基于缺陷地结构的阵列天线的制作方法

本发明涉及一种阵列天线，尤其涉及一种基于缺陷地结构的阵列天线，属于天线设计技术领域。

背景技术：

随着无线通信技术的研究和发展，微带天线以质量轻、体积小、易于制作等优点在军事、通信、医疗等各方面领域备受青睐。然而，现在的通讯系统空间比较有限，很难在保证单个天线性能的前提下装在多个天线单元。当天线单元间距离减小时，表面波耦合占主导地位，导致天线单元间的互耦效应增强，影响系统的性能。

为了解决天线单元间互耦效应的问题，国内外学者做了大量的研究，提出了很多诸如电磁带隙结构、频率选择结构、光子带隙结构及缺陷地结构等等。但是，电磁带隙结构、频率选择结构、光子带隙结构具有较复杂的结构，有很高的设计和制造成本，而缺陷地结构在去耦合方面有着很好的作用，缺陷地结构的阵列天线是在传统的阵列天线单元间以接地板上开槽的方式加上缺陷地结构进行有效的改进，它除了具有作为天线单元的微带贴片天线的结构简单、体积小、易于集成的特点，还具备阵列天线高增益的特点，且更高的天线增益使其成为极具发展前景的微波毫米波天线。

综上所述，如何使用缺陷地结构的阵列天线降低阵列天线单元间的互耦，增大天线的增益，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的上述缺陷，提出了一种基于缺陷地结构的阵列天线，克服了阵列天线单元间互耦强烈造成的性能损耗，在微波集成化、小型化、高增益电路中具有重要的应用价值。

本发明的技术解决方案是：

基于缺陷地结构的阵列天线，包括介质基片、设置在介质基片顶层的顶层金属层、及设置在介质基片底层的底层金属层，所述顶层金属层包括两个相对设置的天线单元贴片；所述介质基片的一侧设置有两个馈电端口，每个馈电端口对应于一个所述天线单元贴片，每个所述天线单元贴片均通过一微带线与一馈电端口相连接；所述底层金属层设置有缺陷地结构，所述缺陷地结构在介质基片上的投影位于两个天线单元贴片在介质基片上的投影之间；所述缺陷地结构包括多个相互连接、且呈直线排列的第一六芒星形槽，每个第一六芒星形槽的每个顶点处均设置有一个第二六芒星形槽。

优选地，所述介质基片为矩形，且所述缺陷地结构的阵列天线关于介质基片的一对称轴呈轴对称。

优选地，所述顶层金属层包括第一天线单元贴片与第二天线单元贴片，二者关于介质基片的所述对称轴对称，且第一天线单元贴片与第二天线单元贴片的形状均为矩形。

优选地，所述第一天线单元贴片的一侧与所述第二天线单元贴片的一侧分别开设有第一凹口与第二凹口。

优选地，所述介质基片的一侧设置有第一馈电端口与第二馈电端口，且第一馈电端口与第二馈电端口位于所述介质基片的同侧，所述第一馈电端口与所述第一天线单元贴片的第一凹口相对应，所述第二馈电端口与所述第二天线单元贴片的第二凹口相对应。

优选地，所述第一凹口通过第一微带线与所述第一馈电端口相连接，所述第二凹口通过第二微带线与所述第二馈电端口相连接，且第一微带线与第二微带线相互平行。

优选地，所述缺陷地结构包括五个相互连接、并呈直线排列的第一六芒星形槽，且五个所述第一六芒星形槽中心的连线与所述介质基片的对称轴相重合。

优选地，相邻两个所述第一六芒星形槽相对顶点处的第二六芒星形槽相重合。

优选地，所述第一六芒星形槽的边长尺寸为第二六芒星形槽边长尺寸的4倍。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明优化了传统的阵列天线，设计结构简单，降低了天线单元间的互耦，提升了天线的增益，更适合应用于现代微波毫米波天线的低耦合、高增益的要求。同时，该结构使得阵列天线自身更加紧凑，在天线单元间距相同的情况下，基于缺陷地结构的阵列天线具有更好的性能，实现了天线整体尺寸的小型化，降低了加工成本，减小了天线间的互耦，提高了天线增益。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是本发明的三维剖分图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的s参数仿真结果；

图5是本发明的3d方向图示意图。

其中，1－顶层金属层，11－第一天线单元贴片，111－第一凹口，12－第二天线单元贴片，121－第二凹口，13－第一微带线，14－第二微带线，2－介质基片，21－第一馈电端口，22－第二馈电端口，3－底层金属层，31－第一六芒星形槽，311－第二六芒星形槽。

具体实施方式

基于缺陷地结构的阵列天线，如图1-图3所示，包括介质基片2、设置在介质基片2顶层的顶层金属层1、及设置在介质基片2底层的底层金属层3。在本发明的技术方案中，介质基片2为矩形，介质基片2采用rogers5880介质板，介电常数为2.2，厚度为0.787毫米。

其中，顶层金属层1包括两个相对设置的天线单元贴片，两个天线单元贴片之间的距离根据整个缺陷地阵列天线的工作频率确定；介质基片2的一侧设置有两个馈电端口，每个馈电端口对应于一个天线单元贴片，每个天线单元贴片均通过一微带线与一馈电端口相连接，在两个馈电端口处加载相同的激励，并通过传输线将能量传输至相应的天线单元贴片，并由天线单元贴片向外辐射；在本实施例中，整个天线的辐射结构包括天线单元贴片、微带线以及六芒星形槽，三者均位于介质基片2的中心位置且相互对称。顶层金属层1包括第一天线单元贴片11与第二天线单元贴片12，二者关于介质基片2的对称轴对称，且第一天线单元贴片11与第二天线单元贴片12的形状均为矩形；第一天线单元贴片11的一侧与第二天线单元贴片12的一侧分别开设有第一凹口111与第二凹口121。

介质基片2的一侧设置有第一馈电端口21与第二馈电端口22，且第一馈电端口21与第二馈电端口22位于介质基片2的同侧，第一馈电端口21与第一天线单元贴片11的第一凹口111相对应，第二馈电端口22与第二天线单元贴片12的第二凹口121相对应，

第一凹口111通过第一微带线13与所述第一馈电端口21相连接，第二凹口121通过第二微带线14与所述第二馈电端口22相连接，且第一微带线13与第二微带线14相互平行。

在本实施例中，第一凹口111或第二凹口121的宽度大于第一微带线13或第二微带线14的宽度，第一馈电端口21或第二馈电端口22的宽度与第一微带线13或第二微带线14的宽度相等。

另外，底层金属层3设置有缺陷地结构，缺陷地结构在介质基片2上的投影位于两个天线单元贴片在介质基片2上的投影之间；缺陷地结构包括多个相互连接、且呈直线排列的第一六芒星形槽31，每个第一六芒星形槽31的每个顶点处均设置有一个第二六芒星形槽311。缺陷地结构的设置，能顺利实现抑制天线单元件的互耦，提升天线的增益的功能，相对于同等耗材的阵列天线，本发明使得天线更加紧凑，成本更加低廉。

具体地，缺陷地结构包括五个相互连接、并呈直线排列的第一六芒星形槽31，且五个第一六芒星形槽31中心的连线与介质基片2的对称轴相重合，相邻两个第一六芒星形槽31相对顶点处的第二六芒星形槽311相重合，第一六芒星形槽31的边长尺寸为第二六芒星形槽311边长尺寸的4倍。

图4为本发明基于缺陷地结构的阵列天线的回波损耗及插入损耗的仿真结果。由此可知，本发明基于缺陷地结构的阵列天线工作带宽为11.4ghz~11.78ghz，中心频率为11.58ghz，且其插入损耗低至-33db。图5为基于缺陷地结构的阵列天线的二维辐射方向图，从图5中我们可以看出本发明中的阵列天线的增益高达9.868db，与传统天线相比增益得到明显提升。

本发明中的基于缺陷地结构的阵列天线，克服了阵列天线单元间互耦强烈造成的性能损耗，在微波集成化、小型化、高增益电路中具有重要的应用价值，同时，扩大了该基于缺陷地结构的阵列天线在现代微波毫米波电路集成中的应用。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。