专利名称：一种新型的x波段双频微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的x波段双频微带天线。
背景技术：
现代通信技术的快速发展对信息的传输容量提出了更高的要求，如合成孔径雷达(SAR)， 海洋表面气流测量雷达和交通管制系统等雷达与通信系统经常需要微波频段的双频工作方 式。双频除了在重量、空间和成本上具有优势外，还能保证收/发信道的分离和匹配。微带天 线由于本身低剖面，便于制造，成本低和易于与其他电路结合设计等优点而受到关注。因此 双频(或多频)微带天线的研究成为当前通信领域的热点问题。
2002年，美国的Itoh和加拿大的Eleftheriads两位科学家分别领导的科研小组几乎同时 提出了左右手复合传输线(composite right/left-handed transmission-line， CRLH-TL)概念，发现 加载分立串联电容和并联电感的传输线结构具有后向波特征，也就是左手特性。同时，单独 加载串联电容的传输线(series capacitor loaded transmission-line)和单独加载并联电感的传输线 (shunt inductance loaded transmission-line)也表现出了各自的特异性质。因此，上述三种新型传 输线结构已经被用来设计和制备许多性能优越的微波器件和电路。而在被广泛认为最具有应 用潜力的天线领域，它们能够显著改善普通天线单元和天线阵列的辐射性质如增益、方向性 和阻抗匹配等，并能有效縮减天线的物理尺寸。
发明内容
本发明的目的是基于单独加载串联电容的传输线结构，提供一种加载串联交指结构电容 的微带天线，能够在微波X频段实现双频工作模式，以满足不断增长的对更高传输容量的需 求。交指结构电容是一种广泛应用于微波电路的集总电容器，它由相邻微带单元之间的边缘 相互交错而产生电容效应，仅需要平面印制电路板或光刻腐蚀工艺就可制备。更重要的是， 交指结构电容有利于CRLH-TL左手传输通带的中心频率向高频移动，例如X波段甚至毫米 波段，从而为改善工作在高频的天线的性能提供了一条途径。
本发明中新型的X波段双频微带天线在每个谐振频点的工作模式与普通微带天线相似， 均为单向辐射。与传统双频微带天线相比较，该种天线通过改变交指电容的结构参数就可以 方便地调节高、低两个工作频率，适合多种场合使用。而且，该种天线的馈电结构简单，抑 制后向辐射的能力也较强。同时，该种天线保持了结构紧凑，造价低和易于集成等特点，非 常适合作为天线阵列的单元。
本发明包括在正方形介质基板的一面设有金属接地板；在该基板的另一面，从一边的 端面起依次为50Q微带馈线，X/4阻抗匹配器，矩形金属贴片I，交指电容和矩形金属贴片II。 将标准SMA(3.5mm)接头焊接在50Q微带馈线上作为馈电接口，用于连接同轴电缆。矩形金 属贴片I，交指电容和矩形金属贴片n—起组成天线辐射元件，印制在介质基板的中心部位。
图1是所发明天线的结构示意图； 图2是所发明天线加载的交指电容的剖面示意图； 图3是所发明天线A-l的回波损耗测量结果； 图4是所发明天线A-2的回波损耗测量结果； 图5是所发明天线A-3的回波损耗测量结果； 图6是所发明天线A-4的回波损耗测量结果。
具体实施例方式
本发明是在厚度为A，相对介电常数为&，长度为/5，宽度为Ws的单层双面聚四氟乙烯
覆铜基板1的其中一面的中央位置刻蚀矩形金属贴片2，交指电容3和矩形金属贴片4，如图 1、 2所示，其中图1中右上角插图是交指电容的具体形貌示意。矩形金属贴片2、 4的长度 均为『，宽度分别为A和丄2，与交指电容3—起构成天线辐射元件。交指电容3的结构参数 包括交指长度/，交指宽度w，交指间距s，指末空隙g及交指的数目iV等。由于天线采用 侧馈方式，在该平面一端的中间位置设置一条特性阻抗为50Q的微带馈线5，长度为/f，宽 度为wf 。为实现良好的阻抗匹配，在天线辐射元件与50Q微带馈线5之间串联X/4阻抗匹配 器6，其长、宽尺寸分别为/g和Wg。基板l的另一面是与基板面积大小相等的金属接地板7。 50Q微带馈线5的远离阻抗匹配器6的一端焊接有标准SMA接头8，通过同轴电缆将天 线连接到信号发生器或矢量分析仪上。
上面所述矩形金属贴片2、 4，交指电容3， 50Q微带馈线5， V4阻抗匹配器6和金属接 地板7均为铜层，也可选用银、锡或铝等金属替代。为防止金属表面氧化和延长天线使用寿 命，对刻蚀后的铜层做镀锡处理，铜、锡两者共同形成厚度为r的金属层。
本发明的实现过程和材料性质由实施例与
实施例一
利用印制电路板或光刻腐蚀等技术完成所发明天线A-1的制作，其具体制备过程如实施 方式所述。相关设计参数如下A=1.50mm， &=2.65的聚四氟乙烯介质基板，损耗角正切 tan<5=0.0015， /s=ws=40.00mm;矩形金属贴片2、4的长度『=11.21mm,宽度Z产丄24.20mm; 交指电容的交指长度/=2.50mm，交指宽度w=0.59mm，交指间距s=0.59mm，指末空隙 g=0.30mm及交指的数目iV=10; 50Q微带馈线的长度/f= 10.70mm，宽度w产4.10mm; X/4 阻抗匹配器的长度/g:5.10mm，宽度w^2.00mm。金属层厚度f=0.04mm。同轴馈电接口采 用标准的SMA接头。天线A-l的回波损耗测量曲线如图3所示，在X波段的10.12和11.13GHz 处同时出现两个谐振频率，谐振峰强度分别为-10.5与-22.7dB，均能满足天线工作要求。从天 线辐射方向图测量结果知道，天线A-l在10.12和11.13GHz处均为单向辐射，方向图的后瓣 较小，天线的后向辐射得到较好抑制。
实施例二
与实施例一相似，利用印制电路板或光刻腐蚀等技术完成所发明天线A-2的制作，其具
体制备过程如实施方式所述，同时保持介质基板的参数不变。其它设计参数如下矩形金属 贴片2、 4的长度『=11.21mm，宽度"=￡2=4.20mm;交指电容的交指长度/=3.50mm，交指 宽度w=0.59mm，交指间距s=0.59mm，指末空隙g=0.30mm及交指的数目iV=10; 50Q微带馈 线的长度/f=10.30mm，宽度wf=4.10mm; X/4阻抗匹配器的长度/g = 5.50mm，宽度 wg=1.50mm。金属层厚度r=0.04mm。同轴馈电接口采用标准的SMA接头。天线A-2的回波 损耗测量曲线如图4所示，在X波段的8.50和9.38GHz处同时出现两个谐振频率，谐振峰强 度分别为-13.9与-13.8dB，均能达到天线工作要求。从天线辐射方向图测量结果知道，天线 A-2在8.50和9.38GHz处均为单向辐射，方向图的后瓣较小，天线的后向辐射得到较好抑制。
实施例三
与实施例一相似，利用印制电路板或光刻腐蚀等技术完成所发明天线A-3的制作，其具 体制备过程如实施方式所述，同时保持介质基板的参数不变。其它设计参数如下矩形金属 贴片2、 4的长度『=11.25mm，宽度A=i:2=4.20mm;交指电容的交指长度/=2.50mm，交指 宽度M^0.75mm，交指间距尸0.75mm，指末空隙g=0.30mm及交指的数目iV=8; 50Q微带馈 线的长度/f=10.90mm，宽度wf=4.10mm; 阻抗匹配器的长度/g = 4.90mm，宽度 wg=2.30mm。金属层厚度F0.04mm。同轴馈电接口采用标准的SMA接头。天线A-3的回波 损耗测量曲线如图5所示，在X波段的10.19和11.80GHz处同时出现两个谐振频率，谐振峰 强度分别为-18.6与-12.8dB，均能满足天线工作要求。天线辐射方向图测量结果显示，天线 A-3在10.19和11.80GHz处均为单向辐射，方向图的后瓣较小，天线的后向辐射得到较好抑 制。
实施例四
与实施例一相似，利用印制电路板或光刻腐蚀等技术完成所发明天线A-4的制作，其具 体制备过程如实施方式所述，同时保持介质基板的参数不变。其它设计参数如下矩形金属 贴片2、 4的长度『=11.34mm，宽度I产i^4.20mm;交指电容的交指长度/=2.50mm，交指 宽度w=0.42mm，交指间距s=0.42mm，指末空隙g=0.30mm及交指的数目iV=14; 50Q微带馈 线的长度/f= 10.70mrn，宽度wf=4.10mm; A74阻抗匹配器的长度/g = 5.10mm，宽度 wg=1.50mm。金属层厚度f=0.04mm。同轴馈电接口采用标准的SMA接头。天线A-4的回波 损耗测量曲线如图6所示，在X波段的9.31和10.12GHz处同时出现两个谐振频率，谐振峰 强度分别为-9.3与-15.8dB，均能达到天线工作要求。天线辐射方向图测量结果显示，天线A-4 在9.31和10.12GHz处均为单向辐射，方向图的后瓣较小，天线的后向辐射得到较好抑制。
以上所述，只是本发明的优选实例而己，不能因此局限本发明的权利范围，凡是依据本 发明权利要求及发明说明书内容所做的其他各种相应的变动与更改，都应属于本发明专利要 求的保护范围之内。
权利要求
1.一种新型的X波段双频微带天线，该天线包括介质基板、辐射元件、50Ω微带馈线、λ/4阻抗匹配器和金属接地板，其主要特征在于辐射元件由两个矩形金属贴片和一个交指电容组合而成，交指电容串联加载在两个矩形金属贴片之间，通过改变交指电容的参数使该天线工作于X波段两个不同的频率。
2. 根据权利要求1所述的新型的X波段双频微带天线，其特征在于两个矩形金属贴片的尺寸大小相等，长度为ll.21~ll.34mm，宽度为4.20mm。
3. 根据权利要求1所述的新型的X波段双频微带天线，其特征在于交指电容的交指长度 为2.50~3.50mm，交指宽度为0.42~0.75mm，交指间距为0.42 0.75rnrn，指末空隙为0.30mm， 交指的数目为8 14。
4. 根据权利要求1所述的新型的X波段双频微带天线，其特征在于馈电方式采用侧馈， 阻抗匹配器连接在辐射元件和50Q微带馈线之间。
全文摘要
本发明涉及一种新型的X波段双频微带天线，特别涉及一种基于单独加载串联电容的左右手复合传输线结构的双频天线。该天线包括介质基板、辐射元件、微带馈线、阻抗匹配器和金属接地板。辐射元件由两个矩形金属贴片和一个交指电容组合而成，交指电容串联加载在两个矩形金属贴片之间，使该种天线工作于X波段两个不同的频率。本发明天线的双频工作特性易于实现和调节，适合多种场合使用。同时，该种天线保持了低剖面，造价低和易于集成等特点，而且馈电结构简单，非常适合作为天线阵列的组成单元。
文档编号H01Q5/00GK101345337SQ20071001824
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月11日 优先权日2007年7月11日
发明者介晓永, 罗春荣, 赵晓鹏 申请人:西北工业大学