一种新型双层多频宽带微带天线的制作方法

本实用新型属于天线技术领域，具体地说，涉及一种新型双层多频宽带微带天线。

背景技术：

在无线通信系统中，天线占据重要地位。天线的本质就是在电磁场基本原理下，通过电场和磁场的相互转换，完成电磁能量的辐射和接收。为适应现代通信设备的需求，天线的研发主要朝减小尺寸、宽带和多波段工作等几个方面进行。

微带天线是一种低剖面天线，其拥有很多优点，如结构灵巧、便于加工、造价实惠等。然而普通微带贴片天线受限于频带窄、损耗大、最大增益不足，因此开展扩宽微带天线工作频带的工作具有很重要的意义。

微带天线还有一个固定的多频特性，即同一个微带天线可以在离散的多个频率工作点上工作，满足多个通信频段的需求。以同轴馈电的微带天线为例，在设计中使用多层金属片、具槽孔负载之矩形金属片、具矩形缺口的正方形金属片、具短金负载的金属片、倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等，同时从矩形辐射贴片的对角线一角馈电，可以使同一个辐射贴片工作在两个频率上，易于产生多频效果。而且同轴馈电的方式由于馈电点位置可以灵活选择，且接头在贴片底部，接地板使得馈线对天线的影响较小，不足的是，在提升带宽的同时，会减小微带天线的增益，难以同时兼顾带宽与增益。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种新型多频宽带微带天线，使微带天线中心频率附近的带宽得到拓宽，同时有明显增益。

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种新型双层多频宽带微带天线，自上而下包括上层介质基板、下层介质基板和接地板，所述上层介质基板上设有上层辐射贴片，所述下层介质基板上设有下层辐射贴片，所述上层辐射贴片包括第一组合贴片、第二组合贴片、第一连接贴片和第二连接贴片，所述第一组合贴片与所述第二组合贴片之间通过第一连接贴片和第二连接贴片连接，所述第一组合贴片与所述第二组合贴片关于所述上层介质基板的水平中线对称，所述第一组合贴片与所述第二组合贴片关于所述上层介质基板的竖直中线对称；

所述第一组合贴片包括平行于所述上层介质基板的水平中线并同时与所述第一组合贴片和所述第二组合贴片连接的第一贴片，所述第一贴片的中间竖直地设置第二贴片，所述第二贴片的前端水平地设置第三贴片，所述第三贴片的前端竖直向下地设置第四贴片，所述第四贴片的前端水平向内地设置第五贴片，所述第五贴片的前端竖直向上地设置第六贴片，第七贴片、第八贴片、第九贴片、第十贴片分别与所述第三贴片、第四贴片、第五贴片、第六贴片关于所述第二贴片对称；

所述下层辐射贴片上设有贴片槽，所述贴片槽位于所述上层辐射贴片的正下方，且形状与所述上层辐射贴片一致；

所述下层介质基板设有贯穿所述下层介质基板的同轴馈电通孔。

进一步地，所述贴片槽的槽口长度与所述上层辐射贴片相同，槽口宽度为所述上层辐射贴片的一半。

进一步地，所述同轴馈电通孔设置在所述下层介质基板的右下角。

进一步地，所述接地板在所述同轴馈电通孔的下方开设有圆形切孔，所述圆形切孔的半径大于所述同轴馈电通孔的半径。

进一步地，所述同轴馈电通孔采用50欧姆同轴线馈电。

进一步地，上层辐射贴片、下层辐射贴片和接地板的材质均为铜。

进一步地，所述上层介质基板和下层介质基板的材质均为相对介电系数为4.4的环氧树脂。

相比于现有技术，本实用新型将下层介质基板上的矩形辐射贴片开槽，能在增加带宽同时有明显增益，起到权衡效果，同时双层的结构且上层介质基板上附着与下层辐射贴片槽口相同形状的辐射贴片，在原有基础上改善了回波损耗曲线。本实用新型采用同轴馈线内芯、接地板、上层辐射贴片、下层辐射贴片实现了宽带的效果，采用同轴馈电且馈电点选择在下层辐射贴片的右下角处，同时激发tm01模式和tm10模式，分别在11.6ghz、12.8ghz、15.8ghz处谐振，同时回波损耗、驻波均达到较佳的效果。

附图说明

图1为本实用新型的双层多频宽带微带天线的结构示意图；

图2为本实用新型双层多频宽带微带天线的上层的俯视示意图；

图3为本实用新型双层多频宽带微带天线的下层的俯视示意图；

图4为本实用新型双层多频宽带微带天线的背面示意图；

图1～4中：1、上层介质基板；2、下层介质基板；3、下层辐射贴片；301、贴片槽；4、上层辐射贴片；5、同轴馈电通孔；6、圆形切孔；7、接地板；401、第一组合贴片；402、第二组合贴片；403、第一连接贴片；404、第二连接贴片；4011、第一贴片；4012、第二贴片；4013a、第三贴片；4014a、第四贴片；4015a、第五贴片；4016a、第六贴片；4013b、第七贴片；4014b、第八贴片；4015b、第九贴片；4016b、第十贴片。

图5为天线的回波损耗仿真图；

图6为天线的驻波比(vswr)图；

图7为天线11.6ghz的e面和h面方向图；

图8为天线11.6ghz的3d方向图；

图9为天线12.8ghz的e面和h面方向图；

图10为天线12.8ghz的3d方向图；

图11为天线15.8ghz的e面和h面方向图；

图12为天线15.8ghz的3d方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

一种新型双层多频宽带微带天线，如图1，自上而下包括上层介质基板1、下层介质基板2和接地板7，上层介质基板1和下层介质基板2为立方体形状的绝缘介质层，上层介质基板1的上表面设有上层辐射贴片4，下层介质基板2的上表面设有下层辐射贴片3。如图2所示，上层辐射贴片4包括第一组合贴片401、第二组合贴片402、第一连接贴片403和第二连接贴片404，第一组合贴片401与第二组合贴片402之间通过第一连接贴片403和第二连接贴片404连接，第一组合贴片401与第二组合贴片402关于上层介质基板1的水平中线对称，第一组合贴片401与第二组合贴片402关于上层介质基板1的竖直中线对称。

第一组合贴片401包括平行于上层介质基板1的水平中线并同时与第一组合贴片401和第二组合贴片402连接的第一贴片4011，第一贴片4011的中间竖直地设置第二贴片4012，第二贴片4012的前端水平地设置第三贴片4013a，第三贴片4013a的前端竖直向下地设置第四贴片4014a，第四贴片4014a的前端水平向内地设置第五贴片4015a(朝向第二贴片4012的方向即为向内)，第五贴片4015a的前端竖直向上地设置第六贴片4016a，第七贴片4013b、第八贴片4014b、第九贴片4015b、第十贴片4016b分别与第三贴片4013a、第四贴片4014a、第五贴片4015a、第六贴片4016a关于第二贴片4012对称，第一～十贴片均为矩形，其中，前述“水平”、“竖直”、“向上”、“向下”均是以图2的视角进行表述。

如图3所示，下层辐射贴片3上设有贴片槽301，贴片槽301位于上层辐射贴片4的正下方，且形状与上层辐射贴片4一致，贴片槽301的槽口长度与上层辐射贴片4相同，槽口宽度为上层辐射贴片4的一半。

下层介质基板2的右下角设有贯穿下层介质基板2的同轴馈电通孔5，如图4，接地板7在同轴馈电通孔5的下方开设有圆形切孔6，圆形切孔6的圆心与同轴馈电通孔5的圆心重合，半径大于同轴馈电通孔5，用于将馈电线接地。

实施例

在本实施例中，上层辐射贴片4、下层辐射贴片3和接地板7的材质均为铜，上层介质基板1和下层介质基板2的材质均为相对介电系数为4.4的环氧树脂。

下层介质基板2的长为55.8mm，宽为74.52mm，高为1.6mm；上层介质基板1的长为51.8mm，宽为70.52mm，高为1.6mm；下层辐射贴片3的长为28mm，宽37.26mm；同轴馈电通孔5的半径为0.6mm，位于下层介质基板2的右下角，距下层介质基板2中心的水平方向为7mm，竖直方向为9.34mm；圆形切孔6的半径为1.5mm；接地板7的长为55.8mm，宽为74.52mm；第一贴片4011的长为34.26mm，宽为1mm；第二贴片4012的长为11.45mm，宽为1mm；第三贴片4013a、第四贴片4014a、第七贴片4013b和第八贴片4014b的长为8.31mm，宽为1mm；第六贴片4016a和第十贴片4016b的长为4.66mm，宽为1mm；第五贴片4015a和第九贴片4015b的长为2.61mm，宽为1mm；第一连接贴片403和第二连接贴片404的长为2mm，宽为1mm。

同轴馈电通孔5采用50欧姆同轴线馈电。

工作原理为：该双层多频宽带微带天线主体部分是上层下层两块远小于工作波长的绝缘介质层，其中在下层介质基板上表面附加设有贴片槽的矩形辐射贴片，能在增加带宽同时有明显增益，起到权衡效果，同时上层介质基板上附着与下层辐射贴片槽口相同形状的辐射贴片，在原有基础上改善了回波损耗曲线，也拓宽了带宽，实现宽带效果。根据空腔模型理论，通过同轴馈电且馈电点选择在下层辐射贴片的右下角，同时激发tm01模式和tm10模式，在11.6ghz、12.8ghz、15.8ghz处谐振，同时谐振点的回波损耗在s11＜-10db、电压驻波比vswr<2性能匹配良好，效果合理且实用。

通过对本实施例的天线结构进行hfss仿真，测试天线的各项性能指标，导出天线的回波损耗、方向图和3d增益图(图5～12)。

如图5所示，天线的回波损耗和电压驻波比是一一对应的，一般情况下，电压驻波比是2，对应回波损耗为-10db，电压驻波比小于2，回波损耗就会低于10db。天线的回波损耗效果低于10db就可以使用，得出结论为该天线具有良好的带宽和多个频带。

本实施例的多频宽带微带天线采用同轴馈线内芯进行同轴馈电，如图6，在两层介质基板的恰当部位加入辐射贴片以及在接地板对角线馈电在11.6ghz、12.8ghz、15.8ghz处谐振，从而实现多频的效果；

其中，在12.8ghz为谐振频率的频带中，当s11＝-10db时，fl＝9.512ghz，fh＝14.316ghz，在fl和fh间，s11＜-10db时，天线的绝对带宽b＝fh-fl＝4.804ghz；；

而在15.8ghz为谐振频率的频带中，当s11＝-10db时，fl＝14.695ghz，fh＝17.383ghz，在fl和fh间，s11＜-10db时，天线的绝对带宽b＝fh-fl＝2.688ghz。

如图7和8所示，回波损耗频率为11.6ghz，e面增益图成蝶状，h面主增益在60°方向，增益最大为4.545db；如图9和10所示，回波损耗频率为12.8ghz，e面增益图成花瓣状，h面主增益在60°方向，增益最大为5.315db，辐射效果较好；如图11和12所示，回波损耗频率为15.8ghz时，e面增益图成蝶状，增益最大为5.1996db；从这几个频率的3d增益方向图上可以直观地看出辐射强度有显著增强，且在s11＜-10db，各个频点都能实现多频的效果，工作性能良好，在回波损耗上有优良的效果，非常具有实用性。