加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，能在5.1～6.3GHz频带实现圆极化辐射，从上到下依次包括紧密接触的上层介质基板(2)、开有缝隙的金属铜接地板(3)和下层介质基板(4)，上层介质基板(2)的上表面设有金属贴片组(1)，下层介质基板(4)的下表面设有共面波导馈电结构(5)。本发明的金属贴片组和上层介质基板构成超表面结构，实现线极化波到圆极化波的转换；共面波导馈电结构与金属铜接地板共同构成带有地板的共面波导，从信号导带向天线馈电。本发明基于微带缝隙天线同时采用超表面加载技术，利用共面波导馈电，使得天线具备在宽频带内圆极化特性、增益高、剖面低的优点，且结构简单、加工方便。
【专利说明】
加载超表面的宽带圆极化高増益低剖面微带缝隙天线
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于通信技术领域的天线，尤其是一种加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面缝隙微带天线。
【背景技术】
[0002]射频识别系统由读写器天线，电子标签和计算机通信网络组成，其中读写器天线发射电磁能量激活标签实现数据传输并向标签发出指令，同时也要接收来自标签的信息。由于标签天线一般为线极化，且增益都比较低，为了能够读取具有不同极化特性的电子标签信息和尽可能实现读写器与标签之间的最大信号能量传输，要求读写器天线具有圆极化和高增益等特点。近年来，研究者提出了多种不同结构的RFID读写器天线，如折叠偶极子天线、平面环形天线、平面倒F天线等。但是这些天线存在带宽窄，增益低，结构复杂等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有微带缝隙天线技术中存在的极化带宽窄、剖面高、馈电结构复杂等缺点，提出了一种加载超表面的微带缝隙天线，可有效实现圆极化、宽频带、高增益和低剖面工作的加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，能在5.1?6.3GHz频带实现圆极化辐射，从上到下依次包括紧密接触的上层介质基板、开有缝隙的金属铜接地板和下层介质基板，上层介质基板的上表面设有金属贴片组，下层介质基板的下表面设有共面波导馈电结构。
[0005]进一步地，金属贴片组由16块方形倒角金属贴片按照4X 4阵列排列构成，金属贴片的边长尺寸为8.5?9.0mm，金属贴片之间的单元间隔为0.8?1.2mm，切角大小为3?5_。
[0006]进一步地，上层介质基板的厚度为4?5mm，上层介质基板的介电常数为3.3?4.0。
[0007]进一步地，缝隙位于金属铜接地板的中间位置，缝隙为矩形结构，缝隙的宽度为2?3mm，长度为25?30mm。
[0008]进一步地，所述共面波导馈电结构由中间的信号导带和位于信号导带两侧的接地导带构成;所述信号导带与金属铜接地板的缝隙相互垂直，信号导带的长度为25?30mm，宽度为1.4?1.8mm;所述接地导带长度为13?15mm，宽为5?7mm;信号带与接地导带之间的缝隙为0.5?0.7mm。
[0009]本发明的金属贴片组和上层介质基板构成超表面结构，且与开有缝隙的金属铜接地板紧贴，实现线极化波到圆极化波的转换;共面波导馈电结构与金属铜接地板共同构成天线的馈电结构。
[0010]本发明的有益效果是:本发明的金属贴片组和上层介质基板构成超表面结构，且与开有缝隙的金属铜接地板紧贴，实现线极化波到圆极化波的转换;共面波导馈电结构与金属铜接地板共同构成带有地板的共面波导，从信号导带向天线馈电。本发明基于微带缝隙天线同时采用超表面加载技术，利用共面波导馈电，使得天线具备在宽频带内圆极化特性、增益高、剖面低的优点，且结构简单、加工方便。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的微带天线结构示意图；
[0012]图2为本发明的微带天线的金属贴片组结构示意图；
[0013]图3为本发明的微带天线的金属铜接地板结构示意图；
[0014]图4为本发明的微带天线的共面波导馈电结构的结构示意图；
[0015]图5为本发明的微带天线优选实例的天线回波损耗特性图；
[0016]图6为本发明的微带天线优选实施例的天线轴比特性图；
[0017]图7为本发明的微带天线的优选实施例的天线在中心频率的辐射方向图，图7(a)为天线Phi = 0°面辐射方向图，图7(b)为天线Phi = 90°面辐射方向图。
[0018]附图标记说明:卜金属贴片组，2-上层介质基板，3-金属铜接地板，4-下层介质基板，5-共面波导馈电结构。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]如图1所示，一种加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，能在5.1?6.3GHz频带实现圆极化辐射，从上到下依次包括紧密接触的上层介质基板2、开有缝隙的金属铜接地板3和下层介质基板4，上层介质基板2的上表面设有金属贴片组I，下层介质基板4的下表面设有共面波导馈电结构5。
[0021]如图2所示，金属贴片组I由16个方形倒角金属贴片按照4X4阵列排列构成，金属贴片的边长尺寸为8.5?9.0mm，金属贴片之间的单元间隔为0.8?1.2mm，切角大小为3?5mm;优选的，金属贴片的边长尺寸为8.8mm，金属贴片之间的单元间隔为1mm，切角大小为4mm ο
[0022]进一步地，上层介质基板2的厚度为4?5mm，上层介质基板2的介电常数为3.3?4.0;优选的，上层介质基板2的厚度为4mm，介电常数为4.0。
[0023]如图3所示，缝隙位于金属铜接地板3的中间位置，缝隙为矩形结构，缝隙的宽度为2?3mm，长度为25?30mm;优选地，缝隙宽度为2.5mm，长度为28mm。
[0024]如图4所示，所述共面波导馈电结构5由中间的信号导带和位于信号导带两侧的接地导带构成；所述信号导带与金属铜接地板3的缝隙相互垂直，信号导带的长度为25?30mm，宽度为1.4?1.8mm;所述接地导带长度为13?15mm，宽为5?7mm;信号带与接地导带之间的缝隙为0.5?0.7_;优选地，信号导带的长度为27_，宽度为1.6_，接地导带的长度为14mm，宽为6mm，信号带与接地导带之间的缝隙为0.6_。
[0025]本发明的金属贴片组I和上层介质基板2构成超表面结构，且与开有缝隙的金属铜接地板3紧贴，实现线极化波到圆极化波的转换。共面波导馈电结构5与金属铜接地板3构成带有地板的共面波导，从信号导带向天线馈电。本发明通过共面波导直接馈电，然后把电磁信号发射出去。本发明同样也可以用于电磁信号的接收。
[0026]优选的，本发明的上层介质基板2和下层介质基板4的表面尺寸为(39?40)X (40?41 )mm，厚度为4mm，优选的，上层介质基板2和下层介质基板4的表面尺寸为39.2 X40mm。
[0027]本实施例天线最大尺寸为:39.2mm X 40mm X 4.762mm，相关性能参数的分布结果为:天线的S参数在频域的曲线，在4.57?6.42GHz频带S参数小于-10dB，天线的轴比(AR)在频域的曲线，在5.14?6.32GHz频带小于3dB，在6.2GHz达到0.82dB，在总体增益均大于OdBi，最大值达到7dBi。图5为本发明的微带天线优选实例的天线回波损耗特性图，图6为本发明的微带天线优选实施例的天线轴比特性图，图7为本发明的微带天线的优选实施例的天线在中心频率的辐射方向图，图7(a)为天线Phi = 0°面辐射方向图，图7(b)为天线Phi =90°面辐射方向图。从图中可以看出，本发明的微带天线能覆盖较宽的频带范围，并且具有增益高、具有圆极化的特性。
[0028]本发明的有益效果是:本发明针对现有微带缝隙天线技术中存在的极化带宽窄、剖面高、馈电结构复杂等缺点，基于微带缝隙天线同时采用超表面加载技术，设计了一款基于超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，并利用共面波导馈电，使得所设计的天线同时具备结构简单、加工方便、宽频带内圆极化特性、增益较高、剖面低的特点。
[0029]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，能在5.1?6.3GHz频带实现圆极化辐射，其特征在于，从上到下依次包括紧密接触的上层介质基板(2)、开有缝隙的金属铜接地板(3)和下层介质基板(4)，上层介质基板(2)的上表面设有金属贴片组(I)，下层介质基板(4)的下表面设有共面波导馈电结构(5)。2.根据权利要求1所述的加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，其特征在于，所述金属贴片组(I)由方形倒角金属贴片按照4 X 4阵列排列构成，金属贴片的边长尺寸为8.5?9.0mm，金属贴片之间的单元间隔为0.8?1.2mm，切角大小为3?5mm。3.根据权利要求1所述的加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，其特征在于，所述上层介质基板(2)的厚度为4?5mm，上层介质基板(2)的介电常数为3.3?4.0。4.根据权利要求1所述的加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，其特征在于，所述缝隙位于金属铜接地板(3)的中间位置，缝隙为矩形结构，缝隙的宽度为2?3mm，长度为25?30mm。5.根据权利要求1所述的加载超表面的宽带圆极化高增益低剖面微带缝隙天线，其特征在于，所述共面波导馈电结构(5)由中间的信号导带和位于信号导带两侧的接地导带构成;所述信号导带与金属铜接地板(3)的缝隙相互垂直，信号导带的长度为25?30mm，宽度为1.4?1.8mm;所述接地导带长度为13?15mm，宽为5?7mm;信号带与接地导带之间的缝隙为0.5?0.7mm。
【文档编号】H01Q13/08GK105870623SQ201610404560
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】文光俊, 杨力, 黄勇军, 李建
【申请人】电子科技大学