一種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，包括從下到上層疊設(shè)置的饋電微帶、下層介質(zhì)基片、金屬層、上層介質(zhì)基片以及微帶貼片層。本實(shí)用新型所述的微帶貼片天線中，金屬層內(nèi)設(shè)有L形縫隙，從而激勵(lì)起相互正交的等幅相差90°的分量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的圓極化激勵(lì)。在傳統(tǒng)的微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型同時(shí)將微帶貼片層分割為若干微帶貼片，微帶貼片周期排列且相互之間留有縫隙。這樣的設(shè)計(jì)使得微帶貼片產(chǎn)生左右手諧振特性，從而使天線能夠在更高頻率產(chǎn)生諧振，使微帶貼片具有電大諧振特性，降低了毫米波天線對(duì)設(shè)計(jì)精度的依賴。實(shí)用新型所述的微帶貼片天線同時(shí)具有電大諧振特性和圓極化特性。
【專利說明】
一種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種圓極化微帶天線，尤其是一種具有電大諧振特性的圓極化微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，個(gè)人通信、無線局域網(wǎng)等系統(tǒng)對(duì)無線終端設(shè)備的功能提出了更高的要求。天線作為系統(tǒng)終端必不可少的組成部分，會(huì)直接影響系統(tǒng)的性能，被賦予重任。計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和單片微波集成電路技術(shù)等電子技術(shù)的發(fā)展使得人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率以及帶寬提出了更高的要求。傳統(tǒng)的低頻段頻譜資源越來越緊張，也使得開發(fā)和利用高頻段的頻譜資源成為通信行業(yè)的新發(fā)展點(diǎn)。毫米波由于其特殊的大氣傳輸特性、寬頻帶等特點(diǎn)，在通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)和射電天文等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而在毫米波和亞毫米波頻段，由于傳統(tǒng)的工藝已經(jīng)很難滿足如此精細(xì)的加工需求，小型化已經(jīng)不是射頻器件的優(yōu)勢(shì)，反而成為了一大缺陷。以衛(wèi)星通信中的Ka波段微帶天線為例，半波長(zhǎng)的微帶諧振天線的單元尺寸為毫米級(jí)、制作精度需要達(dá)到微米級(jí)，很難采用傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行加工。因此在毫米波段/亞毫米波段，電大尺寸天線已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)。
[0003]圓極化波的旋轉(zhuǎn)特性使得圓極化雷達(dá)具有抑制雨霧干擾的能力；圓極化天線可以接收任意極化的電磁波，其輻射的波也可以被任意極化的天線接收，因此電子偵察和干擾等應(yīng)用中普遍采用圓極化波工作;此外，圓極化天線具有極化正交性，在通信、雷達(dá)的極化分集工作和電子對(duì)抗等應(yīng)用得到廣泛利用。而傳統(tǒng)的毫米波和亞毫米波段的圓極化天線由于尺寸過小，加工難度很大，無法適應(yīng)現(xiàn)有的加工技術(shù)。因此急需提供一種具有電大諧振特性的圓極化微帶天線，以適應(yīng)目前毫米波、亞毫米波通信的需求，應(yīng)用前景良好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中微帶貼片天線尺寸不適應(yīng)加工技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提供一種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，在保證天線尺寸適應(yīng)加工技術(shù)的前提下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圓極化，具體設(shè)計(jì)如下。
[0005]技術(shù)方案:
[0006]—種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，包括從下到上層疊設(shè)置的饋電微帶、下層介質(zhì)基片、金屬層、上層介質(zhì)基片以及微帶貼片層，其特征在于，金屬層內(nèi)設(shè)有L形縫隙，上層介質(zhì)基片上的微帶貼片層由微帶貼片陣列構(gòu)成，微帶貼片陣列中包含兩個(gè)以上完全相同的微帶貼片，微帶貼片之間留有寬度相同的間隙，下層介質(zhì)基片的厚度不超過1/4工作波長(zhǎng)，保證微帶饋電正常工作。
[0007]本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，將微帶貼片層分割為若干微帶貼片，微帶貼片周期排列且相互之間留有縫隙。這樣的設(shè)計(jì)使得微帶貼片之間的縫隙產(chǎn)生耦合效應(yīng)，耦合效應(yīng)產(chǎn)生左手特性。同時(shí)，由于上下貼片耦合、貼片的表面電流會(huì)產(chǎn)生右手特性。左手特性和右手特性協(xié)同作用，使得天線可以在原有諧振模式的基礎(chǔ)上產(chǎn)生更高頻率的電大諧振模式。本實(shí)用新型通過采用L形槽饋電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的圓極化激勵(lì)。從而使得微帶貼片天線具有電大諧振和圓極化特性。
[0008]如上所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其中微帶貼片為矩形，且周期排列;微帶貼片層為矩形。
[0009]矩形微帶貼片長(zhǎng)38.8mm寬38.8mm，矩形微帶貼片之間間隙寬度1mm。
[0010]如上所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其中L形縫隙位于金屬層的中心位置。
[0011]上述具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線中，L形縫隙長(zhǎng)邊為17mm，短邊為12.5mm，縫隙寬度為1.8mm。
[0012]如上所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其中上層介質(zhì)基片與下層介質(zhì)基片選用相同的材料，上層介質(zhì)基片的厚度大于下層介質(zhì)基片的厚度。
[0013]上述具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線中，上層介質(zhì)基片厚度3mm下層介質(zhì)基片的厚度0.5mm。
[0014]天線工作時(shí)，能量由饋電微帶輸入，經(jīng)過位于金屬層的中心位置的L形縫隙耦合到微帶貼片層，產(chǎn)生有效輻射。位于兩層介質(zhì)基片之間的金屬層構(gòu)成饋電微帶線以及微帶貼片層的公共地。傳統(tǒng)的微帶貼片經(jīng)過周期性的縫隙分割后，可以被看成是一種具有左右手諧振特性的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因而通過調(diào)節(jié)貼片以及分割縫隙的尺寸，能夠在更高頻率上產(chǎn)生新的諧振模式，使微帶天線具有電大諧振的新穎特性。具體而言，微帶貼片層上各微帶貼片之間的間隙越寬，天線就適用的諧振頻率就越高。設(shè)計(jì)時(shí)還需要調(diào)整饋電微帶寬度，使其滿足在工作頻率下具有50歐姆的輸入阻抗特性;饋電微帶的長(zhǎng)度需要根據(jù)天線的工作頻段進(jìn)行匹配。
[0015]本申請(qǐng)所述的天線需要通過構(gòu)成L形縫隙的相互垂直的長(zhǎng)槽和短槽實(shí)現(xiàn)圓極化。具體而言，這一對(duì)相互垂直的長(zhǎng)槽和短槽能夠激勵(lì)起兩個(gè)相互正交的等幅相差90°的分量，從而實(shí)現(xiàn)圓極化波的輻射。所述的位于公共金屬地上的L形耦合縫隙，需位于公共金屬地的中心位置，以確保邊射輻射的最大化，保證天線的增益?？p隙的長(zhǎng)度和寬度需要根據(jù)天線在不同模式、不同頻率下的諧振特性進(jìn)行調(diào)整以滿足在設(shè)計(jì)頻率下的軸比性能要求。
[0016]所述的下層介質(zhì)基片與上層介質(zhì)基片具有相同的材料屬性，但兩者厚度不同。較薄的下層介質(zhì)基片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)饋電微帶與L形縫隙之間的有效耦合。較厚的上層介質(zhì)基片保證天線整體具有較寬的工作帶寬。
[0017]本實(shí)用新型與現(xiàn)有的天線相比具有如下的有益效果:
[0018]本申請(qǐng)?jiān)趥鹘y(tǒng)微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，通過微帶貼片中上各微帶貼片之間的間隙，使得貼片天線具有左右手復(fù)合材料的特性，在原有的諧振模式基礎(chǔ)上引入高頻諧振模式，使傳統(tǒng)微帶天線具有電大諧振的特性，在一定程度上克服了高頻系統(tǒng)對(duì)于高設(shè)計(jì)精度的依賴。同時(shí)，金屬層的L形縫隙通過耦合的方式饋電，激勵(lì)起相互正交的等幅相差90°的分量，在保證天線電大諧振的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)圓極化波的輻射。這樣的設(shè)計(jì)使得本實(shí)用新型在保證天線的移動(dòng)性、抗雨霧干擾、抗多徑反射等優(yōu)勢(shì)之外，具有電大尺寸，降低了加工難度，使得本申請(qǐng)所述的貼片天線更具應(yīng)用前景。
[0019]進(jìn)一步的，本申請(qǐng)所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線通過將L形縫隙設(shè)置于金屬層的中心位置，確保了邊射輻射的最大化，保證了天線的增益。設(shè)計(jì)中，本天線采用較薄的下層介質(zhì)基片以實(shí)現(xiàn)饋電微帶與L形縫隙之間的有效耦合，保證了天線的增益。而較厚的上層介質(zhì)基片使得本天線在增益不受影響的情況下擴(kuò)展了天線的工作帶寬。
【附圖說明】

[0020]圖1為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的三維整體結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的側(cè)視圖。
[0022]圖3為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的回波損耗曲線圖。
[0023]圖4為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的增益曲線圖。
[0024]圖5為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的軸比曲線圖。
[0025]圖6為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的E面輻射方向圖。
[0026]圖7為具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線的H面輻射方向圖。
[0027]標(biāo)號(hào)說明:I表示饋電微帶、2表示下層介質(zhì)基片、3表示金屬層、4表示L形耦合縫隙、5表示上層介質(zhì)基片，6表示微帶貼片層、7表示矩形微帶貼片之間周期性分布的間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例子對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0029]本實(shí)用新型所采用的實(shí)施方案是一種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，包括從下到上層疊設(shè)置的饋電微帶1、下層介質(zhì)基片2、金屬層3、上層介質(zhì)基片5以及微帶貼片層6，其特征在于，金屬層3內(nèi)設(shè)有L形縫隙4，上層介質(zhì)基片5上的微帶貼片層6由微帶貼片陣列構(gòu)成，微帶貼片陣列中包含兩個(gè)以上完全相同的微帶貼片，微帶貼片之間留有寬度相同的間隙7，下層介質(zhì)基片的厚度不超過1/4工作波長(zhǎng)。
[0030]相較于傳統(tǒng)的微帶貼片天線，本申請(qǐng)通過微帶貼片中上各微帶貼片之間的間隙，使得貼片天線具有左右手復(fù)合材料的特性，在原有的諧振模式基礎(chǔ)上引入高頻諧振模式，使傳統(tǒng)微帶天線具有電大諧振的特性，在一定程度上克服了高頻系統(tǒng)對(duì)于高設(shè)計(jì)精度的依賴。同時(shí)，金屬層的L形縫隙通過耦合的方式饋電，激勵(lì)起相互正交的等幅相差90°的分量，在保證天線電大諧振的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)圓極化波的輻射。
[0031]天線的能量由饋電微帶I饋入，在饋電微帶I和L形耦合縫隙4的交叉位置發(fā)生能量耦合，能量由下層介質(zhì)基片2耦合到上層介質(zhì)基片5中，而后通過微帶貼片輻射出去。由于微帶貼片層6的各微帶貼片之間留有周期性的間隙7，使得為微帶貼片層的各子單元之間產(chǎn)生耦合電容，表現(xiàn)為左手諧振特性。同時(shí)，由于微帶貼片層6與金屬層3之間的耦合電容以及微帶貼片的表面電流，該天線結(jié)構(gòu)同時(shí)具有右手諧振特性。因此整個(gè)天線結(jié)構(gòu)具有左右手復(fù)合結(jié)構(gòu)的特性，能夠在更高的頻點(diǎn)上產(chǎn)生更多的諧振模式。調(diào)節(jié)各微帶貼片之間留有的周期性的間隙7的間距就能夠改變微帶貼片各子單元之間的耦合效應(yīng)，也就可以調(diào)整高階模式的諧振頻率。設(shè)計(jì)時(shí)，還需調(diào)節(jié)L形耦合縫隙4中相互垂直的長(zhǎng)縫和短縫的長(zhǎng)度以及縫隙的寬度，以控制天線輻射波的水平分量和垂直分量的幅度和相位，使得兩個(gè)分量能夠滿足等幅相差90°的條件，從而實(shí)現(xiàn)圓極化波的輻射。設(shè)計(jì)時(shí)，如果將L形耦合縫隙4設(shè)置在金屬層的中間位置，可以確保天線的邊射輻射的最大化，明顯改善天線的增益。
[0032]微帶貼片陣列中包含兩個(gè)以上完全相同的微帶貼片，微帶貼片之間留有寬度相同的間隙，微帶貼片通常為矩形，微帶貼片周期排列構(gòu)成的微帶貼片陣列也通常為矩形陣列。[0033 ]結(jié)合圖3、圖4、圖5、圖6以及圖7，本實(shí)用新型提供了一種諧振頻率在7.6GHz的具有電大諧振特性的微帶貼片天線。相對(duì)于傳統(tǒng)的微帶貼片天線的2.28GHz諧振頻率，本申請(qǐng)中諧振頻率提高了約3.3倍。同時(shí)實(shí)施例所述天線的最大右旋圓極化增益能夠達(dá)到8.SdBi，3dB軸比帶寬達(dá)到1.35GHz，具有明顯的邊射輻射特性，且交叉極化水平非常低。
[0034]天線具體設(shè)計(jì)如下:
[0035]具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，包括從下到上層疊設(shè)置的饋電微帶、下層介質(zhì)基片、金屬層、上層介質(zhì)基片以及微帶貼片層。
[0036]其中，金屬層內(nèi)設(shè)有L形縫隙，L形縫隙位于金屬層的中心位置，所述的L形縫隙長(zhǎng)邊為17mm，短邊為12.5mm，縫隙寬度為1.8mm。
[0037]天線的上層介質(zhì)基片上的微帶貼片層是由若干周期排列的相互之間留有相同寬度的間隙的完全相同的矩形微帶貼片組成的矩形結(jié)構(gòu)。矩形微帶貼片長(zhǎng)38.8mm寬38.8mm,矩形微帶貼片之間間隙寬度均保持為1mm。微帶貼片陣列由4*4個(gè)矩形微帶貼片組成。
[0038]天線的上層介質(zhì)基片與下層介質(zhì)基片選用相同的材料，上層介質(zhì)基片的厚度大于下層介質(zhì)基片的厚度。上層介質(zhì)基片厚度3mm下層介質(zhì)基片的厚度0.5mm，不超過1/4工作波長(zhǎng)。
[0039]根據(jù)以上所述，便可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
[0040]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，包括從下到上層疊設(shè)置的饋電微帶(I)、下層介質(zhì)基片(2)、金屬層(3)、上層介質(zhì)基片(5)以及微帶貼片層(6)，其特征在于，金屬層(3)內(nèi)設(shè)有L形縫隙(4)，上層介質(zhì)基片(5)上的微帶貼片層(6)由微帶貼片陣列構(gòu)成，微帶貼片陣列中包含兩個(gè)以上完全相同的微帶貼片，微帶貼片之間留有寬度相同的間隙(7)，下層介質(zhì)基片的厚度不超過1/4工作波長(zhǎng)。2.如權(quán)利要求1所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其特征在于，所述的微帶貼片為矩形，且周期排列;微帶貼片層為矩形。3.如權(quán)利要求2所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其特征在于，所述的矩形微帶貼片長(zhǎng)38.8mm、寬38.8mm，矩形微帶貼片之間間隙寬度1mm。4.如權(quán)利要求1所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其特征在于，所述的L形縫隙位于金屬層的中心位置。5.如權(quán)利要求4所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其特征在于，所述的L形縫隙長(zhǎng)邊為17_，短邊為12.5_，縫隙寬度為1.8_。6.如權(quán)利要求1至5任一所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其特征在于，所述的上層介質(zhì)基片與下層介質(zhì)基片選用相同的材料，上層介質(zhì)基片的厚度大于下層介質(zhì)基片的厚度，下層介質(zhì)基片的厚度不超過1/4工作波長(zhǎng)。7.如權(quán)利要求6所述的具有電大諧振特性的圓極化微帶貼片天線，其特征在于，所述的上層介質(zhì)基片厚度3mm，下層介質(zhì)基片的厚度0.5mm。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK205723942SQ201620409909
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】曹文權(quán), 蔡洋, 石樹杰, 王茜茜, 林家棟
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)