一種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線，具有寬頻帶、小型化等特點(diǎn)， 能夠廣泛應(yīng)用于軍事通信和移動電子設(shè)備當(dāng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和新材料和新工藝的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了多功能、小 型化電子設(shè)備的應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展。因此電子設(shè)備天線的寬頻帶和小型化研究就成為天 線研究領(lǐng)域中的一個重要分支。
[0003] 微帶貼片天線具有剖面低、加工制作方便、易于共形結(jié)構(gòu)設(shè)計等諸多優(yōu)點(diǎn)，小型化 微帶貼片天線受到越來越多的關(guān)注和研究。隨著移動通信的迅速發(fā)展，出現(xiàn)各種微帶貼片 天線小型化方法，主要有以下幾種措施：采用高介電常數(shù)基板是一種有效的方法；采用加 載技術(shù)可以有效地在固定的工作頻率上縮小天線尺寸；采用曲流技術(shù)，主要包括貼片曲流 方法和地板曲流方法；平面倒F和平面倒L天線設(shè)計等。
[0004] 但是，微帶貼片天線的最大帶寬和增益決定于它的尺寸，減小天線尺寸會使天線 的效率下降，工作帶寬變窄。在減小天線尺寸的同時，為了使天線實(shí)際可用，且天線輸入端 口駐波比（VSWR)滿足要求，需要天線和負(fù)載之間的獲得良好的匹配，有效的方法之一是實(shí) 現(xiàn)天線的自諧振，即在天線的工作頻率上天線的輸入阻抗呈純阻性。本發(fā)明在減小微帶貼 片天線輻射貼片二維的尺寸同時，通過容性貼片耦合饋電，獲得良好的阻抗匹配，有效增加 了工作帶寬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧寬頻帶和小型化方面的不足，提 供一種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線，具有寬頻帶、低剖面、尺寸小、重量輕、易于加工 的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：
[0007] -種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線，包括輻射貼片，容性耦合饋電貼片，接地 板，金屬短路面，輻射貼片開槽，微帶介質(zhì)基板，泡沫介質(zhì)基板；
[0008] 所述泡沫介質(zhì)基板置于微帶介質(zhì)基板和接地板中間；
[0009] 所述輻射貼片位于微帶介質(zhì)基板正面中部，容性耦合饋電貼片位于微帶介質(zhì)基板 反面；輻射貼片和容性耦合饋電貼片可根據(jù)需要設(shè)計成其他任何規(guī)則的形狀，如三角形、橢 圓等；
[0010] 所述輻射貼片刻蝕一開槽，其形狀可以為U型、Y型、E型、十字型、圓環(huán)等；
[0011] 所述金屬短路面位于輻射貼片一側(cè)的邊緣，連接輻射貼片的邊緣和接地板；
[0012] 天線采用同軸饋電，同軸內(nèi)導(dǎo)體穿過泡沫介質(zhì)基板的同軸孔，與容性耦合饋電貼 片相連接。
[0013] 本發(fā)明中輻射貼片、容性耦合饋電貼片以及輻射貼片開槽的形狀、尺寸均需對微 帶貼片天線性能的仿真優(yōu)化來確定容性耦合饋電貼片與輻射貼片之間間隔的最佳距離也 到通過對天線性能的仿真優(yōu)化來確定。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的實(shí)質(zhì)性突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 將泡沫介質(zhì)基板置于微帶介質(zhì)基板和接地板中間，能夠在增加介質(zhì)基板厚度的同 時，有效降低等效介電常數(shù)，從而拓展天線的工作帶寬；
[0016] 在輻射貼片一側(cè)的邊緣加載金屬短路面，將通常半波長結(jié)構(gòu)的矩形微帶天線兩開 路端中間的零電位線與地短接，形成開路到短路的駐波結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)天線在與短路面垂直方 向的長度減少一半，將半波長結(jié)構(gòu)縮短為四分之一波長結(jié)構(gòu)；
[0017] 通過在輻射貼片上開槽，彎曲天線貼片表面激勵電流的路徑，使常規(guī)形狀的貼片 表面電流路徑彎曲，增加了天線貼片的有效長度，從而使諧振頻率降低，實(shí)現(xiàn)天線在另一維 尺寸的小型化；
[0018] 采用容性貼片耦合饋電，抵消處于容性貼片和接地板之間的同軸內(nèi)導(dǎo)體所引起的 感性電抗，實(shí)現(xiàn)天線的自諧振，達(dá)到良好的阻抗匹配，從而降低天線的等效品質(zhì)因素，實(shí)現(xiàn) 天線工作帶寬的增加。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明容性耦合饋電與普通同軸直接饋電方式的天線駐波比較。
[0023] 圖5為本發(fā)明中心頻率E面方向圖。
[0024] 圖6為本發(fā)明中心頻率H面方向圖。
[0025] 圖中標(biāo)注分別表示為：1-矩形輻射貼片，2-圓形容性耦合饋電貼片，3-接地板， 4_金屬短路面，5-輻射貼片U型開槽，6-微帶介質(zhì)基板，7-泡沫介質(zhì)基板，8-同軸孔。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合一個具體實(shí)施及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施 方式不限于此。
[0027] 圖2和圖3是本發(fā)明一個具體實(shí)施結(jié)構(gòu)圖，一種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天 線，包括矩形輻射貼片1，圓形容性耦合饋電貼片2,接地板3,金屬短路面4,輻射貼片U型 開槽5,微帶介質(zhì)基板6,泡沫介質(zhì)基板7,同軸孔8。輻射貼片和容性耦合饋電貼片可根據(jù) 需要設(shè)計成其他任何規(guī)則的形狀，如三角形、橢圓等。輻射貼片開槽也可以選取其他形式， 如十字型、E型、圓環(huán)等。為了減小天線的尺寸，在位于輻射貼片1 一側(cè)的邊緣加載金屬短 路面4,連接輻射貼片1的邊緣和接地板3,形成開路到短路的駐波結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)四分之一波長 結(jié)構(gòu)。除此，在矩形輻射貼片1上刻蝕U型開槽5,將天線貼片表面激勵電流從同軸沿開槽 彎曲，增加了天線貼片的有效長度，從而使諧振頻率降低，實(shí)現(xiàn)天線小型化。矩形輻射貼片 1的長度為L、寬度為W，距離接地板的距離為H ;U型開槽5的長度和寬度分別為La、Lb、Wa、 \。
[0028] 本具體實(shí)施寬帶容性饋電小尺寸型化微帶貼片天線的中心頻點(diǎn)為I. 08GHz，為了 實(shí)現(xiàn)天線的寬頻帶，采用相對介電常數(shù)為2. 2的微帶介質(zhì)基板和相對介電常數(shù)為1的泡沫 介質(zhì)基板，天線采用同軸饋電，同軸內(nèi)導(dǎo)體穿過泡沫介質(zhì)基板的同軸孔8，與容性耦合饋電 貼片2相連接。
[0029] 微帶貼片天線總的輸入阻抗為：Zin= ZR+j\，其中：ZR是基本諧振模式的天線輸入 阻抗義是高階模在同軸內(nèi)導(dǎo)體中所產(chǎn)生的感抗部分，且A =3tail(0·從AM2·25''%)其 TH 中n，k分別為特性阻抗和介質(zhì)中的波數(shù)。為了補(bǔ)償同軸內(nèi)導(dǎo)體所引起的感抗部分，拓寬天 線的工作頻帶，采用容性耦合饋電貼片加載，容性耦合饋電貼片所產(chǎn)生的電容應(yīng)該和同軸 內(nèi)導(dǎo)體的電感滿足串聯(lián)諧振條件，即W1^CX 1= 1。當(dāng)C確定后，可以由C= ε。ε JjtD2/4H2+2D In(0. 38D/H2)]來確定圓形容性耦合饋電貼片2的直徑D和容性耦合饋電貼片與輻射貼片 之間間隔的最佳距離H 2。
[0030] 圖4為本發(fā)明容性耦合饋電與普通同軸直接饋電方式的仿真天線駐波比較。由圖 3可知，虛線為傳統(tǒng)的同軸饋電的駐波曲線，天線只有一個諧振點(diǎn)，引入容性耦合饋電貼片 加載后，產(chǎn)生另一諧振點(diǎn)，因此天線的工作VSWR〈2. 0的頻帶為0. 98GHz~I. 18GH，工作帶寬 達(dá)到18. 5%。
[0031 ] 圖5和圖6為本具體實(shí)施天線在中心頻點(diǎn)的E面和H面仿真方向圖，可以發(fā)現(xiàn)，該 天線在滿足寬頻帶和小型化的同時，具有穩(wěn)定的輻射特性。
【主權(quán)項】
1. 一種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線，包括輻射貼片，容性耦合饋電貼片，接地 板，金屬短路面，輻射貼片開槽，微帶介質(zhì)基板，泡沫介質(zhì)基板，其特征在于：泡沫介質(zhì)基板 置于微帶介質(zhì)基板和接地板中間；輻射貼片位于微帶介質(zhì)基板正面中部，容性耦合饋電貼 片位于微帶介質(zhì)基板反面；輻射貼片上刻蝕一開槽；金屬短路面位于輻射貼片一側(cè)的邊 緣，連接輻射貼片的邊緣和接地板；天線采用同軸饋電，同軸內(nèi)導(dǎo)體穿過泡沫介質(zhì)基板的同 軸孔，與容性耦合饋電貼片相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線，其特征在于，所述輻射 貼片的形狀為長方形、正方形、圓形或三角形；所述容性耦合饋電貼片的形狀為長方形、正 方形、圓形或三角形。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線，其特征在于，所述輻射 貼片開槽的形狀為U型、Y型、E型、十字型或圓環(huán)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶容性饋電小型化微帶貼片天線。本發(fā)明將泡沫介質(zhì)基板置于微帶介質(zhì)基板和接地板中間，增加介質(zhì)基板厚度，同時降低等效介電常數(shù)，拓展天線的工作帶寬；在輻射貼片一側(cè)的邊緣加載金屬短路面，形成開路到短路的駐波結(jié)構(gòu)，天線在與短路面垂直方向的長度為四分之一波長；通過在輻射貼片上開槽，彎曲天線貼片表面激勵電流的路徑，增加了天線貼片的有效長度，從而使諧振頻率降低，實(shí)現(xiàn)天線在另一維尺寸的小型化；采用容性貼片耦合饋電，達(dá)到良好的阻抗匹配，從而降低天線的等效品質(zhì)因素，實(shí)現(xiàn)天線工作帶寬的增加。本發(fā)明克服現(xiàn)有微帶貼片天線在兼顧寬頻帶和小型化方面的不足，具有寬頻帶、低剖面、尺寸小、重量輕、易于加工的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q1/48, H01Q1/12, H01Q1/50
【公開號】CN105244614
【申請?zhí)枴緾N201510726323
【發(fā)明人】袁洪, 祁崢東, 肖鴻
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月29日