[发明专利]高增益蝶形微带枝节天线

说明书

本发明公开了高增益蝶形微带枝节天线，涉及一种天线微波技术领域，包括金属层、微波介质层、接地金属层和同轴端口，由辐射金属层、微波介质层和接地金属层依次层压而成，并用同轴端口进行馈电。辐射金属层包括辐射部分和阻抗匹配部分，辐射部分则包含一个蝶形金属环和两组镜像对称放置的辐射枝节，通过改进传统微带枝节天线的排列及馈电形式，用蝶形环给两组不等长的微带枝节馈电，实现了13％的带宽；利用蝶形环上不同点处的场分布的特点，使得馈电结构也能产生有效辐射；在保持微带天线的简单单层结构的情况下，将辐射枝节较均匀地排布在辐射层，使得天线在整体口径接近1个波长的尺寸下，实现了较均匀的幅相分布，获得了约10.5dBi的增益。

技术领域

本发明涉及天线微波技术领域，具体是高增益蝶形微带枝节天线。

背景技术

近年来，随着信息技术的发展，人们对信息传输速率的要求越来越高，毫米波波段因其较宽的频谱而受到广泛关注。微带天线具有低剖面、易集成、易于实现多种极化的优点，尤其便于运用于小型化设备，在当今时代有着广泛的应用空间。

微带天线工作于谐振状态，具有较高的Q值从而使得其带宽较窄，目前常用的解决方法包括使用缝隙馈电、开槽、使用多层结构等以实现多个谐振点扩展带宽，但大多数方法都会使天线的复杂度上升、成本增高。同时，由于微带天线是一种漏波空腔结构，当工作频率和介质一定时，传统微带贴片天线的尺寸可变范围小，单元增益的提升也受到限制。传统上通过多单元组阵的方式提高增益，由于引入了馈电网络，也进一步提高了设计的复杂度。因此，通过对传统微带天线进行研究改进，在保持天线的低剖面与简单结构的同时，扩展其带宽并提升其增益，满足对高增益单元的应用需求有着重要的实用意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供高增益蝶形微带枝节天线，针对传统微带天线带宽窄、增益低的特点，通过在蝶形环状贴片结构上增加多路辐射枝节并改进馈电方式，在保持微带天线的低剖面与简单结构的优点的同时，实现了天线带宽扩展和增益的提升。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括金属层、微波介质层、接地金属层和同轴端口，所述微波介质层介于辐射金属层和接地金属层之间，选用介电常数为2～5，厚度为工作频率对应自由空间波长的1/20～1/10范围的微波介质材料，同时辐射金属层、接地金属层通常选用厚度为18μm或35μm的铜，并且接地金属层上开设有同轴端口，同轴端口4和辐射金属层1连通在一起，其中天线采用50欧姆的同轴端口进行探针馈电，能量由同轴端口进入，其外芯与接地金属层相连接，内芯沿探针与辐射金属层相连，从而产生有效辐射。

作为本发明进一步的方案：所述辐射金属层由辐射部分和阻抗匹配部分组成，阻抗匹配部分安装在辐射部分的底部侧壁上，所述辐射部分包含一个蝶形金属环和两组镜像对称放置的辐射枝节，同时所述蝶形金属环由平行于枝节长度方向的传输线和弯折传输线组成，具有产生有效辐射和给辐射枝节馈电的双重作用，所述传输线的长度一般为0.45～0.55λg，宽度为0.03～0.2λg；弯折传输线的长度为0.8～1.2λg，宽度为0.03～0.08λg。

作为本发明进一步的方案：所述两组辐射枝节镜像对称地放置在弯折传输线的外侧，每组辐射枝节均包含2N+1个的单枝节，N在0～3之间；当N＝0时，每组枝节只有一个枝节，且枝节恰好位于弯折传输线的弯折点，也即弯折传输线的中点；当1≤N≤3，每组枝节的枝节个数多于1，在宽度方向上，枝节都是等距等宽的，相邻枝节间形成缝隙，且处于中间位置的枝节恰好位于弯折传输线的弯折点；在长度方向上，每组枝节在远离蝶形环的一侧是对齐的，在靠近蝶形环的一侧枝节刚好与蝶形环的边缘相连接，从而形成2N+1个不等长的枝节，其中，位于弯折传输线的中心点处的枝节的长度最长，距离弯折传输线的中心点处最远的枝节的长度最短，为有效地产生辐射，辐射枝节的总宽度为0.2～0.7λg，辐射枝节中的枝节长度为0.25～0.80λg。

作为本发明进一步的方案：所述微波介质层所用材料为Rogers5880，其介电常数为2.2，厚度为0.508mm，尺寸为13mm×16mm，同时天线工作的中心频率为35GHz。