一种带有短路针的高增益微带天线的制作方法

本发明涉及通信领域，尤其是一种带有短路针的高增益微带天线。

背景技术：

由于传统的微带天线具有增益低、带宽窄、辐射效率低等缺陷，使得其在诸多的应用场合中受到限制。目前已经出现在微带天线上集成短路针的技术，相比于传统的微带天线，其虽然提高了增益，但无法准确地使天线增益达到较高水准，而在实际通信中，人们所要求的不止是增益有提高就行，而是希望天线增益达到最大或近似最大，以使其辐射性能达到最优，能够在较窄的范围内发射出更多的能量。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种带有短路针的高增益微带天线，可进一步使天线增益增大，从而提高辐射性能。

为了弥补现有技术的不足，本发明采用的技术方案是：

一种带有短路针的高增益微带天线，包括天线，所述天线包括横向剖面呈圆形的辐射贴片、介质基板、短路针、馈电地和与所述辐射贴片同轴设置的馈电导体针；所述辐射贴片紧贴设置在介质基板的上表面，所述馈电地设置在介质基板的底面，所述馈电导体针的一端与辐射贴片连接且另一端穿过介质基板与馈电地连接；所述辐射贴片设置有一块，所述短路针的枚数为十四，所述短路针到辐射贴片圆心的距离与辐射贴片的半径之比为0.7-0.8；所述十四枚短路针呈环状均匀设置于辐射贴片的边缘上。

优选地，所述短路针到辐射贴片圆心的距离与辐射贴片的半径之比为0.77。

进一步，所述天线还包括同轴馈电的sma头，所述sma头的探针与馈电地连接。

进一步，所述介质基板包括介质层和覆铜层，所述介质层的底面与覆铜层的顶面相贴合。

进一步，所述馈电地为覆铜层。

进一步，所述介质基板的横向剖面呈正方形。

本发明的有益效果是：通过设置短路针的个数为十四并将其均匀设置于辐射贴片的边缘上，可以改变辐射贴片上的电流分布，使增益达到最大；同时，根据申请人的实验，将短路针到辐射贴片圆心的距离与辐射贴片的半径之比设置为0.7-0.8时，可以得到较高的谐振频率，相应地，在此频率下可以得到较高的增益；因此，本发明可使天线增益进一步增大，提高辐射性能。

附图说明

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中短路针到辐射贴片圆心的距离与辐射贴片的半径之比对应谐振频率的关系曲线图；

图3是本发明中短路针个数与谐振频率的关系曲线图；

图4是本发明中短路针个数与最大增益的关系曲线图；

图5是本发明在不同频段下的最优反射系数图；

图6是本发明在e面、h面下的辐射方向图。

具体实施方式

参照图1-图6，本发明的一种带有短路针的高增益微带天线，包括天线，所述天线包括横向剖面呈圆形的辐射贴片1、介质基板2、短路针5、馈电地3和与所述辐射贴片1同轴设置的馈电导体针4；所述辐射贴片1紧贴设置在介质基板2的上表面，所述馈电地3设置在介质基板2的底面，所述馈电导体针4的一端与辐射贴片1连接且另一端穿过介质基板2与馈电地3连接；所述辐射贴片1设置有一块，所述短路针5的枚数为十四，所述短路针5到辐射贴片1圆心的距离与辐射贴片1的半径之比为0.7-0.8；所述十四枚短路针5呈环状均匀设置于辐射贴片1的边缘上。

优选地，参照图1，所述介质基板2的横向剖面呈正方形，方便制造，也能与辐射贴片1的形状相匹配；

参照图2-图4，微波能量由同轴的馈电导体针4激励辐射贴片1，然后通过短路针5引入额外的电感，使天线在更高的频率上达到谐振，即使得天线在高于原谐振频率的位置达到阻抗匹配，提高了天线的谐振频率；为获得想要的谐振频率，需将天线的尺寸按照引入短路针5后的谐振频率和原谐振频率之比等比例扩大，因此在相同的频率上，引进短路针5的天线比未引入短路针5的天线有更高的增益。另外，短路针5的分布可以影响辐射贴片1上的电流分布，使辐射的能量更为集中，方向性更好，有更小的半功率波束宽度，能在一个较窄的范围内发射更多的能量；

当然，其中辐射贴片1的半径范围为20-25mm，所述介质基板2的尺寸为65mm*65mm-80mm*80mm，厚度为0.762mm；短路针5由聚四氟乙烯材料制成；

参照图2，申请人根据实验得知，引进短路针5能带来的额外电感与短路针5放置的位置有关，当短路针5到辐射贴片1圆心的距离与辐射贴片1的半径之比为0.7-0.8时，引入的额外电感量达到峰值或近似峰值，此时谐振频率可以达到最大，有效辐射面积增大，此时的天线增益也是最高的。

引入的短路针5的个数越多，提供的额外电感也越多，但短路针5个数应保持在一定的范围内，不能无限增大，最好不超过16，或者说所述短路针5也可以设置为2-16中的某一根数。

参照图5，给出了本发明在不同频段下的最优反射系数的关系曲线，可以得知在那个频区内天线的匹配效果更好；参照图6，e面指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面，h面指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面，图中考虑天线的两个仰角0度和90度，可以看出该两仰角的变化对增益影响不大。

具体地，通过设置短路针5的个数为十四并将其均匀设置于辐射贴片1的边缘上，可以改变辐射贴片1上的电流分布，使增益达到最大；同时，根据申请人的实验，将短路针5到辐射贴片1圆心的距离与辐射贴片1的半径之比设置为0.7-0.8时，可以得到较高的谐振频率，相应地，在此频率下可以得到较高的增益。因此，本发明可使天线增益进一步增大，提高辐射性能。

优选地，参照图2，所述短路针5到辐射贴片1圆心的距离与辐射贴片1的半径之比为0.77，这是申请人根据实验得到的最佳比例，可使谐振频率达到最大，以进一步增大天线的增益。

根据申请人的实验，在谐振频率5.8ghz处有最优反射系数，最大增益为10.7db，铅直方向上垂直平面xoz的半功率波束宽度为37°。

进一步，参照图1，所述天线还包括同轴馈电的sma头6，所述sma头6的探针与馈电地3连接；微波能量由sma头6输入，经由馈电导体针4激励辐射单元，然后由其将微波能量有效地辐射到自由空间中。

进一步，所述介质基板2包括介质层和覆铜层(未示出)，所述介质层的底面与覆铜层的顶面相贴合；所述馈电地3为覆铜层。这样设置保证了介质基板2的结构稳定，方便馈电导体针4的连接，而馈电地3可以设置为覆铜层。

以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种带有短路针的高增益微带天线，包括天线，天线包括横向剖面呈圆形的辐射贴片、介质基板、短路针、馈电地和与辐射贴片同轴设置的馈电导体针；辐射贴片紧贴设置在介质基板的上表面，馈电地设置在介质基板的底面，馈电导体针的一端与辐射贴片连接且另一端穿过介质基板与馈电地连接；辐射贴片设置有一块，短路针的枚数为十四，短路针到辐射贴片圆心的距离与辐射贴片的半径之比为0.7‑0.8；十四枚短路针呈环状均匀设置于辐射贴片的边缘上。本发明可使天线增益进一步增大，提高辐射性能。

技术研发人员：谭洪舟;黄静文;区俊辉;张全琪;路崇
受保护的技术使用者：佛山市顺德区中山大学研究院;广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院;中山大学
技术研发日：2018.05.03
技术公布日：2018.11.13