一种宽带高增益微带贴片天线制造技术

本发明专利技术涉及一种宽带高增益微带贴片天线。本发明专利技术所述的一种宽带高增益微带贴片天线包括短路壁，以及依次层叠设置的辐射贴片、第一介质层和金属地板；所述短路壁的两侧分别与所述辐射贴片的第一侧边和所述金属地板连接，所述辐射贴片、所述短路壁和所述金属地板形成一个半开放的U形谐振腔。本发明专利技术所述的一种宽带高增益微带贴片天线通过加载短路壁的结构，构建了一个工作在半模的U型谐振腔，能够有效地降低微带贴片天线的系统Q值，拓展其阻抗带宽，同时减少波束宽度，有效地提升天线的辐射增益，整体结构简单，加工难度低，容易实现。容易实现。容易实现。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带高增益微带贴片天线


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种宽带高增益微带贴片天线。

技术介绍

[0002]自20世纪50年代微带贴片天线概念被提出以来，其因具有平面结构、低剖面、低成本等优点而被深入研究并广泛应用在现代无线通信中。但是，传统的谐振型微带贴片天线具有两个内在的缺陷，即工作带宽非常窄、辐射增益比较低。
[0003]一般来说，有四种方法可用于提升微带贴片天线的方向性：(1)、在基本的辐射贴片附近设置堆叠或寄生单元；(2)、利用周期性的反射结构，如部分反射表面、电磁带隙结构等；(3)、在原有贴片表面添加具有特定介电常数的覆盖物；(4)引入串联电感增大天线谐振频率，增加微带贴片天线有效辐射面积来提升增益。方法(1)增加了天线结构的复杂性，使得天线设计更为困难，方法(2)(3)以原有微带贴片天线作为源来激励其他结构进行辐射，因此并未提升微带贴片天线自身的方向性，方法(4)则牺牲了微带贴片天线的电尺寸。因此在保证原有尺寸前提下，以简单结构实现高增益微带贴片天线仍存在困难。
[0004]在提升微带贴片天线带宽时，常采用降低Q值(品质因数，用于描述天线的谐振特性) 的方法，如使用低介电常数介质、提高介质基板厚度等；多个模式相融合的方法也可有效提升微带贴片天线的阻抗带宽，但由于微带贴片天线多个工作模式下场分布的多样性，当其工作在高阶模式时，辐射增益比较低。
[0005]总的来说，现有的平面型微带贴片天线很难实现以简单结构同时实现高阻抗带宽和工作频带内稳定的高增益。/>
技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的在于，提供一种宽带高增益的的微带贴片天线，该天线通过加载短路壁的结构，构建了一个工作在半模的U型谐振腔，能够有效地降低微带贴片天线的系统 Q值，拓展其阻抗带宽，同时减少波束宽度，有效地提升天线的辐射增益，整体结构简单，加工难度低，容易实现。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的，一种宽带高增益微带贴片天线，包括短路壁，以及依次层叠设置的辐射贴片、第一介质层和金属地板；所述短路壁的两侧分别与所述辐射贴片的第一侧边和所述金属地板连接，所述辐射贴片、所述短路壁和所述金属地板形成一个半开放的U形谐振腔。
[0008]本专利技术所述的一种宽带高增益微带贴片天线，采用了短路加载技术，人为地构造了一个电场的零点，使微带贴片天线工作在TM
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的工作模式，即微带贴片天线工作在半模，能够有效地降低了系统的Q值，从而拓展天线的阻抗带宽，可以为雷达、通信、航天航空的电子对抗等领域天线的研发提供一定的参考。
[0009]进一步地，还包括第一金属馈电探针和第二金属馈电探针；所述金属地板上设有第一贯穿孔和第二贯穿孔，所述辐射贴片设有第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点
和所述第二馈电点分别位于沿第一侧边的方向两侧的四等分点处；所述第一金属馈电探针穿过所述第一贯穿孔与所述第一馈电点连接，所述第二金属馈电探针穿过所述第二馈电孔与所述第二馈电点连接。
[0010]本专利技术所述的微带贴片天线采用同轴线馈电的结构，加载了两个金属馈电探针进行馈电，通过改变馈电点的位置，可以使天线的输入阻抗与传输线的特性阻抗匹配，能够抑制电磁波传输过程中的反射波，从而拓展天线的阻抗带宽。第一馈电点和第二馈电点分别位于沿第一侧边方向两侧的四等分点处，即馈电点设置于天线TM
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工作模式的电场零点，能够有效地抑制高阶模式，使天线在其工作带宽内增益保持稳定。
[0011]进一步地，还包括位于第二介质层和金属微带线；所述第二介质层位于所述金属地板远离所述第一介质层的一侧，并被所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针贯穿；所述金属微带线位于所述第二介质层远离所述金属地板的一侧；
[0012]所述金属微带线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的两端分别与所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针连接，所述第二微带线的一端与第一微带线的中部连接，所述第二微带线的另一端位于所述第二介质层的边缘。
[0013]在同轴线馈电的基础上，金属微带线被带有两个贯穿孔的金属地板微带天线分隔开，形成口径馈电的结构，进一步将能量传输到天线。其中，金属微带线采用T型一分二功分器结构，包括第一微带线和第二微带线。第二介质层起到支撑金属微带线的作用，使金属微带线与金属地板隔开，防止馈电电路短路。第二介质层的厚度和介电常数、金属微带线的宽度都可以进行调节以实现阻抗匹配，并拓展工作带宽。
[0014]进一步地，所述金属地板具有第二侧边，所述第二侧边与所述第一侧边位于同一侧，所述短路壁的两侧分别与所述第一侧边和所述第二侧边连接。当短路壁的两侧分别与第一侧边和第二侧边连接时，构成谐振腔的金属地板面积最大，对电磁波的反射最强，宽边辐射的增益也达到最大值。
[0015]进一步地，所述第一介质层采用介电常数为ε的材料制成，其中，1≤ε≤3。第一介质层采用低介电常数的材料制成，可以降低系统Q值，拓展天线的阻抗带宽。
[0016]进一步地，所述金属地板为矩形，所述第二侧边的长度为L，与所述第二侧边相邻的第三侧边长度为W，且0.8λ<L<1.2λ；其中，λ为所述微带贴片天线的工作波长。金属地板宽度越大，对电磁波的反射就越强，宽边辐射的增益就越高；金属地板的长度保证了微带贴片天线具有与传统矩形贴片天线相近的尺寸，有助于减少波束宽度，进一步提高辐射增益。
[0017]进一步地，所述短路壁由竖直金属片或金属过孔构成，所述短路壁的高度与所述第一介质层厚度均为h，且0.04λ<h<0.08λ。微带贴片天线工作时，其谐振腔内部电场在短路壁处为零。
[0018]进一步地，所述辐射贴片为矩形，所述辐射贴片沿所述金属地板第三侧边方向的第四侧边的长度为w，且w的取值范围缩小了第四侧边的长度，保证微带贴片天线工作在TM
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模式，有效降低了天线的Q值，从而提升了阻抗带宽；谐振腔内电场在沿辐射贴片第一侧边的方向上近乎不变，沿所述辐射贴片第四侧边的方向呈正弦分布，贴片表面电流的方向与所述辐射贴片的第四侧边平行，合理的电流和电场分布进一步保证
了天线工作时具有足够高的增益；辐射贴片第一侧边的长度与金属地板第二侧边的长度相等，使空间得以充分利用，并增加了有效辐射的电尺寸，因此有效提升了微带贴片天线的辐射增益。
[0019]进一步地，所述第一馈电点和所述第二馈电点与所述第一侧边的距离均为d，且 0.15λ<d<w。d越大，馈电点越靠近辐射口径，有助于抑制高阶模式，保证天线增益的稳定。
[0020]进一步地，所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针均为圆柱形，所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针的直径小于所述第一贯穿孔和所述第二贯穿孔的内径，且所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针不与所述金属地板接触。该馈电结构保证了馈电电路不会本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带高增益微带贴片天线，其特征在于：包括短路壁，以及依次层叠设置的辐射贴片、第一介质层和金属地板；所述短路壁的两侧分别与所述辐射贴片的第一侧边和所述金属地板连接，所述辐射贴片、所述短路壁和所述金属地板形成一个半开放的U形谐振腔。2.根据权利要求1所述的一种宽带高增益微带贴片天线，其特征在于：还包括第一金属馈电探针和第二金属馈电探针；所述金属地板上设有第一贯穿孔和第二贯穿孔，所述辐射贴片设有第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点和所述第二馈电点分别位于沿第一侧边的方向两侧的四等分点处；所述第一金属馈电探针穿过所述第一贯穿孔与所述第一馈电点连接，所述第二金属馈电探针穿过所述第二馈电孔与所述第二馈电点连接。3.根据权利要求2所述的一种宽带高增益微带贴片天线，其特征在于：还包括第二介质层和金属微带线；所述第二介质层位于所述金属地板远离所述第一介质层的一侧，并被所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针贯穿；所述金属微带线位于所述第二介质层远离所述金属地板的一侧；所述金属微带线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的两端分别与所述第一金属馈电探针和所述第二金属馈电探针连接，所述第二微带线的一端与第一微带线的中部连接，所述第二微带线的另一端位于所述第二介质层的边缘。4.根据权利要求1所述的一种宽带高增益微带贴片天线，其特征在于：所述金属地板具有第二侧边，所述第二侧边与所述第一侧边位于同一侧，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑莹，梁振川，张涵，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：