低剖面SWB超宽带天线及其阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低剖面SWB超宽带天线及其阵列，所述超宽带天线包括：位于底层的高阻抗表面，位于中间层的准互补谐振结构以及位于顶层的馈电结构。所述宽带天线采用准互补谐振结构，能够实现百倍频；采用复合介质高阻抗表面，可以有效增大高阻抗表面的工作频带以及相位稳定性；采用共面波导馈电结构，具有容易制作，容易实现无源、有源器件在微波电路中的串联和并联，容易提高电路密度等优点；此外，本实用新型专利技术结构简单紧凑，设计过程简单，剖面低，重量轻，便于无线通信系统结构共形；本实用新型专利技术的天线为微带结构，加工工艺成熟，可靠性高，应用范围广。应用范围广。应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
低剖面SWB超宽带天线及其阵列


[0001]本技术涉及通信用天线
，尤其涉及一种低剖面SWB超宽带天线及其阵列。

技术介绍

[0002]近年来低功耗电子设备在无线通讯领域应用的十分广泛，其供电方式大多来源于电池，但电池本身具有寿命，这就需要工作人员定期进行更换。由于低功耗设备本身耗电量较低，因此有大量学者在努力探索一种新型的供电方式，使得低功耗设备摆脱对传统供电方式的依赖，解决工作人员定期进行设备维护的困扰。
[0003]新兴的射频能量采集技术有助于研究人员解决这个难题。该技术原理是在射频接受端装有特定频段的天线将射频发射器或WIFI、移动基站、无线广播等环境中产生的射频信号转换为高频交流电信号，再经阻抗匹配、整流倍压电路处理后输出为稳定的直流电能存储在能量管理电路中。基于此技术，射频能量采集系统（Rf Energy Acquisition System，REAS）应运而生。
[0004]但是，众所周知，环境中的射频能量较微弱且频谱较为分散，若采用窄带天线则无法尽可能多的采集到足够的射频能量来满足设备自身的持续工作，而具有较大带宽的宽带天线则可以采集更多频段的射频能量。
[0005]传统意义上的超宽带(ultra
‑
wideband, UWB)指的是工作在3.1GHz
‑
10.6GHz频段范围内且相对带宽为超过20%的天线技术。然而，对于空间射频能量采集而言，这一频段范围远远不够，仍需进一步提高天线带宽。从而引出了一个新兴概念——SWB超宽带(super
‑
wideband, SWB)天线，它特指阻抗带宽比大于10：1的天线。
[0006]通过文献调研，目前基于现有技术的SWB超宽带天线的工作带宽都在几倍到几十倍频程，很难达到百倍频带宽。因此，基于现有技术的SWB超宽带天线对于空间电磁能量采集应用而言，其性能还有待进一步提升。

技术实现思路

[0007]本技术所要解决的技术问题是如何提供一种可以覆盖更多甚至全部通信频段且带宽比足够大的低剖面SWB超宽带天线及其阵列。
[0008]为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种低剖面SWB超宽带天线，其特征在于包括：位于底层的高阻抗表面，位于中间层的准互补谐振结构以及位于顶层的馈电结构；
[0009]所述高阻抗表面包括位于底层的第一介质板，所述第一介质板的上层设置有第二介质板，所述第一介质板的下表面形成有金属背板，所述第二介质板的上表面形成有若干个呈阵列排布的多边形分形金属化图形，每个所述多边形分形金属化图形与所述金属背板之间通过金属化过孔进行连接。
[0010]所述准互补谐振结构包括第三介质板，所述第三介质板的上表面形成有金属化图
形，所述金属化图形的一侧形成有扇形的缺口，所述扇形缺口内形成有半月形贴片，所述半月形贴片的内侧尖部与所述金属化图形接触，所述半月形贴片上形成有L形缝隙、外部开口环形缝隙以及内部开口环形缝隙，与所述半月形贴片对称的所述金属化图形上形成有半月形窗口，与所述L形缝隙对称的所述半月形窗口内形成有L形枝节，与所述外部开口环形缝隙对称的所述半月形窗口内设置有外部开口金属环，与所述内部开口环形缝隙对称的所述半月形窗口内设置有内部开口金属环。
[0011]进一步的技术方案在于：所述多边形分形金属化图形包括位于中心的六边形贴片，所述六边形贴片的外周形成有第一不连续六边形环，所述第一不连续六边形环的外周形成有第二不连续六边形环，所述多边形分形金属化图形整体结构呈现旋转对称。
[0012]优选的，所述多边形分形金属化图形设置有8个。
[0013]进一步的技术方案在于：所述L形缝隙位于所述第三介质板的外侧设置，所述外部开口环形缝隙以及内部开口环形缝隙位于所述第三介质板的内侧设置，且所述内部开口环形缝隙位于所述外部开口环形缝隙内。
[0014]进一步的技术方案在于：所述馈电结构包括第四介质板，所述第四介质板上形成有类“8”字形开口环，在所述类“8”字形开口环的缺口内形成有馈电线，所述馈电线的内侧端部向所述类“8”字形开口环的内部延伸，所述馈电线的外侧端部延伸到所述第四介质板的边缘。
[0015]进一步的技术方案在于：在上下投影方向上，所述半月形贴片以及所述半月形窗口位于所述类“8”字形开口环内。
[0016]进一步的技术方案在于：所述外部开口环形缝隙的外侧还套设有若干个开口环形缝隙，所述外部开口金属环的外侧还套设有若干个开口金属环。
[0017]本技术还公开了一种低剖面SWB超宽带天线阵列，其特征在于：包括若干所述的低剖面SWB超宽带天线，所述SWB超宽带天线呈圆周状排列，所述天线阵列的中心的底层的高阻抗表面上形成有补充的多边形分形金属化图形，与所述补充的多边形分形金属化图形对应的所述中间层的准互补谐振结构的上形成有第一圆形开窗，与所述第一圆形开窗相对应的所述顶层的馈电结构上形成有第二圆形开窗。
[0018]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述宽带天线采用准互补谐振结构，能够实现百倍频；采用复合介质高阻抗表面，可以有效增大高阻抗表面的工作频带以及相位稳定性；采用共面波导馈电结构，具有容易制作，容易实现无源、有源器件在微波电路中的串联和并联，容易提高电路密度等优点；此外，本技术结构简单紧凑，设计过程简单，剖面低，重量轻，便于无线通信系统结构共形；本技术的天线为微带结构，加工工艺成熟，可靠性高，应用范围广。
附图说明
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
[0020]图1为本技术实施例一所述低剖面SWB超宽带天线的三维结构爆炸图；
[0021]图2为本技术实施例一所述低剖面SWB超宽带天线的底层结构图；
[0022]图3为本技术实施例一所述天线的高阻抗表面中的六边形分形图案；
[0023]图4为本技术实施例一所述低剖面SWB超宽带天线的中间层结构图；
[0024]图5为本技术实施例一所述低剖面SWB超宽带天线的顶层结构图；
[0025]图6为本技术实施例一所述低剖面SWB超宽带天线的S11特性曲线；
[0026]图7为本技术实施例二所述天线阵列的三维结构爆炸图；
[0027]图8为本技术实施例二所述天线阵列的底层结构图；
[0028]图9为本技术实施例二所述天线阵列的中间层结构图；
[0029]图10为本技术实施例二所述天线阵列的顶层结构图；
[0030]其中：1、高阻抗表面；101、金属背板；102、金属化过孔；103、第一介质板；104、第二介质板；105、多边形分形金属化图形；105
‑
1、六边形贴片；105
‑
2、第一不连续六边形环；105
‑
3、不连续六边形环2；2、准互补谐振结构；201、第三介质板；202、半月形贴片；20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低剖面SWB超宽带天线，其特征在于包括：位于底层的高阻抗表面（1），位于中间层的准互补谐振结构（2）以及位于顶层的馈电结构（3）；所述高阻抗表面（1）包括位于底层的第一介质板（103），所述第一介质板（103）的上层设置有第二介质板（104），所述第一介质板（103）的下表面形成有金属背板（101），所述第二介质板（104）的上表面形成有若干个呈阵列排布的多边形分形金属化图形（105），每个所述多边形分形金属化图形（105）与所述金属背板（101）之间通过金属化过孔（102）进行连接；所述准互补谐振结构（2）包括第三介质板（201），所述第三介质板（201）的上表面形成有金属化图形（210），所述金属化图形（210）的一侧形成有扇形缺口，所述扇形缺口内形成有半月形贴片（202），所述半月形贴片（202）的内侧尖部与所述金属化图形（210）接触，所述半月形贴片（202）上形成有L形缝隙（203）、外部开口环形缝隙（204）以及内部开口环形缝隙（205），与所述半月形贴片（202）对称的所述金属化图形（210）上形成有半月形窗口（209），与所述L形缝隙（203）对称的所述半月形窗口（209）内形成有L形枝节（208），与所述外部开口环形缝隙（204）对称的所述半月形窗口（209）内设置有外部开口金属环（207），与所述内部开口环形缝隙（205）对称的所述半月形窗口（209）内设置有内部开口金属环（206）。2.如权利要求1所述的低剖面SWB超宽带天线，其特征在于：所述多边形分形金属化图形（105）包括位于中心的六边形贴片（105
‑
1），所述六边形贴片（105
‑
1）的外周形成有第一不连续六边形环（105
‑
2），所述第一不连续六边形环（105
‑
2）的外周形成有第二不连续六边形环（105
‑
3），...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡南，谢文青，刘建睿，刘爽，赵丽新，
申请(专利权)人：北京星英联微波科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：