[发明专利]一种基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线

说明书

本发明涉及微波与天线技术领域，尤其涉及一种基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线，包括从上到下依次设置的矩形贴片、介质基板和金属地面，矩形贴片的辐射边加载第一短路壁，矩形贴片的非辐射边加载相对的第二短路壁和第三短路壁，矩形贴片的下方设置有短路销钉组成的阵列，短路销钉贯穿介质基板。本发明低剖面，但中心带宽可以达到21.7％的，通过加载短路壁使得天线的辐射方向图有所改善，E面旁瓣降低，有效减小H面交叉极化。

技术领域

本发明涉及微波与天线技术领域，尤其涉及一种基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线。

背景技术

微带贴片天线是微带天线中最基本、最常见的形式。微带贴片天线结构简单，由底层的导体接地板，中间层的介质基板和上层的导体贴片构成，因为介质基板厚度相比波长很小，所以能实现小型化。微带天线的低剖面平面结构是其最显著的特点，所以易与柱面、曲面等形状的载体共形。但是低剖面结构也导致了微带贴片天线形如漏波空腔，谐振特性近似RLC并联谐振电路，Q值高，因此天线的阻抗带宽很窄。

目前双模谐振低剖面宽带贴片天线，分别采用差分馈电和孔径耦合馈电，通过增加短路销钉能有效增强工作带宽至13％，但也由于一种模式谐振频率增加，使得E面副瓣急剧上升到0dB附近。

目前主要有以下一些方法展宽微带天线带宽：

(1)使用高厚度或者使用低介电常数的介质基板来降低等效电路Q值，从而增加阻抗带宽，但是这种平面天线中的表面波泄漏增加，导致辐射效率较差；

(2)改进馈电方式，例如采用电磁耦合馈电，使用L形探针馈电等方式，但是天线辐射模式会随频率变化，而且交叉极化较高；

(3)用寄生元件组合多种耦合谐振模式增加带宽，但其体积会增大很多，会破坏微带贴片天线的低剖面特性。

另外在辐射贴片上蚀刻U形槽，在主谐振点附近引入了额外的谐振模式来展宽带宽，但天线的厚度较大；类似结构还有单层E形微带天线、层叠E形微带天线等。

在矩形贴片上加载多缝隙来同时激发两个正交模式，实现带宽增强和结构紧凑，在0.01λ₀的低剖面基础上实现了3.8％的阻抗带宽，但因使用高损耗的FR-4基材和蚀刻多缝隙，导致天线增益偏低，交叉极化高达-5dB。

在圆形贴片上加载短路针，重构了两种模式的谐振频率，在单极子辐射模式下实现了18％的宽阻抗带宽，能保持0.024λ₀的低剖面特性，缺点是在工作频带内辐射峰值不能稳定；

在等边三角形贴片下放置短路销钉并蚀刻V形缝隙，激发两种模式，使天线带宽达到32％，但天线厚度也增加到0.09λ₀。

发明内容

本发明提供了一种基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线，同时具有增强带宽和改善辐射特性的优点。

为了实现本发明的目的，一种基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线，包括从上到下依次设置的矩形贴片、介质基板和金属地面，矩形贴片的辐射边加载第一短路壁，矩形贴片的非辐射边加载相对的第二短路壁和第三短路壁，矩形贴片的下方设置有短路销钉组成的阵列，短路销钉贯穿介质基板。

作为本发明的优化方案，矩形贴片上设置有条形缝隙，条形缝隙与短路销钉组成的阵列平行。

作为本发明的优化方案，条形缝隙开设在TM_3/2，0模式的零电流位置处，短路销钉组成的阵列开设在TM_3/2，0模式电场节点处。

作为本发明的优化方案，单个短路销钉在矩形贴片的中心平面处沿x方向距离第一短路壁11距离Pin_x为：

Pin_x＝0.75P_x