一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线制造技术

本发明专利技术涉及天线工程技术领域，尤其涉及一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，包括最上层介质基板、中间层介质基板和最下层介质基板，最上层介质基板的上表面附有两组形成左右、上下镜像对称的辐射贴片对，每个辐射贴片上均刻蚀有U形槽，位于最下层介质基板上表面的T形功分器通过金属馈电探针与形成左右镜像对称的辐射贴片对同相连接，T形功分器通过双端口平行差分馈线与形成上下镜像对称的辐射贴片对反相连接。本发明专利技术通过调整辐射贴片间的间距及差分馈电等结构实现了紧凑型紧耦合超宽带顶射天线，本发明专利技术提供的天线有效工作频带为6.72

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线


[0001]本专利技术涉及天线工程
，尤其涉及一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线。

技术介绍

[0002]随着现代通信系统的持续发展，人们对通信设备的重量、体积和结构等要求越来越高，小型化、模块化成为现今通信器件发展的趋势，然而，小型化阵列由于电子元器件间的紧密耦合，导致互耦作用增强，势必影响器件的整体性能，因此，如何在保证性能的前提下，实现紧凑的结构，成为了时下的一个研究重点，紧凑型天线的研究也应运而生。
[0003]在中国标准《无线通信设备电磁兼容性要求和测量方法的第15部分：超宽带(UWB)通信设备》中对超宽带技术的描述为：“用于短距离无线电通信的技术，其中涉及在极大频率范围内分布的射频能量的有用生成和发射，此频率范围可能与分配给无线电通信业务的若干带相重叠，使用超宽带技术的设备通过天线产生的有用辐射应至少为500MHz/
‑
10dB带宽”，该技术出现在上世纪50年代末，在2002年正式用于民用市场，超宽带具有使用功耗低、抗外界干扰因素能力强、信号传输效率高、安全通信、可抵御多径衰落等优点，可广泛应用于精准定位、生命体征检测、短距离通信等场景，实现交通、医疗、军事等领域的智能化、机动化和高保密性，因此，天线作为超宽带系统的核心器件，无疑需要拥有足够宽的带宽，以满足系统的硬件基础。
[0004]微带贴片天线作为一种低剖面的定向辐射型天线，可以同时兼备超宽带性能以及在不同应用设备中的高集成度，是较为常用的超宽带天线，虽然常规的微带贴片天线本身并不具有宽带特性，但针对微带贴片天线的宽带技术研究已经比较成熟，如在贴片和/或接地板上刻蚀缝隙、加载寄生贴片、改善馈电结构等，可激励出天线的多种谐振模式，叠加后形成宽带，然而，由于目前的宽带微带天线结构较为复杂，且仍然存在频带窄等缺点，难以满足现有通信系统对更宽频带天线的需求，使得微带贴片天线的工作带宽仍有待进一步拓展，因此，亟需设计一种兼具微带天线超宽带、小型化、低剖面的天线。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，解决的技术问题是，目前的微带贴片天线结构较为复杂，且仍然存在频带窄等缺点，无法满足现有通信系统对更宽频带天线的需求。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，包括天线辐射主体以及与天线辐射主体连接的巴伦转换器，所述天线辐射主体包括自上而下依次设置的最上层介质基板、中间层介质基板以及最下层介质基板，所述最上层介质基板的上表面附有两组形成左右镜像对称和上下镜像对称的辐射贴片对，所述最下层介质基板的上表面附有T形功分器；
[0007]所述T形功分器通过金属馈电探针与形成左右镜像对称的辐射贴片对同相连接，所述T形功分器通过双端口平行差分馈线与形成上下镜像对称的辐射贴片对反相连接。
[0008]在进一步的实施方案中，每组辐射贴片对包括两个辐射贴片，每个辐射贴片上均刻蚀有U形槽。
[0009]在进一步的实施方案中，辐射贴片之间设置有预设间距。
[0010]在进一步的实施方案中，所述预设间距为五分之十六至三分之八的中心频率自由空间波长。
[0011]在进一步的实施方案中，所述巴伦转换器包括单端口微带线、第一金属探针、Klopfenstein锥形地、巴伦接地板以及第二金属探针；其中，第一金属探针、Klopfenstein锥形地和巴伦接地板设置在最下层介质基板的下表面；
[0012]所述双端口平行差分馈线与所述单端口微带线之间通过第一金属探针和Klopfenstein锥形地进行差分端口至单端口的阻抗匹配；
[0013]所述单端口微带线通过第二金属探针连接附着于最上层介质基板上表面的矩形铜皮。
[0014]在进一步的实施方案中，还包括设置在最下层介质基板的下表面的天线接地板。
[0015]在进一步的实施方案中，所述最上层介质基板、所述中间层介质基板以及所述最下层介质基板均采用FR4材料。
[0016]在进一步的实施方案中，所述天线辐射主体的长度、宽度均为20mm，高度为1.9mm。
[0017]在进一步的实施方案中，所述天线辐射主体的工作频带为6.72
‑
9.29GHz。
[0018]本专利技术提供了一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，包括设置在最上层介质基板上表面的两组形成左右镜像对称和上下镜像对称的辐射贴片对，最下层介质基板上表面的T形功分器通过金属馈电探针与形成左右镜像对称的辐射贴片对同相连接，T形功分器通过双端口平行差分馈线与形成上下镜像对称的辐射贴片对反相连接。与现有技术相比，该方法通过采用U形缝隙刻蚀、差分馈电及元件间紧密耦合技术，并对天线的各结构参数进行优化，得到了天线辐射主体与输入、输出端口间良好的阻抗匹配，实现了具有超宽带、小型化、低剖面等优点的紧耦合超宽带顶射天线，本专利技术提供的超宽带顶射天线获得了32.10％的带宽，频带内增益超5dBi，满足了现有通信系统对天线的需求。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例提供的紧耦合超宽带顶射天线侧视图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的最上层介质基板上表面示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例提供的最下层介质基板上表面示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例提供的最下层介质基板下表面示意图；
[0023]图5是本专利技术实施例提供的紧耦合超宽带顶射天线三维透视图；
[0024]图6是本专利技术实施例提供的单阵元天线与四阵元天线性能对比示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图具体阐明本专利技术的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本专利技术的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本专利技术专利保护范围的限制，因为在不脱离本专利技术精神和范围基础上，可以对本专利技术进行许多改变。
[0026]参考图1，本专利技术实施例提供了一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，如图1所示，
包括：天线辐射主体以及与天线辐射主体连接的巴伦转换器，所述天线辐射主体包括自上而下依次设置的最上层介质基板12、中间层介质基板13以及最下层介质基板14，其中，所述最上层介质基板12、所述中间层介质基板13以及所述最下层介质基板14均采用FR4材料。
[0027]在一个实施例中，如图2所示，所述最上层介质基板12的上表面附有两组形成左右镜像对称和上下镜像对称的辐射贴片对1，两组镜像对称的辐射贴片对1上均刻蚀有U形槽，在本实施例中，辐射贴片之间以预设间距进行分布，所述预设间距优先设置为五分之十六至三分之八的中心频率自由空间波长。
[0028]需要说明的是，本实施例针对辐射贴片的尺寸、馈电的位置、贴片之间的间距以及开槽尺寸等参数进行优化，扩宽了天线的带宽。
[0029]如图3所示，辐射贴片对1通过金属馈电探针2与位于最下层介质基板14上表面的T形功分器4相连；在本实施例中，所述T形功分器4通过金属馈电探针2与形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，其特征在于，包括天线辐射主体以及与天线辐射主体连接的巴伦转换器，所述天线辐射主体包括自上而下依次设置的最上层介质基板、中间层介质基板以及最下层介质基板，所述最上层介质基板的上表面附有两组形成左右镜像对称和上下镜像对称的辐射贴片对，所述最下层介质基板的上表面附有T形功分器；所述T形功分器通过金属馈电探针与形成左右镜像对称的辐射贴片对同相连接，所述T形功分器通过双端口平行差分馈线与形成上下镜像对称的辐射贴片对反相连接。2.如权利要求1所述的一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，其特征在于：每组辐射贴片对包括两个辐射贴片，每个辐射贴片上均刻蚀有U形槽。3.如权利要求2所述的一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，其特征在于：辐射贴片之间设置有预设间距。4.如权利要求3所述的一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，其特征在于：所述预设间距为五分之十六至三分之八的中心频率自由空间波长。5.如权利要求1所述的一种紧凑型的紧耦合超宽带顶射天线，其特征在于：所述巴伦转换器包括单端口微带线、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杜，余秉锐，朱祥维，袁雪林，李婉清，扶逸凡，陈正坤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：