專利名稱：一種采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有槽(slot)結(jié)構(gòu)的微帶天線，特別是涉及一種采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線。
背景技術(shù)：
隨著通信科技的蓬勃發(fā)展，各式的通信產(chǎn)品與技術(shù)也如雨后春筍般地出現(xiàn)。集成電路的技術(shù)日益成熟，使產(chǎn)品體積也逐漸輕薄短小。對于在通信產(chǎn)品中用來發(fā)射與接收信號的天線，其尺寸大小更是直接關(guān)系著通信產(chǎn)品能否達(dá)到輕薄短小的目標(biāo)。天線是用以發(fā)射或接收電磁波的一種元件，一般可從工作頻率、輻射方向圖 (Radiation Pattern)、反射系數(shù)(Return Loss)和天線增益(Antenna Gain)等參數(shù)來獲知天線的特性。現(xiàn)今的無線產(chǎn)品所使用的天線必須具有尺寸小、性能佳和成本低等優(yōu)點，才能得到市場的廣泛接受與肯定。由于不同的通信產(chǎn)品，其所需的功能都不盡相同，因此用以發(fā)射或接收信號的天線設(shè)計更是多樣化，例如菱形天線(Miombic Antenna)、正交叉式天線 (Turnstile Antenna)、微帶天線、倒F形天線等。其中，微帶天線具有剖面低、重量輕、易加工、易共形安裝、以及可與其它電路元件制作在同一電路等優(yōu)點。傳統(tǒng)微帶天線的金屬貼片 (Patch)尺寸約為微帶線上波長的二分之一，如何進(jìn)一步縮減微帶天線的尺寸成為一個重要的課題。根據(jù)目前檢索發(fā)現(xiàn)，Richard等設(shè)計了一種小型微帶天線，通過在半波長槽加載 C形環(huán)，天線尺寸減少50%，但可供優(yōu)化的自由度較小，因此金屬貼片的表面利用率較低； Ojaroudi等設(shè)計倒T形槽結(jié)構(gòu)的超寬頻平面單極天線，全向輻射性能較好，尺寸壓縮了 36%，但曲線形式過于簡單，T形槽線靠近金屬貼片邊緣，進(jìn)一步縮減尺寸受到限制；Chi等在慢波結(jié)構(gòu)周期性加載并聯(lián)電容，使天線尺寸減少了 44%，但加工成本較高；Mustafa采用 Minskowski分形結(jié)構(gòu)，天線尺寸減小了 33.6%，但直角拐角對表面電流產(chǎn)生較強(qiáng)的反射， 不利于天線匹配。目前國內(nèi)外學(xué)者大多關(guān)注槽結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計方法或者金屬貼片的形狀改良，其中槽結(jié)構(gòu)本身設(shè)計偏向于直槽結(jié)構(gòu)的不同組合或者簡單的彎曲形槽結(jié)構(gòu)，還未見到對復(fù)雜彎曲形結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行研究的報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，提高天線設(shè)計優(yōu)化的自由度及金屬貼片的表面利用率，在不增加天線加工難度和成本的前提下，使天線進(jìn)一步小型化；改變傳統(tǒng)槽線形式，使槽線拐角更加平滑，減小表面電流反射，使天線更易匹配。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，具有一槽結(jié)構(gòu)， 該微帶天線至少包括一介質(zhì)基板，具有相互平行的一第一表面和一第二表面；一金屬貼片，位于該介質(zhì)基板的該第一表面中，該金屬貼片具有該槽結(jié)構(gòu)，以暴露出部分的該介質(zhì)基板，該槽結(jié)構(gòu)具有八波浪形槽，由第一波浪形槽至第八波浪形槽所組成；所有波浪形槽的尺寸相同；八波浪形槽兩兩互為鏡射，其他六個波浪形槽都可由互為鏡射的一組通過繞金屬貼片中心位置旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°所得到；四正方形連接槽，由第一正方形連接槽至第四正方形連接槽所組成；所有正方形連接槽的尺寸相同；四正方形連接槽將兩個相鄰但不為鏡射的波浪形槽相連接。該槽結(jié)構(gòu)制作步驟如下該第一波浪形槽由第一半圓至第四半圓所組成，其中第一半圓與第二半圓首尾相連，第二半圓與第三半圓首尾相連，第三半圓與第四半圓首尾相連，這四個半圓半徑一致，且四個圓心的連線平行于該金屬貼片的一側(cè)邊；第二波浪形槽與第一波浪形槽互為鏡射，其鏡射對稱軸位于該金屬貼片的兩平行側(cè)邊的中軸線；該波浪形槽的四個半圓的半徑不大于該四個半圓中任意一個圓的圓心到該金屬貼片的兩平行側(cè)邊的中軸線的距離。將第一波浪形槽與第二波浪形槽視為一個整體， 將這個整體沿著該金屬貼片的中心順時針旋轉(zhuǎn)90°，得到第三、四波浪形槽，順時針旋轉(zhuǎn) 180°，得到第五、六波浪形槽，順時針旋轉(zhuǎn)270°，得到第七、八波浪形槽；該第一正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第一波浪形槽與第八波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第二正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第二、三波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第三正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第四、五波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第四正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第六、七波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起。該槽結(jié)構(gòu)特征還具有該金屬貼片的形狀為一正方形。該金屬貼片的兩個相對的角各被切掉一個尺寸相同的等邊直角三角形，以暴露出三角形下方的該介質(zhì)基板。上述微帶天線，還具有一金屬地板，位于該介質(zhì)基板的該第二表面上，并與該第二表面重合；一饋電點，位于該第一波浪形槽與該第二波浪形槽的中間位置。上述微帶天線饋電形式采用同軸線內(nèi)導(dǎo)體直接焊接至金屬貼片饋電點位置的方式，即同軸線內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地板、與金屬貼片相連接，同軸線外導(dǎo)體與金屬地板相連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明采用的波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，可供優(yōu)化的天線設(shè)計參數(shù)多， 設(shè)計自由度大；槽線可以充分利用金屬貼片面積，金屬貼片的表面利用率提高；此微帶天線只改變槽線的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低；且槽線的拐角平滑，對表面電流的反射較小， 易于匹配。(2)本發(fā)明可縮減天線尺寸，拓展應(yīng)用場合，能夠滿足天線需求。
圖IA為本發(fā)明實施例的俯視示意圖；圖IB為本發(fā)明實施例的側(cè)視示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的關(guān)于軸比的仿真數(shù)據(jù)圖；圖3為本發(fā)明實施例的關(guān)于反射系數(shù)的仿真數(shù)據(jù)圖；圖4為本發(fā)明實施例的關(guān)于輻射方向圖的仿真數(shù)據(jù)圖。其中，附圖標(biāo)記100:金屬貼片 110a:第一波浪形槽
4
200 介質(zhì)基板 IlOb:第二波浪形槽
202 第一表面 IlOc:第三波浪形槽204 第二表面 IlOd第四波浪形槽
300 金屬地板 IlOe第五波浪形槽F:饋電點 IlOf第六波浪形槽Fl 同軸線內(nèi)導(dǎo)體 IlOg第七波浪形槽
F2:同軸線外導(dǎo)體 IlOh第八波浪形槽
L 金屬貼片邊長 120a第一正方形連接
D:槽寬度 120b第二正方形連接T:厚度 120c第三正方形連接W 槽間距 120d第四正方形連接R 半圓半徑 130a第一半圓130b 第二半圓 140a第一切角 130c 第三半圓 140b第二切角
130d:第四半圓
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。請參照圖IA和圖1B，其為本發(fā)明較佳實施例的微帶天線的側(cè)視和俯視示意圖。如圖IA所示，金屬貼片100具有一槽結(jié)構(gòu)，此槽結(jié)構(gòu)暴露出部分的介質(zhì)基板200 的第一表面202。槽孔結(jié)構(gòu)由八個波浪形槽IlOa至IlOh與四個正方形連接槽120a至120d 所組成；該第一波浪形槽IlOa由第一半圓至第四半圓130a至130d所組成，其中第一半圓130a與第二半圓130b首尾相連，第二半圓130b與第三半圓130c首尾相連，第三半圓 130c與第四半圓130d首尾相連，這四個半圓半徑一致，且四個圓心的連線平行于該金屬貼片的一側(cè)邊；第二波浪形槽IlOb與第一波浪形槽IlOa互為鏡射(mirror-reflected)，將第一波浪形槽IlOa與第二波浪形槽IlOb視為一個整體，將這個整體沿著該金屬貼片的中心依次順時針旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°，分別得到第三、四波浪形槽110c、110d，第五、六波浪形槽110e、110f，第七、八波浪形槽IlOgUlOh ；四正方形連接槽，由第一正方形連接槽至第四正方形連接槽120a至120d所組成，其中第一正方形連接槽120a位于兩個相鄰又不相對稱的第一波浪形IlOa槽及第八波浪形槽IlOh的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽自然地連接在一起，第二正方形連接槽120b位于兩個相鄰又不相對稱的第二、三波浪形槽 IlObUlOc的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第三正方形連接槽120c 位于兩個相鄰又不相對稱的第四、五波浪形槽llOcUllOe的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第四正方形連接槽120d位于兩個相鄰又不相對稱的第六、七波浪形槽IlOfUlOg的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起。該金屬貼片100的兩個相對的角各被切掉一個尺寸相同的等邊直角三角形140a及140b，以暴露出三角形下方的該介質(zhì)基板200的第一表面202。如圖IB所示，介質(zhì)基板200 (例如印刷電路板)具有相互平行的第一表面202和第二表面204，金屬貼片100(例如正方形)形成于介質(zhì)基板200的第一表面202中，金屬地板300形成于介質(zhì)基板200的第二表面204上，其中金屬地板300可覆蓋部分或全部的第二表面204。介質(zhì)基板200可由例如玻璃纖維(FR4)材料或其它材料所制成的印刷電路板，而金屬貼片100和金屬地板300由金屬材料所制成。饋電點(feeding point)F位于該第一波浪形槽IlOa與該第二波浪形槽IlOb的中間位置。本發(fā)明的饋電形式采用同軸線內(nèi)導(dǎo)體Fl直接焊接至金屬貼片100饋電點F位置的方式，即同軸線內(nèi)導(dǎo)體Fl穿過金屬接地面、與金屬貼片100相連接，同軸線外導(dǎo)體F2 與金屬地板300相連接。另外，如圖IA所示，本較佳實施例的介質(zhì)基板200的厚度T為1. 524mm，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4. 47。如圖IB所示，金屬貼片100的邊長L為27. 8mm。第一半圓至第四半圓130a至130d的半徑R為1. 4mm。波浪形槽寬度D為1mm。第一波浪形槽IlOa與第二直線槽IlOb之間的槽間距W( > 2R)為4mm。第一切角140a與第二切角140b尺寸為2. 7mm。 饋電點F與金屬貼片100的中心位置(標(biāo)示為0)的距離為6. 8mm。以上所述的饋電點F及同軸線內(nèi)外導(dǎo)體Fl、F2的位置、以及微帶天線的尺寸與形狀僅為舉例說明，并不作為對本發(fā)明的限制。如圖2所示，其為本發(fā)明實施例的具有波浪形槽結(jié)構(gòu)的微帶天線關(guān)于軸比的仿真數(shù)據(jù)圖。其中當(dāng)天線工作頻率為2. 045GHz時，軸比為5. 3。如圖3所示，其為本發(fā)明實施例的具有波浪形槽結(jié)構(gòu)的微帶天線關(guān)于反射系數(shù)的仿真數(shù)據(jù)圖。其中當(dāng)天線工作頻率為2. 045GHz時，反射系數(shù)低于-12dB。此外本發(fā)明實施例的具有波浪形槽結(jié)構(gòu)的微帶天線的帶寬為13MHz。如圖4所示，其為本發(fā)明實施例的具有波浪形槽結(jié)構(gòu)的微帶天線工作頻率為 2.045GHz時的輻射方向圖。其中，包含Φ = 0°、45°、90°、135°剖面的RHCP(右旋圓極化)和LHCP(左旋圓極化)輻射方向圖。從圖4可得知，本實施例的輻射方向圖呈現(xiàn)良好的圓極化特性，可以滿足使用者的需求。由上述本發(fā)明較佳實施例可知，應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)點為可大幅地縮減天線尺寸，并降低加工成本。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，其特征在于至少包括 介質(zhì)基板，具有相互平行的第一表面和第二表面；金屬貼片，位于所述介質(zhì)基板的第一表面中，所述金屬貼片具有槽結(jié)構(gòu)，以暴露出部分的所述介質(zhì)基板，所述槽結(jié)構(gòu)具有八波浪形槽，由第一波浪形槽至第八波浪形槽所組成；所有波浪形槽的尺寸相同；從八波浪形槽選取兩個互為鏡射的一組波浪形槽為基準(zhǔn)，其他六個波浪形槽都可由互為鏡射的一組通過繞金屬貼片中心位置旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°所得到；四正方形連接槽，由第一正方形連接槽至第四正方形連接槽所組成；所有正方形連接槽的尺寸相同；四正方形連接槽將兩個相鄰但不為鏡射的波浪形槽相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，其特征在于所述八波浪形槽的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)如下第一波浪形槽由第一半圓至第四半圓所組成，其中第一半圓與第二半圓首尾相連，第二半圓與第三半圓首尾相連，第三半圓與第四半圓首尾相連，這四個半圓半徑一致，且四個圓心的連線平行于所述金屬貼片的一側(cè)邊；第二波浪形槽與第一波浪形槽互為鏡射，鏡射對稱軸位于所述金屬貼片的兩平行側(cè)邊的中軸線；所述波浪形槽的四個半圓的半徑不大于該四個半圓中任意一個圓的圓心到所述金屬貼片的兩平行側(cè)邊的中軸線的距離；將第一波浪形槽與第二波浪形槽視為一個整體，將這個整體沿著所述金屬貼片的中心順時針旋轉(zhuǎn)90°，得到第三、四波浪形槽，順時針旋轉(zhuǎn)180°，得到第五、六波浪形槽，順時針旋轉(zhuǎn)270°，得到第七、八波浪形槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，其特征在于所述四正方形連接槽的結(jié)構(gòu)如下第一正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第一波浪形槽與第八波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第二正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第二、三波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第三正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第四、五波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起；第四正方形連接槽位于兩個相鄰又不相對稱的第六、七波浪形槽的第一半圓的起點處，使這兩個波浪形槽連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，其特征在于所述金屬貼片的形狀為一正方形，在所述金屬貼片的兩個相對的角各被切掉一個尺寸相同的等邊直角三角形，以暴露出三角形下方的所述介質(zhì)基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，其特征在于所述微帶天線還具有金屬地板，位于所述介質(zhì)基板的第二表面上，并與所述第二表面重合； 饋電點，位于所述第一波浪形槽與所述第二波浪形槽的中間位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，其特征在于所述微帶天線的饋電形式采用同軸線內(nèi)導(dǎo)體直接焊接至金屬貼片饋電點位置的方式，即同軸線內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地板、與金屬貼片相連接，同軸線外導(dǎo)體與金屬地板相連接。
全文摘要
一種采用波浪形槽結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線，借以減少天線尺寸，拓展應(yīng)用場合，降低加工成本，來滿足天線需求，該微帶天線采用同軸饋電結(jié)構(gòu)，并包括介質(zhì)基板、金屬地板和具有槽結(jié)構(gòu)的金屬貼片，其中金屬貼片位于介質(zhì)基板上表面，而槽結(jié)構(gòu)是由八個波浪形槽與四個正方形連接槽所組成，其中從八個波浪形槽中選取兩個互為鏡射的一組波浪形槽為基準(zhǔn)，其他六個波浪形槽都可由互為鏡射的一組通過繞金屬貼片中心位置旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°所得到，四個正方形連接槽將兩個相鄰但不為鏡射的波浪形槽相連接。本發(fā)明可縮減天線尺寸，并降低加工成本。
文檔編號H01Q1/38GK102280701SQ20111012054
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者丁青, 呂善偉, 張巖, 甄可龍, 石慶琳 申請人:北京航空航天大學(xué)