一种毫米波开槽贴片天线的制作方法

1.本发明涉及宽带天线技术领域，尤其是一种毫米波开槽贴片天线。


背景技术：

2.随着无线通信设备传输速度的不断提升，毫米波无线通信系统日渐成为一项研究热点。该毫米波无线通信系统可被用于长程及短程通信，比如点对点数据传输与无线局域网等。同时，宽带贴片天线具有尺寸小、结构简单、成本低等特点，并且较宽的频带能有效的提高天线传输速率、系统容量和发射功率等，因而宽带贴片天线常被用于军事和空间通信技术领域。然而，传统贴片天线带宽较窄。目前已有的拓宽贴片天线带宽的设计大多采用多层板技术，这就将会大大增加天线的成本、尺寸及结构复杂度，并且在毫米波频段加工时会带来严重的一致性问题和引入严重的表面波损耗，从而降低天线的辐射效率。


技术实现要素：

3.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种毫米波开槽贴片天线，本发明的技术方案如下：
4.一种毫米波开槽贴片天线，该毫米波开槽贴片天线包括双面覆盖有金属层的介质基板，介质基板上表面的金属层刻蚀形成电路结构，电路结构包括矩形金属环和刻蚀有两对辐射槽的矩形金属贴片，介质基板下表面为金属接地层；
5.介质基板内有若干个金属柱，金属柱两端分别连接介质基板上表面的矩形金属环和下表面的金属接地层，矩形金属环、金属柱和金属接地层构成基片集成背腔；
6.基片集成背腔、矩形金属贴片和两对辐射槽构成天线辐射体；
7.同轴馈电金属柱穿过介质基板与矩形金属贴片连接，馈电金属柱位于矩形金属贴片的一条长边处，能量通过同轴馈电金属柱对天线辐射体进行馈电，从而使毫米波开槽贴片天线在不同频点产生三个谐振点，三个谐振点分别由两对辐射槽和基片集成背腔产生。
8.其进一步的技术方案为，矩形金属贴片的两对辐射槽分别刻蚀在矩形金属贴片的两条长边上。
9.其进一步的技术方案为，在驻波比vswr≤2的条件下带宽拓展达45.8％，在39.9ghz～63.6ghz的工作频带内的辐射效率为86％～99％。
10.其进一步的技术方案为，矩形金属贴片上的两对辐射槽刻蚀在靠近馈电金属柱的同侧长边上。
11.其进一步的技术方案为，在驻波比vswr≤2的条件下带宽拓展达52.1％，在40ghz～68.2ghz的工作频带内的辐射效率为86％～99％。
12.其进一步的技术方案为，两对辐射槽为一对长辐射槽和一对短辐射槽，一对长辐射槽包括两个槽深相同的长辐射槽，一对短辐射槽包括两个槽深相同的短辐射槽，且短辐射槽的槽深小于长辐射槽。
13.其进一步的技术方案为，一对长辐射槽的两个长辐射槽分别刻蚀形成在同轴馈电
金属柱的两侧，一对短辐射槽的两个短辐射槽分别刻蚀形成在同轴馈电金属柱的两侧且位于一对长辐射槽的内侧。
14.其进一步的技术方案为，矩形金属环位于天线辐射体外边缘，下表面为金属接地层。
15.其进一步的技术方案为，金属柱按照一定间距周期性分布成一个矩形排列在介质基板内。
16.本发明的有益技术效果是：
17.本技术公开了一种毫米波开槽贴片天线，该毫米波开槽贴片天线中的基片集成背腔、矩形金属贴片和两对辐射槽构成天线辐射体，且矩形金属贴片上刻蚀形成有两对可分别工作的辐射槽，两对辐射槽和基片集成背腔分别产生三个谐振点，从而可使得整个毫米波开槽贴片天线在不同频率产生三个谐振点从而拓展天线带宽。另外，天线中引入基片集成背腔可在拓展天线带宽的同时还能有效抑制天线表面波损耗，提高天线辐射效率。矩形金属贴片位于基片集成背腔上表面，采用单层板设计，能有效简化天线结构，降低天线成本，减小天线体积。
18.进一步的，将两对辐射槽刻蚀在金属贴片同侧靠近同轴馈电金属柱的长边上能增强辐射槽之间的耦合，进一步拓展天线带宽。
附图说明
19.图1是本发明公开的毫米波开槽贴片天线的一个实施例的结构示意图，(a)俯视图，(b)侧视图。
20.图2是图1所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的驻波曲线图。
21.图3是图1所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的增益曲线图。
22.图4是图1所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的辐射效率曲线图。
23.图5是图1所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的天线方向图。
24.图6是本发明公开的毫米波开槽贴片天线的另一个实施例的结构示意图，(a)俯视图，(b)侧视图。
25.图7是图6所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的驻波曲线图。
26.图8是图6所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的增益曲线图。
27.图9是图6所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的辐射效率曲线图。
28.图10是图6所示的实施例的毫米波开槽贴片天线仿真得到的天线方向图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
30.本发明是毫米波开槽贴片天线，该天线采用单层板设计，在拓展天线带宽的同时，简化天线结构，降低天线成本及尺寸，同时能有效抑制表面波损耗，提高天线辐射效率。
31.请参考图1和图6，本发明的毫米波开槽贴片天线包括双面覆盖有金属层的介质基板2，可选的，介质基板是介电常数为2.2、损耗正切角为0.0009的rt5880双面覆铜板。介质基板2上表面的金属层刻蚀形成电路结构1，电路结构1包括刻蚀有两对辐射槽6和7的矩形金属贴片9和矩形金属环8。介质基板的下表面的金属层形成为金属接地层3。
32.介质基板2内有若干个金属柱5，金属柱5两端分别连接介质基板2上表面的矩形金属环8和下表面的所述金属接地层3。可选的，金属柱5按照一定间距周期性分布成一个矩形排列在所述介质基板内。
33.介质基板2上表面的矩形金属环8、介质基板内的金属柱5，以及介质基板2下表面的金属接地层3构成基片集成背腔。基片集成背腔、矩形金属贴片9和两对辐射槽6和7构成天线辐射体。
34.同轴馈电金属柱4穿过金属接地层3与基板上表面的矩形金属贴片9的一条长边处连接，能量通过同轴馈电金属柱4对天线辐射体进行馈电，从而使天线在不同频点产生三个谐振以拓展天线带宽，天线的三个谐振分别由两对辐射槽6和7以及基片集成背腔产生。天线工作带宽与匹配与两对辐射槽6和7、基片集成背腔的尺寸及位置相关，可根据实际需要进行调控。该毫米波开槽贴片天线的中心工作频率与矩形金属贴片9的尺寸相关，可通过矩形金属贴片9的尺寸进行调控。
35.本发明中每一对辐射槽包括两条槽深相同的辐射槽，且每一对辐射槽中的两条辐射槽分别刻蚀形成在同轴馈电金属柱的两侧。较为常见的，辐射槽呈矩形槽结构，性能较优且方便加工，如图1和6均以此为例。
36.两对辐射槽的槽深可以相同也可以不同。可选的，在一个实施例中，两对辐射槽为一对长辐射槽和一对短辐射槽，一对长辐射槽包括两个槽深相同的长辐射槽，一对短辐射槽包括两个槽深相同的短辐射槽，且短辐射槽的槽深小于长辐射槽，经仿真试验发现，这种开槽方式的天线带宽拓展效果更好。
37.进一步的在一个实施例中，当两对辐射槽为一对长辐射槽和一对短辐射槽时，一对长辐射槽的两个长辐射槽分别刻蚀形成在同轴馈电金属柱的两侧，一对短辐射槽的两个短辐射槽分别刻蚀形成在同轴馈电金属柱的两侧且位于一对长辐射槽的内侧，经仿真试验发现，这种辐射槽相对位置下的天线带宽拓展效果会进一步更好，且可以使得整个毫米波开槽贴片天线的布局紧凑性更好，减小天线体积。
38.无论两对辐射槽的槽深和相对位置关系如何，矩形金属贴片上刻蚀形成的两对辐射槽的位置有如下两种不同的结构，以两对辐射槽为一对长辐射槽和一对短辐射槽且短辐射槽刻蚀形成在长辐射槽内侧为例：
39.在一个实施例中，毫米波开槽贴片天线的矩形金属贴片上的两对辐射槽分别刻蚀在矩形金属贴片9的两条不同的长边处，结构示意图如图1所示，矩形金属贴片9的两条长边上分别刻蚀有一对短辐射槽6与一对长辐射槽7，且通常的，将长辐射槽刻蚀形成在同轴馈电金属柱4所在的长边处、将短辐射槽刻蚀形成在相对的另一侧长边处。该毫米波开槽贴片天线的驻波仿真曲线如图2所示，增益仿真曲线如图3所示，辐射效率仿真曲线如图4所示，天线方向图如图5所示。经过仿真试验可知，图1所示结构的毫米波贴片天线在驻波比vswr≤2的条件下带宽拓展达45.8％，在39.9ghz～63.6ghz的工作频带内的辐射效率较高为86％～99％且具有良好的增益。
40.在另一个在实施例中，毫米波开槽贴片天线的矩形金属贴片上的两对辐射槽刻蚀在靠近同轴馈电金属柱的同侧长边上，结构示意图如图6所示，矩形金属贴片9靠近同轴馈电金属柱的长边上刻蚀有一对短辐射槽6与一对长辐射槽7。该毫米波开槽贴片天线的驻波仿真曲线如图7所示，增益仿真曲线如图8所示，辐射效率仿真曲线如图9所示，天线方向图
如图10所示。经过仿真试验可知，图6所示结构的毫米波开槽贴片天线在驻波比vswr≤2的条件下带宽拓展达52.1％，在40ghz～68.2ghz的工作频带内的辐射效率较高为86％～99％且具有良好的增益。由此可见，图6所示的结构相对于图1所示的结构来说，拓展天线带宽的效果更好。
41.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。