进行开发和利用已经成为通信行业发展的迫切需要。
[0003]毫米波波长介于微波和红外之间，兼具二者的优良特性，其频率范围是30GHz-300GHz，相应的波长为毫米波凭借其特殊的大气传输特性、可利用的频带宽以及天线波束窄等特点在通信、雷达、制导、遥感技术和射电天文等领域有广泛的应用前景。毫米波天线已然成为新一代天线的趋势。然而传统的工艺已经很难满足如此精细的加工需求，更何况成本是将其应用推广的重要因素之一。到了更高频段，包括毫米波和亚毫米波频段，小型化已经不是射频器件的优势，反而成为了一大缺陷。以目前在卫星通信中比较重要的Ka波段为例，其工作频段为26~40GHz，波长范围在1.llcm~0.75cm。若以微带天线实现的话，考虑半波长的谐振条件和介质的影响，天线的单元尺寸为毫米级的、制作精度达到微米级。在低频段，往往电小尺寸天线是学者和工程师们青睐的对象，而到了高频段，如毫米波段/亚毫米波段时，电大尺寸天线则成为新的研究目标。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提出一种具有电大谐振特性的微带贴片天线，在传统的微带贴片天线的基础上，采用周期性的缝隙将整个贴片分割成若干个完全相同的子贴片。由于缝隙引入的耦合效应产生左手谐振特性以及上下贴片耦合和表面电流产生的右手特性，在此谐振模式的基础上，产生更高频率的谐振模式，使原本单一谐振模式的微带贴片天线具有电大的谐振特性。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:一种具有电大谐振特性的微带贴片天线，包括下层介质基片，在下层介质基片的一个表面上设有馈电微带，在下层介质基片的另一个表面上设有公共金属地，在位于公共金属地的中心位置上设有耦合缝隙，在公共金属地上设有上层介质基片，在上层介质基片上设有微带贴片，在微带贴片上设有周期性隔离缝隙，所述微带贴片被周期性隔离缝隙割并形状、面积相同的微带子贴片，所述周期性隔离缝隙呈网状。
[0006]与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果:
[0007]本实用新型在传统微带贴片天线的基础上，通过加载周期性的缝隙能够使贴片天线具有左右手复合材料的特性，在此谐振模式基础上引入高频谐振模式，使传统微带天线具有电大谐振的特性，克服了毫米波系统对于高设计精度的依赖。
[0008]本实用新型可以说是包括上下两层结构，上层结构包括用于馈电的微带线结构、下层介质基片、公共金属地以及位于公共金属地中心位置的耦合缝隙，上层结构包括上层介质基片以及包括被周期排列的缝隙分割而开的若干完全相同的微带子贴片结构。能量由馈电微带输入，经过位于中间金属地中心位置的缝隙耦合到上层微带贴片天线，产生有效辐射；位于两层介质基片的金属构成馈电微带线以及微带贴片天线的公共地结构；微带贴片经过周期性的缝隙分割后，形成具有左右手谐振特性的复合结构，因而通过调节贴片以及分割缝隙的尺寸，能够在更高频率上产生新的谐振模式，使微带天线具有电大谐振特性。
【附图说明】
[0009]图1为具有电大谐振特性的微带贴片天线的三维整体结构图。
[0010]图2为具有电大谐振特性的微带贴片天线的侧视图。
[0011]图3为具有电大谐振特性的微带贴片天线的驻波比曲线图。
[0012]图4为具有电大谐振特性的微带贴片天线的增益曲线图。
[0013]图5为具有电大谐振特性的微带贴片天线的E面辐射方向图。
[0014]图6为具有电大谐振特性的微带贴片天线的H面辐射方向图。
[0015]图中有:馈电微带1、下层介质基片2、公共金属地3、耦合缝隙4、上层介质基片5，微带贴片6、周期性隔离缝隙7。
【具体实施方式】
[0016]—种具有电大谐振特性的微带贴片天线，包括下层介质基片2，在下层介质基片2的一个表面上设有馈电微带1，在下层介质基片2的另一个表面上设有公共金属地3，在位于公共金属地3的中心位置上设有耦合缝隙4，在公共金属地3上设有上层介质基片5，在上层介质基片5上设有微带贴片6，在微带贴片6上设有周期性隔离缝隙7，所述微带贴片6被周期性隔离缝隙7分割并形状、面积相同的微带子贴片，所述周期性隔离缝隙7呈网状；所述周期性隔离缝隙7的各点处的缝隙宽度相等。
[0017]本实用新型馈电的微带线结构需要调节其微带宽度，使其满足在工作频率下具有50欧姆的输入阻抗特性；馈电微带的长度可以变化，不同的长度对应天线不同的工作频段。周期性隔离缝隙7切割微带贴片，形成完全相同的微带子贴片，使得微带贴片中产生左右手符合谐振特性，能够在更高频率产生谐振，使传统的微带贴片具有电大谐振特性，分割金属贴片的周期性缝隙宽度可以调节，缝隙越宽，对应于越高的谐振频率。馈电微带1和位于公共金属地中心位置的耦合缝隙通过调整其尺寸，满足在设计频率下的阻抗匹配要求，耦合缝隙位于公共金属地的中心位置，确保边射辐射的最大化，缝隙的长度和宽度可以有所变化，不同的尺寸大小对应于不同模式在不同频率下的谐振特性。下层介质基片2的厚度不超过四分之一波长，保证微带馈电正常工作；下层介质基片与上层介质基片具有相同的材料属性，但高度不同，通过较薄的下层介质基片实现微带到缝隙的有效耦合，通过较厚的上层介质基片保证天线整体具有较宽的工作带宽。上层介质基片5其厚度一方面不能太薄，保证天线具有较宽的带宽，同时不能太厚，尽量减少介质表面波的影响。
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0019]本实用新型所采用的实施方案是:具有电大谐振特性的微带贴片天线包括馈电微带1、下层介质基片2、馈电微带I和微带贴片6的公共金属地3、刻蚀在公共金属地中间的耦合缝隙4、上层介质基片5、微带贴片6以及用于分割微带贴片6的周期性隔离缝隙7 ;本实用新型的独特之处在于，相较于传统的微带贴片天线，在贴片的表面引入期性隔离缝隙，在单一谐振模式的基础上引入更多的谐振模式，产生电大谐振的效果。
[0020]能量由馈电微带I馈入，在馈电微带I和耦合缝隙4的交叉位置发生能量耦合，能量由下层介质2耦合到上层介质5中，通过微带贴片7辐射出去；由于微带贴片6表面引入了周期性隔离缝隙7，使得为微带贴片6的子单元之间产生耦合电容，表现为左手谐振特性，同时由于微带贴片6与公共金属地之间的耦合电容以及贴片的表面电流，该天线结构同时具有右手谐振特性，因此整个天线结构具有左右手复合结构的特性，能够在更高的频点上产生更多的谐振模式；调节周期性隔离缝隙7的间距大小能够改变微带贴片6的子单元之间耦合效应，相应的调整高阶模式的谐振频率。
[0021]结合图3、图4、图5以及图6，本实用新型的具有电大谐振特性的微带贴片天线的谐振频率能够从2.28GHz提升至8.37GHz，比传统的微带贴片天线的谐振频率提高了约3.7倍，同时最大增益能够达到10.6dBi，具有明显的边射辐射特性，且交叉极化水平非常低。
[0022]根据以上所述，便可实现本实用新型。
【主权项】
1.一种具有电大谐振特性的微带贴片天线，其特征在于，包括下层介质基片(2)，在下层介质基片(2)的一个表面上设有馈电微带(1)，在下层介质基片(2)的另一个表面上设有公共金属地(3)，在位于公共金属地(3)的中心位置上设有耦合缝隙(4)，在公共金属地(3)上设有上层介质基片(5)，在上层介质基片(5)上设有微带贴片(6)，在微带贴片(6)上设有周期性隔离缝隙(7)，所述微带贴片(6)被周期性隔离缝隙(7)分割并形状、面积相同的微带子贴片，所述周期性隔离缝隙(7)呈网状。2.根据权利要求1所述的具有电大谐振特性的微带贴片天线，其特征在于，所述周期性隔离缝隙(7)的各点处的缝隙宽度相等。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有电大谐振特性的微带贴片天线，包括下层介质基片，在下层介质基片的一个表面上设有馈电微带，在下层介质基片的另一个表面上设有公共金属地，在位于公共金属地的中心位置上设有耦合缝隙，在公共金属地上设有上层介质基片，在上层介质基片上设有微带贴片，在微带贴片上设有周期性隔离缝隙，所述微带贴片被周期性隔离缝隙割形状、面积相同的微带子贴片，所述周期性隔离缝隙呈网状。本实用新型在传统微带贴片天线的基础上，通过加载周期性的缝隙能够使贴片天线具有左右手复合材料的特性，在此谐振模式基础上引入高频谐振模式，使传统微带天线具有电大谐振的特性，克服了毫米波系统对于高设计精度的依赖。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/48
【公开号】CN204927514
【申请号】CN201520730704
【发明人】蔡洋, 曹文权, 钱祖平, 杨柳, 张颖松, 王茜茜
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月21日