一种基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的制作方法

本发明涉及无线通信领域中的天线设计技术，特别涉及一种基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线。
背景技术：
：随着现代无线通信技术的发展，天线作为无线通信系统的前端器件发挥着越来越重要的作用。由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需要，低剖面、宽频带、高增益的微带天线受到众多设计者的研究。在现有展宽带宽技术中，多采用增加空气层的高度的方法，或采用多层贴片堆叠的方法，然而这些方法都增加了天线的剖面。利用多模式工作的微带贴片天线，并结合差分馈电技术，可以实现宽频带、低剖面、高增益、结构简单等特性的微带贴片天线。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是利用多模谐振特性，实现一种基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线。此天线具有宽频带、低剖面、高增益、结构简单等特点。本发明是通过下述技术方案来实现的。一种基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线，微带天线包括上、下层介质板和印刷在上、下两层介质板表面的金属贴片，上下两层介质板通过四个短路接地柱和两根用于馈电的同轴内芯连接；印刷在所述上层介质板上的金属贴片包括印刷在上层介质板上表面的呈“王”字形金属贴片和两个“凹”字形金属贴片，以及印刷在上层介质板下表面的两个圆形金属贴片；印刷在所述下层介质板上金属贴片的为位于下层介质板下表面的金属地板。作为优选方案，下层介质板位于上层介质板的正下方；两块介质板的形状相同，大小相等。作为优选方案，所述四个短路接地柱的材质相同，形状相同，为圆柱状，大小相等；每个短路接地柱的上表面与“凹”字形金属贴片相接，每个短路接地柱的下表面与金属地板相接。作为优选方案，所述两个“凹”字形金属贴片镜像对称分布在“王”字形金属贴片中部横臂两端，且凹形开口宽度对应横臂的宽度，在两个“凹”字形金属贴片凹形开口的两侧下方分别有两个短路接地柱，将两个“凹”字形金属贴片与金属地板连接。作为优选方案，所述两个圆形金属贴片对称分布在“王”字形金属贴片中部横臂的正下方，两个圆形金属贴片分别与用于馈电的两个同轴内芯的顶端相接，两个同轴内芯贯穿空气间隙、下层介质板，其底端分别与金属地板相接的同轴外导体构成馈电端口。作为优选方案，上、下层介质板之间的空气间隙高度为5mm。作为优选方案，所述“王”字形金属贴片的上部横臂长度w1、连筋宽度w2、中部横臂长度w3、“凹”字形金属贴片的侧边宽度w4、“凹”字形金属贴片的开口长度和对边长度l4、l5满足下述条件：w1与w2的比例为4.82：1，w1与w3的比例为1.13：1，w4与l4的比例为1.17：1，w4与l5的比例为0.71：1。作为优选方案，所述同轴内芯的直径d1小于短路接地柱的直径d3。作为优选方案，上层介质板与下层介质板的材质均为fr4，大小均为170mm*170mm，厚度均为0.5mm。本发明所述微带天线的带宽范围为2.01ghz-2.60ghz，相对带宽为25.6％；天线带内增益不低于7.8dbi，效率不低于84％。本发明的特点在于：本发明基于多模谐振理论，提供了一种新型的基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线。为了有效的拓展带宽，采用金属圆形贴片向“王”字形金属贴片耦合馈电。同时两个“凹”字形金属贴片作为寄生辐射贴片，对称分布在“王”字形金属贴片的两边，并结合四个短路柱，实现tm10、tm12、这三种模式同时工作，使天线的工作带宽得到有效拓展。分别与两个圆形金属贴片相接的同轴内芯延伸到下层介质板的下表面，与地板相接的同轴外导体构成两个馈电端口，外接一对差分信号。两块介质板之间保留一层空气间隙，可进一步拓展天线的工作带宽。此天线具有频带宽、剖面低、结构简单、增益高等优点，适合用于基站通信、无线局域网等无线通信领域。附图说明图1为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的立体结构示意图；图2为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的正视图；图3为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的俯视图；图4为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的右视图；图5为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的主极化与交叉极化在不同频率时的方向图；图6为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的|s11|曲线图；图7为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的增益曲线图；图8为本发明基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的效率曲线图。图中：101、下层介质板；102、金属地板；103、第二馈电端口；104、第一馈电端口；201、空气间隙；202、第一短路接地柱；203、第二短路接地柱；204、第三短路接地柱；205、第四短路接地柱；206、第一同轴内芯；207、第二同轴内芯；301、上层介质板；302、“王”字形金属贴片；303、第一“凹”字形金属贴片；304、第二“凹”字形金属贴片；305、第一圆形金属贴片；306、第二圆形金属贴片。具体实施方式为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。如图1-4所示，为本发明的基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的结构示意图。天线包括上下两层介质板301、101，在上下两层介质板上印刷有金属结构，上下两层介质板通过四个相同的短路接地柱和两个用于馈电的同轴内芯连接。印刷在上层介质板301上的金属结构包括印刷在上层介质板301上表面的呈“王”字形金属贴片302和两个“凹”字形金属贴片303、304，以及印刷在上层介质板下表面的两个圆形金属贴片305、306。印刷在下层介质板101上的为位于下层介质板下表面的金属地板102。两个“凹”字形金属贴片303、304位于“王”字形金属贴片302中部横臂两端，且凹形开口宽度对应横臂的宽度，在两个“凹”字形金属贴片303、304凹形开口的两侧下方分别有两个短路接地柱(202、203与204、205)，将两个“凹”字形金属贴片303、304与金属地板102连接。两个圆形金属贴片305、306对称分布在“王”字形金属贴片302中部横臂的正下方，两个圆形金属贴片305、306分别与用于馈电的两个同轴内芯206、207的顶端相接，两个同轴内芯贯穿空气间隙201、下层介质板101，其底端分别与金属地板102相接的同轴外导体构成馈电端口。其中，下层介质板101位于上层介质板301的正下方。两块介质板的形状相同，大小相等。两层介质板之间的空气间隙高度为5mm。本发明一个实施例中，上、下层介质板301、101为长方体结构，长、宽均为170mm。上、下层介质板301、101与金属材料重叠的部分，均除去介质材料，除去介质材料的位置由相应的金属材料填充。如图1所示，两个“凹”字形金属贴片对称分布在“王”字形金属贴片两侧，与“王”字形金属贴片不相接。在本发明的一个实施例中，两个“凹”字形金属贴片303、304关于xoz面镜像对称分布在“王”字形金属贴片302的两侧，有缺口的边都靠近“王”字形金属贴片302。两个“凹”字形金属贴片303、304之间的距离为46mm(此距离为两个“凹”字形金属贴片的最近距离，并非中心间距)。本发明的一个实施例中，两个圆形金属贴片305、306对称分布在“王”字形金属贴片的下方，两个圆形金属贴片305、306的中心间距为14mm。第一圆形金属贴片305的正下方相接第一同轴内芯206。第二圆形金属贴片306的正下方相接第二同轴内芯207。两个同轴内芯的中心间距为14mm。对称分布是关于xoz面镜像对称。本结构中，两个同轴内芯材质相同，大小相等，分别位于圆形金属贴片正下方。同轴内芯的顶端与圆形金属贴片相接。同轴内芯的底端与下层介质板的下表面相接且共面。第一同轴内芯206与第二同轴内芯207分别穿过空气间隙201、下层介质板101。第一同轴内芯206的底端处的同轴外导体与金属地板102相接，该接口处与第一同轴内芯206的底端构成第一馈电端口104；第二同轴内芯207的底端处的同轴外导体与金属地板102相接，该接口处与第二同轴内芯207的底端构成第二馈电端口103。本结构中，“王”字形金属贴片302放置在两个圆形金属贴片305、306的正上方，在“王”字形金属贴片302两边印刷“凹”字形金属贴片303、304作为寄生辐射贴片，并结合四个短路接地柱202、203、204、205，该结构可引入多模谐振，并具有耦合馈电形式，使天线的带宽得到极大的拓展，同时保证较高的辐射效率。其他结构尺寸见表1所示。表1结构l1l2l3l4l5w1w2尺寸(mm)25151517285311结构w3w4d1d2d3h1h2尺寸(mm)47201.242.40.50.5其中：w1、w2、w3分别为“王”字形金属贴片302的上部横臂长度、连筋宽度、中部横臂长度。l1、l2、l3分别为“王”字形金属贴片302的上部横臂宽度、连筋长度、中部横臂宽度。w4为“凹”字形金属贴片303、304的侧边宽度，l4、l5分别为“凹”字形金属贴片303、304的开口长度和对边长度。d1为同轴内芯206、207的直径；d2为圆形金属贴片305、306的直径；d3为短路接地柱202、203、204、205的直径。具体细节结构尺寸，其具体位置见基于差分馈电技术的宽带微带贴片天线的俯视图(图3)。“王”字形金属贴片的上部横臂长度w1与连筋宽度w2的比例为4.82：1，上部横臂长度w1与中部横臂长度w3的比例为1.13：1。使得tm10、tm12模式能够在“王”字形金属贴片上被激励，实现宽频带。其中，w4与l4的比例为1.17：1，w4与l5的比例为0.71：1。使得“凹“字形金属贴片上产生模式，进一步展宽天线频带。本发明天线在保证低剖面的情况下，实现宽频带的原理为：“王”字形金属贴片作为辐射贴片，与第一、二圆形金属贴片305、306相耦合，向外辐射来自馈源的信号；加入第一、二“凹”字形金属贴片303、304与第一、二、三、四短路接地柱202、203、204、205，可以实现多模谐振，有效拓展天线的带宽。如图5所示，为本实施例的e面(yoz面)与h面(xoz)的主极化和交叉极化方向图。交叉极化优于-20db。如图6所示，为本实施例的s11参数曲线图。作为优选方案，基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的中心频率为2.27ghz，相对带宽为25.6％。如图7所示，为本实施例的增益曲线图。基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的增益在频带内优于7.8dbi。如图8所示，为本实施例的效率曲线图。基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线的效率在频带内高于84％。以上对本发明所提供的一种基于差分馈电技术的低剖面宽带微带天线进行了详细介绍，并应用了详细的结构设计参数对本发明的原理及实施方式进行了阐述及实现。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出：对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12