一种应用于RFID的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的制作方法

一种应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线
技术领域
1.本发明属于波导天线技术领域，涉及应用于rfid的多模宽带基片集成波导天线。


背景技术：

2.微带缝隙耦合天线由于其较宽的工作频带，稳定的辐射性能，完善的多模辐射理论以及简单的结构设计一直受到了科研人员的关注和广泛的应用。但是，传统的微带缝隙耦合天线一般由位于介质板下层的馈电线通过上层的缝隙进行能量的辐射，所以该天线通常为双向辐射模式，后向辐射比较大，能量损失较多，影响着天线的辐射性能，因此，如何在不额外增加背腔的前提下，有效减小后向辐射，提升天线增益，是一项持续的难题。
3.目前，基片集成波导（siw）技术是以加拿大蒙特利尔大学吴柯教授的课题组和东南大学毫米波国家重点实验室洪伟教授的课题组为主所倡导的一种新技术。具有质量轻、易集成、成本低、损耗小、低剖面、易于与电路板共形等优点，siw是一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射等特性的新型导波结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，利用金属化通孔排列而实现的，其目的是在介质基片上实现传统金属波导的功能。siw既拥有类似金属波导结构的优异性能，又拥有平面电路的诸多优点，是实现阵列天线的最佳选择之一。这样，如何在天线上可靠利用siw技术是目前面临的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线，提高了传统缝隙天线的增益，降低天线前后比，提升辐射性能。
5.本发明的技术方案为：包括介质板，所述介质板的顶部为金属地板，所述金属地板的中心刻蚀有长条形缝隙；所述介质板的底部为金属缺陷地板和微带馈电线，所述金属缺陷地板的中间刻蚀有m
×
m排列的间隙，使得金属缺陷地板中间形成方形金属贴片单元，所述金属贴片单元的一端在x向的中心设有间隔，所述微带馈电线位于间隔内；在z向的投影上，所述缝隙位于金属贴片单元在y向的中心，且所述微带馈电线和缝隙的中心重合，所述微带馈电线的馈电线终端与sma接头相连。
6.所述介质板上设有siw谐振腔，所述siw谐振腔位于金属贴片单元的四周，所述siw谐振腔的金属通孔的顶、底部分别连接金属地板和金属缺陷地板。
7.所述缝隙的辐射零点附近对称加载有两个短枝节。
8.所述金属贴片单元具有若干正方形金属贴片，相邻金属贴片之间的距离相同。
9.所述介质板采用介电常数为2.65的f4b介质板。
10.本发明在工作中，通过引入缺陷地板的改进设计，在微带馈电线的四周分布有正方形金属贴片，形成缺陷地板模式，减小了后向辐射，提高了前后比和天线的增益。同时，采用siw谐振腔的设计，进一步提高了天线的前后比。
附图说明
11.图1是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的结构示意图；图2是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线进化对比图；图3是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的s参数随频率变化的对比图；图4是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的增益随频率变化变化的对比图；图5是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线在5.8ghz时增益方向图随频率变化的对比图；图6是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线中枝节长度的s参数学习示意图；图7是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线中枝节间距的s参数学习示意图；图8是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的仿真和实测s参数随频率变化曲线；图9是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的仿真和实测增益随频率变化曲线；图10是本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线的正面和背面示意图。
具体实施方式
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
13.本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线，如图1、10所示，包括介质板，介质板顶部为金属地板，金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙，缝隙的辐射零点附近对称加载有两个短枝节（即辐射缝隙枝节）。介质板的底部设置有微带馈电线（其中，l4为微带馈电线长度，w1为微带馈电线宽度）和金属缺陷地板，微带馈电线的终端与50ω的sma接头相连。
14.微带馈电线的四周分布有m
×
m排列(如12行
×
12列)间隙形成的金属贴片单元，金属贴片单元包括若干边长为l3的正方形金属贴片，形成缺陷地板模式；其中，m参数可根据具体工况进行选择；设置正方形金属贴片，设计简单，性能参数可调。
15.本发明通过在金属缺陷地板刻蚀不同形状的缝隙（即间隙），改变电流分布，从而提高前后比，降低副瓣。
16.金属贴片单元四周分布有siw谐振腔（其中，l2为siw谐振腔长度），siw谐振腔的金属通孔连接金属地板和金属缺陷地板。介质板采用介电常数为2.65的f4b介质板。
17.本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线，介质板采用一块的介电常数为2.65的f4b介质板，厚度为h1，介质板尺寸l1×
l1。
18.siw谐振腔分布在金属贴片单元四周，直径d
siw
，相距为p
siw
的金属通孔连接金属缺陷地板和金属地板（即金属通孔穿透金属地板、介质板和金属缺陷地板），金属地板中心刻蚀带有对称枝节的长条形缝隙（即l5为主辐射缝隙长度），介质板的底部设置有微带馈电
线。
19.本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线采用侧向馈电，共有1个馈电端口，馈电线终端与50ω的sma接头相连。
20.本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线，在馈电部分引入多模谐振理论，展宽天线带宽。其次，在微带馈电线的四周分布有正方形金属贴片，形成缺陷地板模式，进一步提升天线的整体性能；同时，传统的缝隙天线后向辐射比较大，能量损失较多，本发明宽带高增益基片集成波导谐振腔天线采用siw谐振腔的设计，进一步提高了天线的前后比。
21.图2 为天线的进化图设计，天线由单层介质板组成，由多模缝隙天线馈电，若干边长为l3的正方形金属贴片位于介质板底部。在天线的基础上，在馈电线四周引入缺陷地板，同时引入了siw谐振腔，形成了天线2。
22.从图3和图4中可以看到天线2对比与天线1阻抗带宽在高频部分略微减小(30mhz)，而增益也有一定的提升(大概1 dbi)，这说明siw谐振腔和缺陷地板对于原始天线的阻抗性能不会造成大的恶化，而增益有所提升。
23.而图5看出，siw谐振腔和缺陷地板可以有效降低后向辐射，提高天线的前后比，由于siw谐振腔有效地束缚了天线的能量，减小了能量的流失，所以在一定程度上提高了天线的增益。同时缺陷地板的设计反射了向后的能量，减小了后向辐射，从而提高了天线整体的前后比。
24.图6和图7针对于辐射缝隙枝节的长度l6和间距l7进行参数学习，如图6所示，随着l6增加，高频的谐振点向低频偏移，而低频的谐振点位置基本保持不变，所以当选取合适的l6值，可以拓展天线的工作带宽。如图7所示，随着l7增加，高频的谐振点向低频偏移，而低频的谐振点向高频偏移，这是由于枝节位置的选取一般在辐射零点附近，通过对l7的观察，就可找出辐射零点的位置，引入附加谐振模式，增加工作带宽。
25.图8给出了s参数随频率变化的仿真实测图，从图8中可以看出，天线的仿真工作带宽分别为1.45ghz（5.5ghz-6.95ghz），而实测的带宽比仿真的略窄，分别为1.4ghz（5.5ghz-6.9ghz）实测带宽和仿真带宽的不大的差距可能是由于焊点的影响和加工误差导致的。图9 给出了增益随频率变化的仿真实测图，从图中可以看出仿真增益在工作频带范围内比较稳定，在5.7ghz是峰值增益为7.33dbi，实测增益与仿真增益相似度较高。
26.本发明由多模缝隙天线进行馈电,两个短枝节与对称添加在缝隙的辐射零点附近，引入了额外的辐射模式，有效地展宽了天线的工作带宽。
27.本发明应用于rfid的改善后瓣性能宽带基片集成波导天线通过引入缺陷地板的改进设计，提升前后比，同时提高了天线的增益，提升幅度大概有1dbi。