一种新型微带天线、其设计方法以及串馈阵列天线技术

本发明专利技术涉及一种新型微带天线，包括基板、分别置于基板两侧的辐射贴片和反射面，辐射贴片与反射面的厚度相同，辐射贴片的一侧开设有矩形槽，辐射贴片表面开设有对称的L形槽。此外，基板上还设有通过印刷在基板上层的窄微带线共面串馈相连的多个矩形贴片，矩形贴片的尾端通过窄微带线串馈连接有辐射贴片。本发明专利技术通过在微带贴片上刻蚀L形槽，设计了一款新型微带天线，由于L型槽的存在，改变了微带天线L形槽周围的电流路径，使L形槽周围等效引入额外的谐振频率，可以有效的拓宽微带天线带宽，在此基础上设计一款串馈微带天线阵，采用在天线阵元最后一个贴片开槽的设计来激发天线的多个频段，进而拓宽了微带天线的带宽。进而拓宽了微带天线的带宽。进而拓宽了微带天线的带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种新型微带天线、其设计方法以及串馈阵列天线


[0001]本专利技术涉及一种微带天线，尤其涉及一种新型微带天线、其设计方法以及串馈阵列天线。

技术介绍

[0002]微带天线自提出以来因为其外形小、剖面低、易共形且容易与PCB工艺集成的优势在过去的几十年里得到了广泛的应用，在无线通信、车载雷达、航空航天领域中都具有广泛的应用前景。但微带天线也有其自身的缺陷，微带天线的带宽较窄，通常只有百分之几的相对带宽。因此拓宽微带天线的阻抗带宽具有非常重要的实际意义。
[0003]近年来针对微带天线带宽窄的缺点，各国研究人员做了大量研究，研究表明微带天线的带宽受介质基板的介电常数与厚度的影响，因此可以通过增大介质基板的厚度和降低介质基板的介电常数来降低天线等效谐振电路的品质因数。
[0004]降低品质因数可以有效的拓展微带天线的阻抗带宽，可以通过采用大损耗基片或掺杂如铁氧体的有耗材料来降低电路的品质因数。这种方法是可行的，但也会导致另外的问题，较厚的基板容易激发额外的辐射模式，对天线的辐射方向图产生干扰。此外在天线设计中，介质板厚度和介电常数会在不同程度影响阵列天线单元之间的表面波，可能会导致天线工作频率的偏移，乃至影响整个系统的通信和接收效果。另外天线的阻抗带宽实际上取决于天线系统间各部分的阻抗匹配效果，采用微带线作为微带天线的馈线和阻抗匹配网络时，在相同的特征阻抗下厚衬底的基板需要更宽的微带线宽，因此会有更多的电磁波从微带线两边泄露出来,从而影响天线阵列的增益。除此之外，还有很多方法如采用多层介质基片、孔径耦合馈电等来拓展微带天线的带宽，上述方法将天线与馈电网络置于不同的介质表面，可以获得较宽的频带宽度，但相应的增加了天线的设计难度和制造成本，限制了其在低成本单层板上的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种新型微带天线、其设计方法以及串馈阵列天线。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种新型微带天线，包括基板、分别置于基板两侧的辐射贴片和反射面，所述辐射贴片与反射面的厚度相同，所述辐射贴片的一侧开设有矩形槽，所述辐射贴片表面开设有对称的L形槽。
[0008]根据上述技术方案，优选地，所述辐射贴片在矩形槽处通过四分之一波长变换器连接有微带馈线。
[0009]根据上述技术方案，优选地，所述L形槽开设于辐射贴片的侧边上。
[0010]本专利还公开了一种新型微带天线的设计方法，用于设计上述新型微带天线，包括如下步骤：S1.选择基板，确定所述基板的材料、厚度以及天线的工作频率；S2.根据所述
基板的材料、厚度以及天线的工作频率，通过经验公式获取所述辐射贴片的宽度初始值w1和长度初始值L1；S3.表征所述L形槽的横边与辐射贴片的开槽侧边的距离x0与反射系数的关系，以及L形槽的横边与辐射贴片的非开槽侧边的距离w0与反射系数的关系，获取x0和w0的参数；S4.分别表征所述L形槽的横边长度w5、横边宽度x3、竖边宽度w4‑
w5、竖边长度x2与反射系数的关系，获取w5、x3、w4、x2的参数；S5.在所述辐射贴片上开设有对称的L形槽；S6.在所述辐射贴片与微带馈线之间连接有四分之一波长变换器。
[0011]根据上述技术方案，优选地，步骤S1中，所述基板的材料为Rogers4835，介电常数为3.480，tanδ＝0.0037，基板的厚度为0.1mm，天线的工作频率为77GHz。
[0012]根据上述技术方案，优选地，步骤S2中，所述辐射贴片的宽度初始值w1为1.4
‑
1.6mm，辐射贴片的长度初始值L1为0.95
‑
1.1mm。
[0013]根据上述技术方案，优选地，步骤S3中，所述L形槽的横边与辐射贴片的开槽侧边的距离x0为0，L形槽的横边与辐射贴片的非开槽侧边的距离w0为0.18mm。
[0014]根据上述技术方案，优选地，步骤S4中，横边长度w5为0.15mm、横边宽度x3为0.25mm、竖边宽度w4‑
w5为0.1mm、竖边长度x2为0.35mm。
[0015]本专利同时公开了一种串馈阵列天线，包括上述新型微带天线，所述基板上还设有通过印刷在基板上层的窄微带线共面串馈相连的多个矩形贴片，所述矩形贴片的尾端通过窄微带线串馈连接有辐射贴片，所述辐射贴片开设有对称的L形槽，其中远离所述辐射贴片的矩形贴片通过四分之一波长变换器连接有微带馈线。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术基于多频天线原理，通过在微带贴片上刻蚀L形槽，设计了一款新型微带天线，由于L型槽的存在，改变了微带天线L形槽周围的电流路径，使L形槽周围等效引入额外的谐振频率，可以有效的拓宽微带天线带宽，与此同时，在此基础上设计一款串馈微带天线阵，采用在天线阵元最后一个贴片开槽的设计来激发天线的多个频段，进而拓宽了微带天线的带宽。
附图说明
[0018]图1是本专利技术辐射贴片部分的结构示意图。
[0019]图2是本专利技术辐射贴片部分的尺寸标记示意图。
[0020]图3是本专利技术串馈阵列天线的结构示意图。
[0021]图4是传统微带天线的电流分布和等效电路示意图。
[0022]图5是开设L形槽的微带天线的电流路径和等效电路示意图。
[0023]图6是反射系数S
11
随x0变化曲线。
[0024]图7是反射系数S
11
随w0变化曲线。
[0025]图8是反射系数S
11
随w5变化曲线。
[0026]图9是反射系数S
11
随w4变化曲线。
[0027]图10是反射系数S
11
随x3变化曲线。
[0028]图11是反射系数S
11
随x2变化曲线。
[0029]图12是加载了L形槽与未加载L形槽反射系数S
11
随频率变化曲线。
[0030]图13是加载L型槽贴片天线的几何尺寸。
[0031]图14是MPA1和MPA2的反射系数曲线。
[0032]图15是加载了L形槽串馈天线的E面方向图。
[0033]图中：1、辐射贴片；2、L形槽；3、四分之一波长变换器；4、微带馈线；5、矩形槽；6、开槽侧边；7、非开槽侧边；8、窄微带线；9、矩形贴片。
具体实施方式
[0034]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。基于专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于专利技术保护的范围。
[0035]在专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述专利技术和简化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型微带天线，其特征在于，包括基板、分别置于基板两侧的辐射贴片和反射面，所述辐射贴片与反射面的厚度相同，所述辐射贴片的一侧开设有矩形槽，所述辐射贴片表面开设有对称的L形槽。2.根据权利要求1所述一种新型微带天线，其特征在于，所述辐射贴片在矩形槽处通过四分之一波长变换器连接有微带馈线。3.根据权利要求1或2所述一种新型微带天线，其特征在于，所述L形槽开设于辐射贴片的侧边上。4.一种新型微带天线的设计方法，用于设计权利要求1至3中任意一项的所述新型微带天线，其特征在于，包括如下步骤：S1.选择基板，确定所述基板的材料、厚度以及天线的工作频率；S2.根据所述基板的材料、厚度以及天线的工作频率，通过经验公式获取所述辐射贴片的宽度初始值w1和长度初始值L1；S3.表征所述L形槽的横边与辐射贴片的开槽侧边的距离x0与反射系数的关系，以及L形槽的横边与辐射贴片的非开槽侧边的距离w0与反射系数的关系，获取x0和w0的参数；S4.分别表征所述L形槽的横边长度w5、横边宽度x3、竖边宽度w4‑
w5、竖边长度x2与反射系数的关系，获取w5、x3、w4、x2的参数；S5.在所述辐射贴片上开设有对称的L形槽。5.根据权利要求4所述一种新型微带天线的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述基板的材料为Rogers 4835，介电常数为3.480，t...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈劲，孙宜玖，李彦超，魏士超，陈雪欣，
申请(专利权)人：天津芯盟微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：