一种小型化三频段微带天线的制作方法

1.本发明属于微波器件领域，涉及一种小型化三频段微带天线，更具体涉及一种工作在两个圆极化频段和一个全向辐射线极化频段的小型化三频段微带天线。


背景技术：

2.无线通信技术的不断发展，对作为射频前端的天线提出了更高的要求。天线在小型化、宽带化(包括多频段)、以及一体化等方面受到了更多的重视，由于空间局限等实际情况需要，在很多应用中需要将天线放置在一起工作，这就导致了天线之间的耦合成为了影响天线性能的重要因素，因此设计出可以工作于多频段的具有良好特性的复合天线十分必要。
3.圆极化天线具有可辐射或接收任意极化波、较强的抗干扰能力、不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离等优点，在通信、雷达、定位和电子对抗等系统中得到了广泛的应用。具有全向辐射特性的全向线极化天线，由于其来波可为任意方向，在移动通信中得到了广泛的应用。
4.因此，本领域存在着对可工作于多频段的具有良好特性，能够同时满足不同应用需求的复合天线的迫切需要。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种综合了圆极化天线与全向线极化天线，能够满足射频系统综合化需求，减少平台上天线数量，解决有限空间内的天线严重耦合问题，缓解现代先进平台上天线的布局压力的小型化三频段微带天线。
6.为了实现上述发明目的，根据本发明的一个实施方式提供了一种小型化三频段微带天线包括：金属地；下层介质基板，其被设置在金属地上；下层贴片，其被设置在下层介质基板上，在该下层贴片上形成有切角；上层介质基板，其被设置在下层贴片上；上层贴片，其被设置在上层介质基板上，在该上层贴片上形成有切角；同轴探针，其被设置成穿过所述下层介质基板、下层贴片和上层介质基板并与上层贴片接合，用于为所述上层贴片馈电；和短路探针，其被设置成穿过所述下层介质基板和上层介质基板并与所述上层贴片连接。
7.可选地，在另一个实施方式中，所述金属地、下层介质基板、下层贴片、上层介质基板和上层贴片可形成为大致正方形形状，并且大致中心重叠地叠置。
8.可选地，在另一个实施方式中，所述上层贴片的切角在一对角线方向对称地形成。
9.可选地，在另一个实施方式中，所述上层贴片可包括在与所述切角不同的另一对角线方向对称设置的对角短截线，该对角短截线用于与所述短路探针连接。
10.可选地，在另一个实施方式中，所述上层贴片可包括设置在其四周的周围短截线，其长度短于该上层贴片的边长。
11.可选地，在另一个实施方式中，所述下层贴片的切角在一对角线方向对称地形成，该下层贴片的切角形成在与所述上层贴片的切角不同的方位上。
12.可选地，在另一个实施方式中，所述下层贴片包括形成在大致中心位置的矩形开口。
13.可选地，在另一个实施方式中，所述下层贴片包括形成在与其上的所述切角不同方位的对角上的l形槽。
14.可选地，在另一个实施方式中，所述同轴探针被设置在从所述上层贴片的中心偏离的位置处。
15.为了实现前述发明目的，根据本发明的另一个实施方式提供了一种小型化三频段微带天线，该天线包含两个左旋圆极化频段与一个全向辐射线极化频段三个频段，采用微带贴片天线为基本形式，使用两层贴片的堆叠来实现天线的多频段工作，对贴片进行切角处理以及馈电从中心点偏移来实现圆极化，上层贴片通过同轴探针馈电，下层贴片由上层贴片电磁耦合激励，在上层贴片上加载短截线和短路探针来改善天线的圆极化轴比和全向辐射方向图的圆度。
16.根据本发明的另一个实施方式提供了一种小型化三频段微带天线，该天线的基本形式为微带天线，使用两层贴片及贴片切角、短截线与短路探针加载实现所需功能。可选地，该天线结构从下到上可分为5层，依次为：金属地
‑
下层介质基板
‑
下层贴片
‑
上层介质基板
‑
上层贴片，所述天线使用同轴探针馈电，所述下层贴片有切角设计及开槽设计，所述上层贴片有切角及短截线加载设计，并由形成在上层贴片的对角线上的短截线连接容纳短路探针的短路通孔。
17.优选地，所述小型化三频段微带天线的下层贴片的其中一个对角线上形成有切角，以保证天线的圆极化，所述下层贴片的另一个对角线形成有开槽，且下层贴片中心形成有开口结构，用于改善天线的阻抗匹配。可选地，所述开槽为l形槽。可选地，该开口结构为矩形开口。
18.优选地，所述小型化三频段微带天线的上层贴片的其中一个对角线上具有切角结构，以保证天线的圆极化，所述上层贴片四周有周围短截线加载，可以用来调整该天线圆极化及线极化的工作频带，所述上层贴片的另一个对角线设置有对角短截线，用于连接短路通孔中的短路探针，改善线极化工作频段的全向辐射特性。
19.优选地，所述天线的上层贴片通过同轴探针馈电，下层贴片通过上层贴片电磁耦合激励。
20.优选地，所述天线的上层贴片和下层贴片的尺寸随天线工作频段的增大而减小，所述天线的馈电位置随天线的工作频率变化而变化。
21.优选地，所述天线的金属地、上层贴片和下层贴片均由厚度为0.2
‑
0.8mm的铜材料印刷制成。另外可选地，所述上层介质基板和下层介质基板的介电常数ε的范围为1
‑
100。
22.与现有技术相比，根据本发明的实施方式提供的小型化三频段微带天线的优势在于以下几点：包括两个圆极化频段与一个全向线极化频段；将原先独立工作在三个不同频段的，左旋圆极化及全向线极化的三个天线综合为一个天线，减少天线数量，减小天线布局所需的空间；在最上层贴片的其中一个对角线上通过对角短截线连接短路通孔中的短路探针接地，改善线极化工作频段的全向辐射特性，并使得线极化工作频段相对于圆极化工作频段单独可调；上层贴片通过同轴探针馈电激励，下层贴片通过上层贴片的电磁耦合激励，进一步简化结构缩小尺寸。
23.通过参考附图和以下说明，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点将是明显的。包括在本说明书中的所有的另外的这种系统、方法、特征和优点都在本发明的范围内，且由所附权利要求保护。
附图说明
24.通过参考附图可更好地理解本发明。图中的构件不应视作按比例绘制，重点应放在示出本发明的原理上。
25.图1为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的俯视图；
26.图2为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的侧剖视图；
27.图3为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线上层贴片的结构示意图；
28.图4为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线下层贴片的结构示意图；
29.图5为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第一个圆极化工作频带的回波损耗；
30.图6为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第一个圆极化工作频带的轴比；
31.图7为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第二个圆极化工作频带的回波损耗；
32.图8为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第二个圆极化工作频带的轴比；
33.图9为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的全向线极化辐射工作频段的回波损耗；和
34.图10为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的全向线极化辐射工作频段的方向图。
具体实施方式
35.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
36.为了实现上述发明目的，根据本发明的一个实施方式提供了一种小型化三频段微带天线包括：金属地；下层介质基板，其被设置在金属地上；下层贴片，其被设置在下层介质基板上，在该下层贴片上形成有切角；上层介质基板，其被设置在下层贴片上；上层贴片，其被设置在上层介质基板上，在该上层贴片上形成有切角；同轴探针，其被设置成穿过所述下层介质基板、下层贴片和上层介质基板并与上层贴片接合，用于为所述上层贴片馈电；和短路探针，其被设置成穿过所述下层介质基板和上层介质基板并与所述上层贴片连接。
37.可选地，在另一个实施方式中，所述金属地、下层介质基板、下层贴片、上层介质基
板和上层贴片可形成为大致正方形形状，并且大致中心重叠地叠置。
38.可选地，在另一个实施方式中，所述上层贴片的切角在一对角线方向对称地形成。
39.可选地，在另一个实施方式中，所述上层贴片可包括在与所述切角不同的另一对角线方向对称设置的对角短截线，该对角短截线用于与所述短路探针连接。
40.可选地，在另一个实施方式中，所述上层贴片可包括设置在其四周的周围短截线，其长度短于该上层贴片的边长。
41.可选地，在另一个实施方式中，所述下层贴片的切角在一对角线方向对称地形成，该下层贴片的切角形成在与所述上层贴片的切角不同的方位上。
42.可选地，在另一个实施方式中，所述下层贴片包括形成在大致中心位置的矩形开口。
43.可选地，在另一个实施方式中，所述下层贴片包括形成在与其上的所述切角不同方位的对角上的l形槽。
44.可选地，在另一个实施方式中，所述同轴探针被设置在从所述上层贴片的中心偏离的位置处。
45.以下参考附图对根据本发明的一个实施方式提供的一种小型化三频段微带天线进行详细说明。图1为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的俯视图。图2为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的侧剖视图。图3为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线上层贴片的结构示意图。图4为根据本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线下层贴片的结构示意图
46.如图1
‑
4所示，根据本发明的一个实施方式提供的一种小型化三频段微带天线100包括：位于最底部的金属地(图中未示出)；下层介质基板40，其被设置在金属地上；下层贴片30，其被设置在下层介质基板40上，在该下层贴片30上形成有切角32；上层介质基板20，其被设置在下层贴片30上；上层贴片10，其被设置在上层介质基板20上，在该上层贴片10上形成有切角12；同轴探针50，其被设置成穿过所述下层介质基板40、下层贴片30和上层介质基板20并与上层贴片10接合，用于为所述上层贴片10馈电；和短路探针60，其被设置成穿过所述下层介质基板40和上层介质基板20并与所述上层贴片10连接。该小型化三频段微带天线100采用微带贴片天线为基本形式，使用包括上层贴片10和下层贴片30两层贴片的堆叠来实现天线的多频段工作。如图所示，所述金属地、下层介质基板40、下层贴片30、上层介质基板20和上层贴片10可形成为大致正方形形状，并且大致中心重叠地叠置，从而便于加工制造和组装以及有利于功能的实现。通过对上层贴片10和下层贴片30进行切角处理来实现圆极化。上层贴片10通过同轴探针50馈电。还可以将同轴探针50设置在从上层贴片10的中心偏移的位置处，从而进一步有利于实现圆极化功能。下层贴片30通过上层贴片10电磁耦合而激励。上层贴片10与下层贴片30的切角可设置在不同方位。如图2所示，在上层贴片上10加载短路探针60可改善天线的圆极化轴比和全向辐射方向图的圆度，改善线极化工作频段的全向辐射特性。在该示例中设置两个短路探针60，该两个短路探针60分别在下层贴片30外侧(从而避免与下层贴片30接触)穿过所述下层介质基板40和上层介质基板20并与所述上层贴片10连接。但是应理解，在其它应用中根据需要可设置更多或更少的短路探针60。在该示例中，小型化三频段微带天线100包括的上层贴片10、上层介质基板20、下层贴片30和下层介质基板40的尺寸从上到下逐渐增加，以利于制造组装。在其它实施方式中，各元件
的形状和尺寸设置也可根据需要进行调整。通过上述设置，根据本发明的实施方式提供的该小型化三频段微带天线为含有两个圆极化频段与一个全向线极化频段的小型化三频段微带天线。
47.如图3所示，根据本发明的实施方式提供的小型化三频段微带天线的上层贴片10形状为大致正方形，在其中一条对角线上形成切角12，以提供良好的圆极化特性。该一对切角12可形成为形状尺寸相同且位置对称。如图3所示，可在上层贴片10的四周设置周围短截线14，可以用来调整该天线圆极化及线极化的工作频带。另外，在与切角12不同方位的另一条对角线上，可设置一对对角短截线16，用于将上层贴片60与短路探针60连接。通过该对角短截线16分别连接短路探针60，将上层贴片10与短路探针60连接以降上层贴片10接地，从而改善线极化频段的全向辐射特性，并使得线极化工作频段单独可调节。可在上层介质基板20和下层介质基板40上形成用于让短路探针60通过的短路通孔(图中未示出)。应理解，在其它实施方式中，根据需要，可相应地调整切角12，周围短截线14和对角短截线16等的数量、尺寸、形状和位置等。
48.如图4所示，根据本发明的实施方式提供的小型化三频段微带天线的下层贴片30形状为大体正方形，在其中一条对角线上形成一对切角32，以提供良好的圆极化特性。该一对切角32可形成为形状尺寸相同且位置对称。应理解，在其它实施方式中，切角32和/或切角12也可设置为形状尺寸有所区别。如图所示，该下层贴片30的切角32形成在与上层贴片10的切角12不同方位的对角线上。在下层贴片30的与切角32不同方位的另一条对角线上对称形成一对开槽，该开槽为l形槽34，用于改善天线的阻抗匹配。该一对l形槽34可形成为尺寸形状相同。另外，各l形槽34可形成为由两段同样尺寸的矩形槽构成。应理解，根据需要该开槽可形成为其它形状。在下层贴片30的中间形成开口36，来改善天线的阻抗匹配。在该实施方式中，该开口36形成为矩形开口36，例如矩形缝隙的形式，这样的矩形缝隙可使得结构简单，易于加工且在应用中有好的效果。在其它实施方式中，根据需要开口36也可以形成为其它合适的形式。在下层贴片30还可与同轴探针50对应位置处形成孔38，用于让向上层贴片10馈电的同轴探针50穿过，所述下层贴片30通过上层贴片10的电磁耦合激励。该孔38可形成为与同轴探针50匹配的形状，例如圆形、椭圆形、矩形等。应理解，在其它实施方式中，根据需要，可相应地调整切角32，开口36，和孔38等的数量、尺寸、形状和位置等。
49.小型化三频段微带天线100的上层贴片10和下层贴片30的尺寸可随天线工作频段的增大而减小。另外，所述小型化三频段微带天线100的馈电位置可随天线的工作频率变化而变化。可选地，所述天线100的金属地、上层贴片10和下层贴片30可由厚度为0.2
‑
0.8mm的铜材料印刷制成。另外可选地，所述上层介质基板20和下层介质基板40的介电常数ε的范围可为1
‑
100。
50.下面参考附图5
‑
10，通过一个具体的示例性实施例对根据本发明的实施方式所提供的小型化三频段微带天线进行详细说明。图5为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第一个圆极化工作频带的回波损耗。图6为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第一个圆极化工作频带的轴比。图7为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第二个圆极化工作频带的回波损耗。图8为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的第二个圆极化工作频带的轴比。图9为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线
的实施例一的全向线极化辐射工作频段的回波损耗。图10为应用本发明的一个实施方式的小型化三频段微带天线的实施例一的全向线极化辐射工作频段的方向图。
51.实施例1：
52.首先针对根据本发明的实施方式的小型化三频段微带天线的示例性实施例一给予相应的具体尺寸值以及相对位置参数值，并进一步对该小型化三频段微带天线进行性能测试。应当理解，本领域技术人员可以通过调整上层贴片10和下层贴片30的尺寸且不需要大幅更改天线结构，来调整天线的工作频率，以适应天线的不同应用场景。
53.在本实施例中，该小型化三频段微带天线各个相关参数的尺寸示例性设置如下：
54.w
s
＝43.2mmw
g
＝56mmh1＝1.4mmh2＝4mmw
p1
＝28.4mm
55.w1＝0.8mml1＝16mmw2＝0.1mml2＝51mmδ1＝3mm
56.d＝5.6mmw
p2
＝34.2mmw3＝0.8mml3＝10.4mmw4＝6mm
57.l4＝0.8mmδ2＝0.72mm
58.参见图1
‑
4，其中w
g
代表设置在下层介质40下方的正方形金属地板(图中未示出)的边长，同时也是正方形的下层介质基板40的边长长度；w
s
代表正方形上层介质基板20的边长；h1和h2分别代表上层介质基板20和下层介质基板40的厚度；w
p1
代表正方形的上层贴片的边长；l1和w1分别代表正方形的上层贴片四周加载的周围短截线14的长度和宽度；l2和w2分别代表上层贴片10的一个对角线上与短路探针60连接的对角短截线16的长度和宽度；δ1代表正方形的上层贴片10的一个对角线上切角12的直角边长度，在该示例中切角12为等腰直角三角形；d代表上层贴片10上用于设置同轴探针50的位置距离该上层贴片10的较临近边的长度；w
p2
代表正方形的下层贴片30的边长；l3和w3分别代表下层贴片30其中一条对角线上开l形槽34的一条矩形段的长度和宽度；l4和w4分别代表下层贴片30的中间位置开槽的矩形开口36的长度和宽度；δ2代表下层贴片30的一个对角线上切角32的直角边长度，该切角32为等腰直角三角形。
59.参见图5
‑
8，基于上述具体参数值绘制本发明的天线的两个圆极化频段的回波损耗与轴比，在对应的频段内，天线驻波小于
‑
10db，天线轴比小于3db。该示例性实施例一的最终天线的线极化频段的回波损耗与方向图参见图9、10，天线反射系数小于
‑
10db，天线远场辐射方向图的不圆度小于3db。参见图5
‑
10，本发明的天线可同时工作于两个圆极化频段与一个线极化频段，在所工作的圆极化频段内，可保持良好的轴比特性，在所工作的线极化频段内，具有良好的全向辐射特性。
60.以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
61.应理解，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方
面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。
62.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。