一种缝隙加载微带结构的超宽带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种缝隙加载的微带结构超宽带天线，包括介质基板，介质基板的顶层安装有矩形微带辐射贴片、阶梯阻抗微带贴片和微带馈线，介质基板的底层对应位于微带馈线的位置安装有矩形微带接地板，阶梯阻抗微带贴片用于矩形微带辐射贴片和微带馈线的阻抗变化的过渡连接；阶梯阻抗微带贴片位于微带馈线一侧的边加载两条轴对称的I型缝隙结构；矩形微带辐射贴片位于阶梯阻抗微带贴片一侧的边加载有两条轴对称的L型缝隙结构。本发明专利技术的微带结构超宽带天线加载的L型缝隙结构和I型缝隙结构,可有效地提高微带天线的工作带宽、改善带内特性、提高天线方向图的稳定性，具有较高的天线增益，并易于集成和生产制造。

An ultra wideband antenna with slot loaded microstrip structure

The invention discloses a slot loaded microstrip structure ultra wide band antenna, which includes a dielectric substrate. The top layer of the dielectric substrate is equipped with a rectangular microstrip radiation patch, a stepped impedance microstrip patch and a microstrip feeder. The bottom layer of the dielectric substrate is corresponding to the position of the microstrip feeder and is equipped with a rectangular microstrip ground plate. The stepped impedance microstrip patch is used for the rectangular microstrip radiation patch and the microstrip feeder There are two axisymmetric i-slot structures loaded on the edge of stepped impedance microstrip patch on one side of microstrip feeder, and two axisymmetric l-slot structures loaded on the edge of rectangular microstrip patch on the other side of stepped impedance microstrip patch. The l-slot structure and i-slot structure loaded by the microstrip structure ultra wide band antenna of the invention can effectively improve the working bandwidth of the microstrip antenna, improve the in band characteristics, improve the stability of the antenna pattern, have high antenna gain, and are easy to integrate and manufacture.

【技术实现步骤摘要】
一种缝隙加载微带结构的超宽带天线
本专利技术涉及微带天线领域，尤其涉及一种缝隙加载微带结构的超宽带天线。
技术介绍
自从美国联邦通信委员会(FCC,FederalCommunicationsCommission)宣布商业通信应用超宽带系统的频带为3.1-10.6GHz,超宽带技术开始引起越来越多专家学者和工程技术人员的关注。随着通信技术的发展，超宽带技术已经用于各种雷达和通信系统中。很多无线设备必须同时提供声音、图像和数据等服务，这种需求要求我们提供能够覆盖不同频带和通信系统的超宽带天线。对于超宽带系统，天线设计必须为宽频带，结构紧凑和全向辐射。传统的对数周期结构和螺旋天线是一个立体结构，通过从天线不同部分辐射不同频率分量实现超宽带特性。像矩形单极结构和圆柱单极结构的超宽带天线不是平面结构，不能和电路板集成以及和设备共形。如文献1：M.J.AmmannandN.C.Zhi.Widebandmonopoleantennasformulti-bandwirelesssystems[J].IEEEAntennasPropagMag,2003,45(2):146-150；文献2：Z.N.Chen,M.Y.W.ChiaandM.J.Ammann.Optimizationandcomparisonofbroadbandmonopoles[J].IEEProceedings:Microwaves,AntennasandPropagation,2003,150(6):429-435。目前，蓝牙，WLAN，可穿戴设备等通信系统都是共存的，无线设备必须同时提供声音、图像和数据等服务，每个通信系统使用单独的接收和发射天线会使电路复杂，体积增大。为了使设备结构紧凑，要求能够提供覆盖不同频带和通信系统的超宽带天线。因此，超宽带天线的发展趋向于小型平面天线的开发，以便和设备共形或者集成到PCB板上，主要应用于可穿戴设备，低功耗设备当中。这方面已公开的如文献3：Q.Wu,R.Jin,J.GengandM.Ding.CompactCPW-fedquasi-circularmonopolewithverywidebandwidth[J].ElectronicsLetters,2007,43(2):69-70；文献4：R.B.V.B.Simorangkir,A.KiourtiandK.P.Esselle.UWBWearableAntennaWithaFullGroundPlaneBasedonPDMS-EmbeddedConductiveFabric[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,2018,17(3):493-496。专利200610053978.X公开了一种圆盘单极天线加人工电磁介质材料的超宽带天线，但是此种结构需要打过孔到接地板，工艺复杂。而且电压驻波比差，带内性能非常不好。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种结构简单、工作频率超宽、面积较小的辐射特性一致的微带结构的超宽带天线。为实现上述目的，本专利技术提供了一下方案：一种缝隙加载的微带结构超宽带天线，包括介质基板，所述介质基板包括顶层和底层，介质基板的顶层安装有微带辐射贴片和微带馈线，介质基板的底层对应微带馈线的位置安装有矩形微带接地板；所述微带辐射贴片包括矩形辐射贴片和阶梯阻抗微带贴片，所述阶梯阻抗微带贴片用于所述矩形辐射贴片和微带馈线的阻抗变化的过渡连接；所述阶梯阻抗微带贴片和所述矩形辐射贴片是以所述微带馈线的中心线为轴的轴对称结构；所述阶梯阻抗微带贴片的较窄微带位于微带馈线一侧的边加载两条轴对称的I型缝隙结构；所述矩形微带辐射贴片位于阶梯阻抗微带一侧的边加载有两条轴对称的L型缝隙结构。进一步的，所述阶梯阻抗微带贴片为一阶阶梯阻抗微带结构，包括一宽一窄两个微带段。进一步的，所述阶梯阻抗微带贴片的较窄的一侧和微带馈线连接。进一步的，所述L型缝隙结构包括L型缝隙深入矩形微带辐射贴片的第一纵向长度和L型缝隙在矩形微带辐射贴片内弯折的第一横向长度，其中第一横向长度小于等于第一纵向长度。进一步的，所述I型缝隙结构包括I型缝隙深入阶梯阻抗微带结构的第二纵向长度，所述第二纵向长度小于等于所处的阶梯阻抗微带贴片的微带段的长度。进一步的，矩形微带接地板其和阶梯阻抗微带贴片之间的所述缝隙结构的宽度与介质基板的厚度相当。进一步的，所述介质基板的材质为氟系介质基板或陶瓷基板。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的微带结构超宽带天线加载的L型缝隙结构和I型缝隙结构,可有效地提高微带天线的工作带宽、改善带内特性、提高天线方向图的稳定性，具有较高的天线增益。同时，本专利技术的超宽带天线采用微带结构，易于集成，便于通信设备的小型化，满足通信、探测、测速、测距、成像等应用，同时实施简单，加工容易，工艺复杂度低，可有效降低生产成本。附图说明图1是本专利技术一种实施方式的天线结构的后视图(a)、正视图(b)和侧视图(c)。图2是本专利技术一种实施方式的天线实物照片。图3是本专利技术一种实施方式的回波损耗仿真和测试数据图。图4是本专利技术一种实施方式的驻波比仿真和测试数据图。图5是本专利技术一种实施方式的天线E面方向图仿真和测试数据图(4GHz)。图6是本专利技术一种实施方式的天线H面方向图仿真和测试数据图(4GHz)。图7是本专利技术一种实施方式的天线E面方向图仿真和测试数据图(8GHz)。图8是本专利技术一种实施方式的天线H面方向图仿真和测试数据图(8GHz)。图9是本专利技术一种实施方式的天线E面方向图仿真和测试数据图(12GHz)。图10是本专利技术一种实施方式的天线H面方向图仿真和测试数据图(12GHz)。图11是本专利技术一种实施方式的天线增益测试数据图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。如图1的(a)(b)(c)所示，本专利技术公开了一种平面微带超宽带天线的实施例。它包括介质基板1，介质基板1的顶层安装有微带辐射贴片和微带馈线4，位于微带馈线4下面的介质基板1的底层安装有矩形微带接地板3；微带辐射贴片包括矩形微带辐射贴片2和阶梯阻抗(SIR-Stepimpedanceresonator)微带结构的阶梯阻抗微带贴片7，阶梯阻抗微带贴片7用于矩形微带辐射贴片2和微带馈线4的阻抗变化的过渡连接；阶梯阻抗微带贴片7和矩形微带辐射贴片2是以微带馈线4的中心线为轴的轴对称结构；阶梯阻抗微带贴片7位于微带馈线4一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缝隙加载的微带结构超宽带天线，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)包括顶层和底层，介质基板(1)的顶层安装有微带辐射贴片和微带馈线(4)，介质基板(1)的底层对应微带馈线(4)的位置安装有矩形微带接地板(3)；其特征在于：/n所述微带辐射贴片包括矩形辐射贴片(2)和阶梯阻抗微带贴片(7)，所述阶梯阻抗微带贴片(7)用于所述矩形辐射贴片(2)和微带馈线(4)的阻抗变化的过渡连接；所述阶梯阻抗微带贴片(7)和所述矩形辐射贴片(2)是以所述微带馈线(4)的中心线为轴的轴对称结构；/n所述阶梯阻抗微带贴片(7)位于微带馈线(4)一侧的边加载两条轴对称的I型缝隙结构(6)；/n所述矩形微带辐射贴片(2)位于阶梯阻抗微带(7)一侧的边加载有两条轴对称的L型缝隙结构(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种缝隙加载的微带结构超宽带天线，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)包括顶层和底层，介质基板(1)的顶层安装有微带辐射贴片和微带馈线(4)，介质基板(1)的底层对应微带馈线(4)的位置安装有矩形微带接地板(3)；其特征在于：
所述微带辐射贴片包括矩形辐射贴片(2)和阶梯阻抗微带贴片(7)，所述阶梯阻抗微带贴片(7)用于所述矩形辐射贴片(2)和微带馈线(4)的阻抗变化的过渡连接；所述阶梯阻抗微带贴片(7)和所述矩形辐射贴片(2)是以所述微带馈线(4)的中心线为轴的轴对称结构；
所述阶梯阻抗微带贴片(7)位于微带馈线(4)一侧的边加载两条轴对称的I型缝隙结构(6)；
所述矩形微带辐射贴片(2)位于阶梯阻抗微带(7)一侧的边加载有两条轴对称的L型缝隙结构(5)。


2.如权利要求1所述的微带结构超宽带天线，其特征在于：所述阶梯阻抗微带贴片(7)为一阶阶梯阻抗微带结构，包括一宽一窄两个微带段。


3.如权利要求2所述的微带结构超宽带天线，其特征在于：所述阶梯阻抗微带贴片(7)的较窄的一侧和微带馈线(4)连接。


4.如权利要求1所述的微带结构超宽带天线，其特征在于：所述L型缝隙结构(5)包括L型缝隙深入矩形微带辐射贴片(2)的第一纵向长度(Hslot1)和L型缝隙在矩形微带辐射贴片内弯折的第一横向长度(Lslot1)，其中第一横向长度(Lslo...

【专利技术属性】
技术研发人员：马中华，郑佳春，邢海涛，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35