一种具有宽带高增益的微带贴片天线制造技术

一种具有宽带高增益的微带贴片天线，包括由下至上层叠设置的金属地、介质基片和辐射贴片，辐射贴片通过贯穿于介质基片内的同轴馈电导体针馈电，区别于现有贴片天线，本实用新型专利技术所述辐射贴片的长边轴线方向上还对称设有寄生贴片，寄生贴片与辐射贴片之间留有一耦合缝隙以实现阻抗匹配。本实用新型专利技术通过增设寄生贴片并适当调节寄生贴片的尺寸，在原先辐射贴片所确定的单一的谐振频率基础上引入新的高频谐振频率，实现两谐振频率之间的良好的阻抗匹配。由此，该微带贴片天线的阻抗带宽和增益将会大大增加。由于寄生贴片的引入，本实用新型专利技术无需增加介质基片的厚度或层次，即可实现宽频带和高增益，易于与平面电路集成，因而应用前景广泛。

A microstrip patch antenna with wideband and high gain

A microstrip patch antenna with wideband and high gain, consisting of a metal ground, a dielectric substrate and a radiation patch arranged from the lower to the upper layer. The radiation patch is fed through a coaxial feeding conductor through a dielectric substrate, and is distinguished from the existing patch antenna. The long side axis of the utility model is symmetrical. There is a parasitic patch, there is a coupling gap between the parasitic patch and the radiation patch to achieve impedance matching. By adding parasitic patches and appropriately adjusting the size of parasitic patches, the utility model introduces a new high-frequency resonant frequency on the basis of a single resonant frequency determined by the original radiation patch, so as to achieve a good impedance matching between the two resonant frequencies. As a result, the impedance bandwidth and gain of the microstrip patch antenna will be greatly increased. Because of the introduction of parasitic patches, the utility model can achieve wide band and high gain without increasing the thickness or level of the dielectric substrate, and is easy to integrate with the planar circuit, so it has a wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽带高增益的微带贴片天线
本技术涉及贴片天线领域，尤其涉及一种具有宽带高增益的微带贴片天线。
技术介绍
天线领域在过去的近一百年里已经成为通信革命不可缺少的关键技术。经历长、中、短波线形天线的成熟期后，厘米波天线得到了普及，使得适用于超短波和微波频段的面天线得到了发展。然而，随着半导体技术、单片微波集成电路(MMIC)技术和计算机技术等电子技术的发展，人们对数据传输速率以及带宽的需求越来越高，这使得传统的低频段频谱资源越来越紧张。因此，对高频段的频谱资源进行开发和利用已经成为通信行业发展的迫切需要。带宽和增益是决定天线性能的两个最基本的因素，宽带特性有利于天线适用于更多场合，高增益特性有利于节约信号传输所需的能量。随着无线业务需求的急剧增加，低频段的频谱资源已无法满足人们日益增长的无线业务需求，因此无线通信的频率逐渐向毫米波频段转移。凭借其特殊的大气传输特性、广泛的可利用频带范围以及天线波束窄等特点，毫米波技术在通信、雷达、制导、遥感技术和射电天文等领域具备广泛的应用前景。毫米波天线已然成为新一代天线的趋势。在毫米波天线设计中，宽带特性和高增益特性无疑是人们追求的目标。宽频带，可使得天线辐射信号的传输速率高，系统容量大，同时也可以提高抗多径干扰的能力；高增益，可大大减小发射信号的功率，同时也可以大大增加信号传输的距离。现有技术实现宽带天线的常规方法，一般是通过多层介质基片结构或者采用厚介质基片，这些方法剖面高。介质基片物理特性的特殊要求使得现有宽带天线很难与其他平面电路集成，也不容易固定在高速运行的物体表面。此外，这些方法的增益平坦度也难以达到现有通信系统的需求。因此，目前急需一种能够兼具宽频带和高增益的、易于与平面电路集成的天线。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种具有宽带高增益的微带贴片天线，以达到宽频带和高增益的要求，并且能够方便的与平面电路集成。为实现上述目的，本技术提供的具有宽带高增益的微带贴片天线，包括由下至上层叠设置的金属地、介质基片和辐射贴片，所述辐射贴片与金属地之间设有贯穿所述介质基片的同轴馈电导体针，其特征在于，所述辐射贴片为矩形，所述辐射贴片的长边轴线方向上还对称设有寄生贴片，所述寄生贴片与所述辐射贴片之间设有第一耦合缝隙，所述第一耦合缝隙的宽度小于所述寄生贴片的长度的1/10。进一步，上述的微带贴片天线中，所述寄生贴片为方形，所述辐射贴片的长边尺寸为所述寄生贴片边长的1.3至1.4倍。进一步，上述的微带贴片天线中，所述寄生贴片的数量为6个，其中，第一对所述寄生贴片对称设置于所述辐射贴片的长边轴线方向，其余2对所述寄生贴片分别平行于所述辐射贴片短边轴线方向对称设置于第一对所述寄生贴片的两侧。再进一步，上述的微带贴片天线中，所述6个寄生贴片的尺寸完全相同。具体而言，上述的微带贴片天线中，相邻2个所述寄生贴片之间设有第二耦合缝隙，所述第二耦合缝隙宽度小于所述寄生贴片的长度的1/5。更进一步，上述的微带贴片天线中，所述各寄生贴片的中心还分别设有贯穿所述介质基片连接至所述金属地的金属化通孔。具体而言，上述的微带贴片天线中，所述金属化通孔的直径小于所述寄生贴片的长度的1/5。上述的微带贴片天线中，所述同轴馈电导体针沿所述辐射贴片的长边轴线方向设置，所述同轴馈电导体针的中心与所述辐射贴片的中心距离满足天线工作频率下输入阻抗匹配要求。上述的微带贴片天线中，所述金属地、所述辐射贴片以及所述各寄生贴片均为铜皮材质；所述介质基片为罗杰斯5880板材，其介电常数为2.2。本技术和现有方案相比具有如下技术效果:1.区别于现有贴片天线，本技术在所述辐射贴片的长边轴线方向上增设对称的寄生贴片，并在寄生贴片与辐射贴片之间留有一耦合缝隙以实现阻抗匹配。本技术通过增设寄生贴片并适当调节寄生贴片的尺寸，在原先辐射贴片所确定的单一的谐振频率基础上引入新的高频谐振频率，实现两谐振频率之间的良好的阻抗匹配。由此，该微带贴片天线的阻抗带宽和增益将会大大增加。由于寄生贴片的引入，本技术无需增加介质基片的厚度或层次，通过平面的结构即可实现宽频带和高增益，易于与平面电路集成，因而应用前景广泛。2.进一步，上述的微带贴片天线中，所述寄生贴片的数量具体设计为6个，呈直线对称排列于辐射贴片的两端辐射方向。6个寄生贴片的尺寸完全相同。调节寄生贴片的尺寸，可以调整高阶模式的谐振频率。应当注意，对于微带贴片、寄生贴片之间以及寄生贴片之间的两种耦合缝隙结构，其尺寸太小时，天线的阻抗匹配效果不佳，S参数无法满足实际需要；随着缝隙尺寸逐渐变大，天线的阻抗匹配效果越来越好；但是当缝隙尺寸过大时，虽然匹配效果更好，但会导致整个天线的带宽变窄。因此需要根据天线工作频段适当选取缝隙的尺寸大小以便设计天线宽带。3.更进一步，上述的微带贴片天线中，所述各寄生贴片的中心还分别设有贯穿所述介质基片连接至所述金属地的金属化通孔。金属化通孔，与金属杆作用类似但加工工艺简便快捷，可进一步拓展天线带宽。除此之外，设置于寄生贴片中心的金属化通孔还可以引入感性阻抗，平衡各寄生贴片带来的电容特性，中和天线贴片之间以及贴片与金属地之间形成的容性阻抗，从而使得各贴片上的电流分布更加均匀，在增加天线增益的同时，保证天线增益平稳，有效增益带宽范围更宽。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1为根据本技术的具有宽带高增益的微带贴片天线结构示意图；图2为根据本技术的微带贴片天线的侧视图；图3为根据本技术的微带贴片天线的驻波比曲线图；图4为根据本技术的微带贴片天线的增益曲线图；图5为根据本技术的微带贴片天线的E面辐射方向图；图6为根据本技术的微带贴片天线的H面辐射方向图。图中有：金属地1、介质基片2、金属化通孔3、同轴馈电导体针4、寄生贴片之间的第二耦合缝隙5、微带贴片与寄生贴片之间的第一耦合缝隙6、寄生贴片7、辐射贴片8。具体实施方式以下结合附图对本技术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技术，并不用于限定本技术。图1、图2为根据本技术的具有宽带高增益的微带贴片天线结构示意图，如图1或图2所示，本技术的具有宽带高增益的微带贴片天线，包括由下至上层叠设置的金属地1、介质基片2和辐射贴片8，所述辐射贴片8与金属地1之间设有贯穿所述介质基片2的同轴馈电导体针4，其特征在于，所述辐射贴片8为矩形，所述辐射贴片8的长边轴线方向上还对称设有寄生贴片7，所述寄生贴片7与所述辐射贴片8之间设有第一耦合缝隙6，所述第一耦合缝隙的宽度小于所述寄生贴片的长度的1/10。传统微带贴片天线包括介质基片，主辐射贴片，金属地以及同轴馈电结构。本技术在传统的微带贴片天线的基础上，在辐射贴片8的两辐射边(所述辐射贴片8的长边轴线方向上)分别加载寄生贴片，由寄生贴片在原先辐射贴片8确定的单一的谐振频率基础上引入新的高频谐振频率，通过适当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有宽带高增益的微带贴片天线，包括由下至上层叠设置的金属地(1)、介质基片(2)和辐射贴片(8)，所述辐射贴片(8)与金属地(1)之间设有贯穿所述介质基片(2)的同轴馈电导体针(4)，其特征在于，所述辐射贴片(8)为矩形，所述辐射贴片(8)的长边轴线方向上还对称设有寄生贴片(7)，所述寄生贴片(7)与所述辐射贴片(8)之间设有第一耦合缝隙(6)，所述第一耦合缝隙(6)的宽度小于所述寄生贴片的长度的1/10。

【技术特征摘要】
1.一种具有宽带高增益的微带贴片天线，包括由下至上层叠设置的金属地(1)、介质基片(2)和辐射贴片(8)，所述辐射贴片(8)与金属地(1)之间设有贯穿所述介质基片(2)的同轴馈电导体针(4)，其特征在于，所述辐射贴片(8)为矩形，所述辐射贴片(8)的长边轴线方向上还对称设有寄生贴片(7)，所述寄生贴片(7)与所述辐射贴片(8)之间设有第一耦合缝隙(6)，所述第一耦合缝隙(6)的宽度小于所述寄生贴片的长度的1/10。2.如权利要求1所述的具有宽带高增益的微带贴片天线，其特征在于，所述寄生贴片(7)为方形，所述辐射贴片(8)的长边尺寸为所述寄生贴片(7)边长的1.3至1.4倍。3.如权利要求2所述的具有宽带高增益的微带贴片天线，其特征在于，所述寄生贴片(7)的数量为6个，其中，第一对所述寄生贴片(7)对称设置于所述辐射贴片(8)的长边轴线方向，其余2对所述寄生贴片(7)分别平行于所述辐射贴片(8)的短边轴线方向对称设置于第一对所述寄生贴片(7)的两侧。4.如权利要求3所述的具有宽带高增益的微带贴片天线，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉凡，蔡洋，童阳辉，曹阔，张颖松，钱祖平，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32