一种加载寄生结构的宽带贴片天线的制作方法

1.本实用新型涉及一种宽带高增益天线，特别是一种加载寄生结构的宽带贴片天线。


背景技术：

2.现代无线通信系统中的小型化移动终端对收发天线提出小型化、集成化、一体化的要求，同时，无线传输和移动网络技术的快速发展，使得无线数据流量呈爆炸性增长，进而对天线性能提出了更高的要求。高速率大容量的数据传输首先需要有足够的带宽，x波段以下的可用频谱资源非常有限，因此需要利用更高频段的频谱资源。高频电磁波在自由空间传播过程中损耗较大，因此对天线的增益提出更高要求。另外，在实际应用中，除了宽带高增益外，天线还应具备低剖面、低成本、易加工、易与其他平面电路集成等优点。
3.由于微带贴片天线具有低剖面、加工简单、成本低、易与其他载体表面共形、易与平面电路集成等优点，在军事领域以及商业领域都具有良好的应用前景。然而，由于微带天线剖面较低，阻抗匹配性能不佳，导致微带天线带宽较窄，通常在5%左右，完全不能满足现代无线通信的需求。为了满足日益增长的无线业务需求，宽带、高增益、低剖面微带天线具有重要的研究价值。
4.针对微带天线带宽较窄的问题，学者们已经进行了大量的研究，展宽微带天线带宽的传统技术方法总结如下：增加介质基板的厚度、降低介质基板的介电常数、在贴片上开槽、u型槽、l型探针、采用缝隙耦合馈电方式、短路壁、寄生条带、在多层介质板上层叠贴片等等。近年来，随着超材料、超表面等新概念的提出，基于超材料结构、超表面结构的宽带天线也层出不穷。然而，上述传统技术方法在带宽拓展与增益方面仍有待进行改进。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种加载寄生结构的宽带贴片天线，该加载寄生结构的宽带贴片天线在传统的微带天线的基础上，能使低频和高频谐振频率实现良好的阻抗匹配，进而使得天线的阻抗带宽大大增加。另外，还能在增强天线电感特性的同时，使得各贴片上的电流分布更加均匀，从而大大提高该天线的增益。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种加载寄生结构的宽带贴片天线，包括从下至上依次布设的金属地、介质基板和金属贴片层。
8.介质基板为长方形板，金属地印刷在介质基板的下表面。
9.金属贴片层包括主辐射贴片和若干个寄生贴片。
10.主辐射贴片同轴印刷在介质基板的上表面中心，且通过主馈电导体针实现与金属地的电连接。
11.若干个寄生贴片呈口字型包围式印刷在主辐射贴片外周的介质基板上表面；每个
寄生贴片均通过一根寄生金属导体实现与金属地的电连接；寄生金属导体和对应的寄生贴片形成蘑菇型结构。
12.每个寄生贴片与主辐射贴片之间均具有主隔离间隙；相邻两个寄生贴片之间均具有寄生隔离间隙。
13.主辐射贴片和每个寄生贴片均呈长方形，主辐射贴片的长度大于每个寄生贴片的长度，主辐射贴片的宽度大于每个寄生贴片的宽度。
14.主馈电导体针的顶端贯穿主辐射贴片并作为50欧姆馈电端口。
15.主馈电导体针偏离主辐射贴片的中心。
16.介质基板具有平行于自身长侧边的对称轴x；主馈电导体针邻近主辐射贴片的短侧边，且位于对称轴x上。
17.主辐射贴片的长侧边与介质基板的长侧边相平行。
18.寄生贴片包括上下寄生贴片和左右寄生贴片。
19.上下寄生贴片包括上寄生贴片和下寄生贴片；上寄生贴片和下寄生贴片对称布设在主辐射贴片的上方和下方；每个上下寄生贴片的长侧边均垂直于主辐射贴片的长侧边；
20.左右寄生贴片包括左寄生贴片和右寄生贴片；左寄生贴片和右寄生贴片对称布设在主辐射贴片的左侧和右侧；每个左右寄生贴片的长侧边均平行于主辐射贴片的长侧边。
21.每个上下寄生贴片与主辐射贴片之间的主隔离间隙均为上下主隔离间隙a；每个左右寄生贴片与主辐射贴片之间的主隔离间隙均为左右主隔离间隙b，则a》b。
22.相邻两个上寄生贴片或相邻两个下寄生贴片之间的寄生隔离间隙均为上下寄生隔离间隙c；相邻两个左寄生贴片或相邻两个右寄生贴片之间的寄生隔离间隙均为左右寄生隔离间隙d，则c》d。
23.寄生贴片的总数量为20个，其中，上寄生贴片和下寄生贴片分别为3个，且长宽尺寸均相等；左寄生贴片和右寄生贴片的数量分别为7个，且长宽尺寸均相等。
24.主馈电导体针和每根寄生金属导体均为贯穿介质基板的金属柱或金属化通孔。
25.每根寄生金属导体的直径均相同。
26.本实用新型具有如下有益效果：
27.1、上述寄生贴片加载在主辐射贴片四周，其中，主辐射贴片会产生一个低频谐振频率，寄生贴片会引入一个新的高频谐振频率，通过适当调节寄生贴片的尺寸，低频和高频谐振频率将相互靠近，从而两谐振频率之间能够实现良好的阻抗匹配。因此，该天线的阻抗带宽将会大大增加。
28.2、寄生贴片和寄生金属导体形成蘑菇型结构，在增强天线的电感特性的同时，能够使得各寄生贴片上的电流分布更加均匀，从而大大提高天线的增益。
附图说明
29.图1显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的纵剖面图。
30.图2显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的三维图。
31.图3显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的俯视图。
32.图4显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的驻波比曲线图。
33.图5显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的增益曲线图。
34.图6显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的e面辐射方向图。
35.图7显示了本实用新型一种加载寄生结构的宽带贴片天线的h面辐射方向图。
36.图中有：上下寄生隔离间隙；2、上下寄生贴片；3、上下主隔离间隙；4、左右寄生隔离间隙；5、主馈电导体针；6、左右寄生贴片；7、主辐射贴片；8、寄生金属导体；9、左右主隔离间隙；10、金属地；11、介质基板；12、金属贴片层。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
38.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
39.如图1、图2和图3所示，一种加载寄生结构的宽带贴片天线，包括从下至上依次布设的金属地10、介质基板11和金属贴片层12。
40.介质基板为长方形板，具有平行于自身长侧边的对称轴x。
41.金属地印刷在介质基板的下表面。
42.如图2和图3所示，金属贴片层包括主辐射贴片7和若干个寄生贴片。
43.主辐射贴片同轴印刷在介质基板的上表面中心，且主辐射贴片同呈长方形，其长侧边与介质基板的长侧边相平行。
44.主辐射贴片通过主馈电导体针5实现与金属地的电连接。主馈电导体针竖直布设在介质基板中，其顶端贯穿主辐射贴片并作为50欧姆馈电端口。具体设计时，通过调节主馈电导体针与主辐射贴片中心的距离，使其满足在对应工作频率下具有50欧姆的输入阻抗特性。
45.上述主馈电导体针优选偏离主辐射贴片的中心（也即介质基板的中心），进一步，主馈电导体针邻近主辐射贴片的短侧边，且位于对称轴x上。
46.若干个寄生贴片呈口字型包围式印刷在主辐射贴片外周的介质基板上表面；每个寄生贴片均通过一根寄生金属导体8实现与金属地的电连接。
47.上述寄生金属导体和对应的寄生贴片形成蘑菇型结构，也即寄生金属导体位于对应寄生贴片的中心轴线上。这种蘑菇型结构的设置，能在增强天线的电感特性的同时，使得各寄生贴片上的电流分布更加均匀，从而大大提高天线的增益。
48.进一步，每根寄生金属导体的直径均相同，每根寄生金属导体的顶端均贯穿对应寄生贴片的中心。
49.进一步，主馈电导体针和每根寄生金属导体均优选为贯穿介质基板的金属柱或金属化通孔等。
50.每个寄生贴片与主辐射贴片之间均具有主隔离间隙；相邻两个寄生贴片之间均具有寄生隔离间隙。
51.进一步，每个寄生贴片均呈长方形，主辐射贴片的长度大于每个寄生贴片的长度，
主辐射贴片的宽度大于每个寄生贴片的宽度。主辐射贴片会产生一个低频谐振频率，寄生贴片会引入一个新的高频谐振频率，通过适当调节寄生贴片的尺寸，低频和高频谐振频率将相互靠近，从而两谐振频率之间能够实现良好的阻抗匹配。因此，该天线的阻抗带宽将会大大增加。
52.寄生贴片包括上下寄生贴片2和左右寄生贴片6，在本实施例中，寄生贴片总数量为20个，其中上下寄生贴片为6个，左右寄生贴片为14个。
53.上下寄生贴片包括上寄生贴片和下寄生贴片；上寄生贴片和下寄生贴片优选各3个，对称布设在主辐射贴片的上方和下方；每个上下寄生贴片的长侧边均垂直于主辐射贴片的长侧边；。
54.左右寄生贴片包括左寄生贴片和右寄生贴片；左寄生贴片和右寄生贴片优选各7个，对称布设在主辐射贴片的左侧和右侧；每个左右寄生贴片的长侧边均平行于主辐射贴片的长侧边。
55.每个上下寄生贴片与主辐射贴片之间的主隔离间隙均为上下主隔离间隙3，均相等且为a；每个左右寄生贴片与主辐射贴片之间的主隔离间隙均为左右主隔离间隙9，均相等且为b，则a》b。
56.相邻两个上寄生贴片或相邻两个下寄生贴片之间的寄生隔离间隙均为上下寄生隔离间隙1，均相等且为c；相邻两个左寄生贴片或相邻两个右寄生贴片之间的寄生隔离间隙均为左右寄生隔离间隙4，均相等且为d，则c》d。
57.寄生贴片的总数量为20个，其中，上寄生贴片和下寄生贴片分别为3个，且长宽尺寸均相等；左寄生贴片和右寄生贴片的数量分别为7个，且长宽尺寸均相等。
58.如图4至图7，本实用新型的宽带贴片天线的带宽（回波损耗小于-10 db）范围为12.5 ghz至17.8 ghz ，相对带宽约35.3%，远远大于传统的微带天线的带宽，同时，带宽范围内增益大部分在8.4 dbi以上，具有明显的高增益特性。
59.以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。