[发明专利]一种基于互补裂口谐振环的宽带低剖面微带贴片天线

说明书

技术领域

本发明涉及到天线技术领域，尤其涉及一种基于互补裂口谐振环的宽带低剖面微带贴片天线。

背景技术

微带贴片天线是一种极有吸引力的天线类型，它具有成本低、重量轻、共形特征以及易于大规模生产的突出优点。然而，在应用中微带贴片天线最主要的障碍是极为有限的工作带宽。典型的微带贴片天线的阻抗带宽只有百分之几量级。因此，许多研究工作都集中于如何扩展微带贴片天线的频率带宽的技术上。比如目前较为流行的分层贴片技术、孔径耦合技术、E型贴片技术等。但是为了获得超过百分之二十的分数阻抗带宽，以上技术均需要较厚的介质基片或者空气层，从而增加了天线的剖面高度，严重影响天线的共形与集成性能。对新型电磁特异材料的研究为低剖面微带天线宽带化提供了新的解决方案。目前国际上利用特异材料结构实现微带天线的宽带化的方式主要有两类：一类是在天线上加载特异材料单元结构产生与辐射贴片基模频率相近的谐振，从而扩展天线工作频带；另一类是在天线的底部腐蚀周期性的磁性特异材料结构，降低天线的Q值，从而达到扩展阻抗带宽的目的。但是，在辐射贴片上加载特异材料单元将明显降低天线的辐射效率和增益；同时，在底部腐蚀特异材料结构将不可避免的增强后向辐射，降低辐射能量的前后比。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于裂口谐振环的宽频带低剖面微带天线，它利用两层薄介质基片，并在两层介质基片间设置有特异材料单元的寄生贴片，从而保证天线在低剖面的前提下，获得宽频带工作性能。本发明的目的是这样实现的：

一种基于互补裂口谐振环的宽带低剖面微带贴片天线，包括辐射部分、寄生部分、介质基板、接地板和馈线，所述辐射部分包括金属辐射贴片，所述金属辐射贴片为一特殊对称结构金属片，通过在矩形金属片的一侧外凸、另一侧内凹而形成；

所述寄生部分包括矩形结构的金属寄生贴片和互补裂口谐振环，且在金属寄生贴片上设置有圆孔，所述互补裂口谐振环包围圆孔设置在金属寄生贴片上；且所述互补裂口谐振环与圆孔的圆心均处于金属寄生贴片的对称线上；

所述介质基板为等厚的两层结构，上层位于金属辐射贴片与金属寄生贴片之间；下层位于金属寄生贴片与接地板之间；所述接地板设置在介质基板的正下方；

所述馈线包括内芯线和屏蔽层，其中馈线上端裸露的内芯线穿过接地板、下层介质基板、圆孔和上层介质基板后与金属辐射贴片连接。

进一步的，所述金属辐射贴片、金属寄生贴片、接地板的厚度均为0.01mm～0.05mm。

进一步的，所述金属辐射贴片的外凸和内凹部分均为矩形。

进一步的，所述金属辐射贴片的矩形部分的长L1为13mm～15mm，宽W1为12mm～14mm；且外凸矩形的长L2为2mm～2.5mm，宽W2为5mm～7mm；内凹矩形的长L3为0.5mm～1.5mm和宽W4为4mm～6mm。

进一步的，所述金属寄生贴片的长L4为16mm～18mm和宽W5为14mm～15mm。

进一步的，所述互补裂口谐振环外环半径R1为5mm～6mm，内环半径R2为3mm～3.5mm，裂口角度θ为30°～60°，且所述圆孔的半径R3为1mm～1.5mm。

进一步的，所述圆孔的圆心到金属寄生贴片宽边的距离L5为6mm～6.5mm；互补裂口谐振环到金属寄生贴片宽边的距离L6为8mm～9mm。

进一步的，所述介质基板的厚度H1为3mm～4mm；其相对介电常数ε_r在4～5之间。

相较于现有技术，本发明一种基于裂口谐振环的宽频带低剖面微带天线具有以下的显著优点：通过在辐射片与接地板间设置有互补裂口谐振环的寄生贴片，使天线在原有工作模式的基模频点附近产生了两个工作模式，将天线的阻抗带宽提高了约四倍，并具有良好的阻抗匹配、辐射效率和边射峰值增益。

并且，相对于现阶段的微带贴片天线各种加载形式，设有互补裂口谐振环的寄生贴片不仅具有显著的阻抗带宽扩展优势，而且没有严重牺牲天线的结构指标和性能，包括：1)没有增加天线的剖面高度；2)没有明显降低微带贴片天线的辐射性能，比如辐射能量前后比和峰值增益。该天线形式简单、结构紧凑、易于集成，可使其应用于多种有限的低尺寸安装平台，如无线传感器、超薄笔记本、智能手机等，且具有价格低廉、易于大规模批量生产的优势。

附图说明

图1是本发明一种基于互补裂口谐振环的宽带低剖面微带贴片天线的整体示意图；

图2是本发明一种基于互补裂口谐振环的宽带低剖面微带贴片天线的金属辐射贴片结构图；