一款适用于北斗与WLAN系统互补结构加载微带天线的制作方法

一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线
技术领域
1.本发明属于基本电气元件中的天线领域，具体涉及一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线。


背景技术：

2.北斗系统虽然具有高精度定位和授时功能，但是其信息传输能力较弱，只能通过传输报文实现少量信息的传输，因此在需要大量数据传输的场合，北斗系统并不能很好的完成传输大量数据的工作。而wlan作为一种短距离无线移动通信系统，其能够在较小距离范围内实现高速大数据无线传输，恰恰能弥补北斗系统数据传输上的不足，因此如果能实现北斗定位系统与wlan系统的融合，就能够在提供高精度定位的同时，实现大数据的高速率传输。
3.但是，由于北斗系统2019年才实现了大规模的商用，所以当前几乎没有能够同时实现高精度定位和高速数据传输的北斗系统和wlan系统融合组件或综合系统。
4.中国专利cn203674400u公开了一种用于接收北斗/gps/wlan频段的卫星导航天线，其包括第一馈电探针和第二馈电探针，所述第一、二馈电探针垂直穿设于底层基板上，所述底层基板上依次叠加有空气层、中间层基板和顶层基板；所述底层基板的下表面设置有两个各自与第一、二馈电探针连接的sma接头；所述顶层基板上设置有一顶层辐射单元，该顶层辐射单元包括设置在该顶层基板上的方形金属铜皮覆盖区，所述金属铜皮覆盖区中间开设有一方形凹槽。其设计的一种用于接收北斗/gps/wlan频段的卫星导航天线虽然能够接收北斗一代s和gpsl1频段的信号，并通过wlan实现短距离手持终端与导航设备之间的信息交换，同时满足了信息传递与共享的便携性，但是其设计的天线结构采用了多层结构，这就导致了天线结构的复杂，在实际操作中并不能实现其便携性。
5.中国专利cn205177998u公开了一种组合天线，包括：从上至下依次平行设置的用于wlan频段信号接收/发送的第一板状辐射体、用于北斗和/或gps频段信号接收/发送的第二板状辐射体、内部形成有金属馈电线的带状线路板、金属短路片以及第一馈电探针；所述组合天线中第一板状辐射体的辐射贴片通过金属短路片与第二板状辐射体的辐射贴片电连接，第二板状辐射体的辐射贴片的功能相当于第一板状辐射体的接地板，其设计的天线将两个辐射体集成一体，具有结构简单、紧凑、剖面低以及能够实现北斗、gps、wlan三种频段信号的接收及发送功能，但是其天线结构因为第一馈电探针设计并不能真正的实现低剖面特性。
6.因此，设计一款结构简单，便于携带且剖面低，并能够同时收发北斗定位无线信号和短距离无线通信系统信号的天线就显示尤为重要。


技术实现要素：

7.为解决上述问题，以求改进现有北斗系统中天线的功能单一性，并设计一种能够同时收发北斗定位无线信号和短距离无线通信系统信号的平面结构天线，进而实现提供高
精度定位的同时，实现大数据的高速率传输。
8.为达到上述效果，本发明设计一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线。一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线，其包括介质基板、金属接地板、直角三角形寄生金属贴片、金属辐射结构以及微带金属线；
9.所述金属接地板设置在介质基板的下表面；
10.所述直角三角形寄生金属贴片、金属辐射结构以及微带金属线贴于介质基板的上表面；
11.所述直角三角形寄生金属贴片设置在金属辐射结构左右两侧；
12.所述微带金属线连接在金属辐射结构下侧。
13.优选地，所述金属辐射结构包括矩形金属贴片和三角形金属辐射贴片；
14.所述矩形金属贴片设置在三角形金属辐射贴片上端顶角处，并与三角形金属辐射贴片上端顶角相连；
15.所述矩形金属贴片的长度等于三角形金属辐射贴片的边长；
16.所述矩形金属贴片的长边平行于三角形金属辐射贴片的下边和介质基板上表面上下两边。
17.优选地，所述三角形金属辐射贴片上还设置有一个矩形金属缝隙；
18.所述矩形金属缝隙的宽度小于微带金属线宽度；
19.所述矩形金属缝隙的长度约等于三角形金属辐射贴片边长一半。
20.优选地，所述三角形金属辐射贴片位于介质基板上表面中心处；
21.所述三角形金属辐射贴片的几何中心与介质基板上表面几何中心重合；
22.所述三角形金属辐射贴片的三个边长度相等，其下边平行于介质基板上表面下边沿。
23.优选地，所述微带金属线设置在三角形金属贴片下边沿中心处；
24.所述微带金属线的长度等于三角形金属辐射贴片下边与介质基板下边沿间距离。
25.优选地，所述直角三角形寄生金属贴片包括第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片；
26.所述第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片分别位于三角形金属辐射贴片与顶端矩形金属贴片形成的空间内。
27.优选地，所述第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片的两外边相互平行，并且平行于介质基板左右两条边；
28.所述第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片上侧边平行于介质基板上下两个边。
29.优选地，所述第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片的上侧边与两外侧边形成直角；
30.所述第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片的两内侧边分别平行于三角形金属辐射贴片附近的两条边。
31.优选地，所述第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片的上侧边与上侧矩形金属贴片之间的间距等于第一直角三角形寄生金属贴片和第二直角三角形寄生金属贴片的内侧斜边与三角形金属辐射贴片的间距。
32.优选地，所述天线的材质为铜或银中的一种或组合物。
33.本技术的优点和效果如下：
34.1、本发明设计的一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线，通过介质基板、金属接地板、直角三角形寄生金属贴片、金属辐射结构以及微带金属线的组合设计，能够在1.0～8.0ghz范围内具有五个有效的工作频点；所述中心谐振频点分别为1.58
±
1％ghz、2.05
±
1％ghz、3.92
±
1％ghz、5.81
±
1％ghz和7.16
±
1％ghz；其中第一个工作频点可以为北斗卫星定位服务，第四个工作频点能够为wlan无线通信服务，剩余三个谐振频点还能够实现其他功能的通信；其中第四个小于-10db的谐振频段还具有宽带特性，有效谐振频率为12.9％。
35.2、本发明通过在介质基板底部设置金属接地板，顶部设置天线贴片，获得了具有低剖面、结构简单的特性天线，虽然介质基板两侧都有金属结构，但是两侧的金属结构都比较简单，因此其易于加工，可靠性较高。
36.3、本技术设计的天线是一个平面微带天线，结构整体较小，易于与其他电路设备集成。
37.4、本技术设计的天线的辐射结构全部位于介质基板的一侧，而另一侧全部表面覆铜或银等金属，电磁能量无法向后辐射，所以本发明设计天线还具有单向辐射特性。
38.5、本发明设计天线在5.80ghz为中心的工作频段内，具有高远场辐射增益特性，在谐振频率f
01
＝5.80ghz处，远场辐射增益达到5.60dbi；在频率f
02
＝7.16ghz处，远场辐射增益达到7.26dbi；所以本发明设计天线是一个具有高远场辐射增益的单向辐射平面天线。
39.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
40.根据下文结合附图对本技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
42.图1本发明设计天线俯视结构示意图；
43.图2本发明设计天线侧视结构示意图；
44.图3本发明设计天线仰视结构示意图；
45.图4为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得端口反射参数随频率变化曲线图；
46.图5为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得频率为1.57ghz处phi＝0
°
平面上远场辐射方向图；
47.图6为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得频率为5.80ghz处phi＝0°
平面上远场辐射方向图；
48.图7为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得频率为7.16ghz处phi＝0
°
平面上远场辐射方向图；
49.附图标记：11、介质基板；12、微带金属线；13、三角形金属辐射贴片；14、矩形金属缝隙；15、第一直角三角形寄生金属贴片；16、第二直角三角形寄生金属贴片；17、金属接地板；18、矩形金属贴片。
具体实施方式
50.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本技术的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本技术的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
51.应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
52.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
53.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
54.本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和b的至少一种，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
55.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
56.实施例1
57.本实施例主要介绍一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线的基础设计。
58.一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线，如图1所示，主要包括一块介质基板11、一个与介质基板下表面几何尺寸相同的金属接地板17，微带金属线12、两个对称的直角三角形寄生金属贴片结构以及金属辐射结构；所述金属接地板17设置在介质基板11下表面；所述直角三角形寄生金属贴片、金属辐射结构以及微带金属线12贴于介质基板11
的上表面；所述直角三角形寄生金属贴片设置在金属辐射结构左右两侧；所述微带金属线12连接在金属辐射结构下侧，其侧面结构请参考图2。
59.进一步的，所述的介质基板为聚四氟乙烯fr-4介质基板，该介质基板介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
60.进一步的，所述的金属接地板是覆盖在介质基板下表面长度和宽度与介质基板下表面长宽相等的金属贴片，具体设计请参考图3。
61.进一步的，金属辐射结构以及微带金属线12是本发明设计天线的主要能量辐射结构，所述金属辐射结构包括矩形金属贴片18和三角形金属辐射贴片13。
62.进一步的，所述三角形金属辐射贴片是位于介质基板上表面中心处的金属结构，三角形金属辐射贴片的几何中心与介质基板上表面几何中心重合；三角形金属辐射贴片的三个边长度相等，其中下边平行于介质基板上表面下边沿。
63.进一步的，在三角形金属辐射贴片下边沿中心处，加工一个微带金属线，所述微带金属线的长度等于三角形金属辐射贴片下边与介质基板上表面下边沿间距离。
64.进一步的，三角形金属辐射贴片中，加工一个宽度小于微带馈电矩形宽度，长度约等于三角形边长一半的矩形金属缝隙，所述三角形金属辐射贴片上端顶角处，加工一个长度等于三角形边长，且长边平行于三角形下边和介质基板上表面上下两边，一定宽度的矩形金属贴片18；该矩形金属贴片18与三角形金属辐射贴片连接形成一个带t型结构的三角形辐射贴片。
65.进一步的，所述的两个直角三角形寄生金属贴片结构分别位于三角形与顶端矩形金属贴片形成的空间内。
66.进一步的，两个直角三角形寄生金属贴片结构两外边相互平行，并且平行于介质基板左右两条边，两个直角三角形寄生金属贴片结构上侧边平行于介质基板上表面上下两个边。
67.进一步的，两个直角三角形寄生金属贴片的上侧边与两外侧边形成直角，两内侧边分别平行于主辐射金属三角形附近的两条边。
68.进一步的，两个直角三角形寄生金属贴片上侧边与上侧矩形金属贴片、内侧斜边与三角形金属辐射贴片的附近边间距相等。
69.本发明设计天线介质基板表面的所有金属贴片材质都是铜或银，金属贴片厚度极小，都可以忽略不计。
70.对本发明设计天线实物模型进行实验测试时，需要将sma接头的内芯与矩形馈电贴片连接，sma接头的外侧接地板金属结构与介质基板背面的金属接地板连接起来，便可进行测试。
71.本发明通过在介质基板底部设置金属接地板，顶部设置天线贴片，获得了具有低剖面、结构简单的特性天线，虽然介质基板两侧都有金属结构，但是两侧的金属结构都比较简单，因此其易于加工，可靠性较高。
72.实施例2
73.基于上述实施例1，本实施例主要介绍一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线的具体设计。
74.(1)首先选择长度l＝50mm，宽w＝50mm，厚度h＝1.6mm的介质基板，介质基板组成
材料为fr-4，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
75.(2)利用电路板刻蚀技术，在介质基板背面金属银结构作为本发明设计天线的金属银接地板17。
76.进一步的，所述金属银接地板长度l＝50mm，宽度w＝50mm，厚度h＝1.6mm，厚度极小，可忽略不计。
77.(3)在介质基板上表面几何中心处，刻蚀一个三角形金属辐射贴片13，所述三角形金属辐射贴片13为银结构，所诉三角形金属辐射贴片13三个边长度相同，长度均为30mm；三角形金属辐射贴片13结构的下侧边平行介质基板上表面下侧边。
78.进一步的，三角形金属辐射贴片13下侧边中点和正方形介质基板11上表面下侧边中点连线为轴，加工一个长边平行于该轴，长度为16.3mm，宽度为2mm的矩形金属银结构，作为本发明设计天线的微带馈电结构即微带金属线12，该微带金属线12与上述三角形金属辐射贴片13几何相连。
79.(4)在微带金属线12右侧三角形金属辐射贴片13中，加工一个长为12mm，宽为1mm的矩形金属缝隙14。
80.(5)在三角形金属辐射贴片13顶角处，加工一个长为30mm，宽为4mm的矩形金属贴片，长边平行于介质基板11上表面上下边，短边平行于介质基板11上表面左右边。
81.(6)在三角形金属银结构13上端左右两侧三角形区域内，加工两个直角三角形金属银贴片，即第一直角三角形寄生金属贴片15和第二直角三角形寄生金属贴片16。
82.进一步的，所述第一直角三角形寄生金属贴片15右侧边沿竖直方向，长度为24mm，上侧边沿水平方向，长度为14.5mm，沿水平方向的上侧边与矩形金属贴片下边沿间距为2mm；左下侧边平行于三角形金属辐射贴片13的相邻边，二者间距也是2mm。
83.进一步的，所述第二直角三角形寄生金属贴片16左侧边沿竖直方向，长度为24mm，上侧边沿水平方向，长度为14.5mm，沿水平方向的上侧边与矩形金属贴片下边沿间距为2mm。右下侧边平行于三角形金属辐射贴片13的相邻边，二者间距也是2mm。
84.进一步的，天线介质基板两侧的金属结构可以是银也可以是铜，即只要具有良好导电特性的金属材质即可。
85.进一步的，天线介质基板上表面的全部金属贴片结构可以整体向介质基板上表面左侧或者右侧移动。
86.进一步的，上述实施方案中，每个结构在形状保持不变的情况下，天线整体结构的几何尺寸可以根据上述给出的具体数值为参考做一定的调制，只要能够满足本发明中的相关特性即可。
87.本技术设计的天线是一个平面微带天线，结构整体较小，易于与其他电路设备集成。
88.本技术设计的天线的辐射结构全部位于介质基板的一侧，而另一侧全部表面覆铜或银等金属，电磁能量无法向后辐射，所以本发明设计天线还具有单向辐射特性。
89.实施例3
90.基于上述实施例1-2，本实施例主要介绍一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线的效果验证。
91.利用三维电磁仿真软件hfss对本发明设计适用于北斗与wlan数据传输系统微带
天线进行仿真分析得知，如图4所述，该天线能够在在1.0～8.0ghz范围内具有五个有效的工作频点。
92.中心谐振频点分别为1.58
±
1％ghz、2.05
±
1％ghz、3.92
±
1％ghz、5.81
±
1％ghz和7.16
±
1％ghz，本发明设计的天线是一个多频天线。
93.图5为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得频率为1.57ghz处phi＝0
°
平面上远场辐射方向图；在频率f
02
＝1.57ghz处，远场辐射增益达到-16.4dbi。
94.图6为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得频率为5.80ghz处phi＝0
°
平面上远场辐射方向图；本发明设计天线在5.80ghz为中心的工作频段内，具有高远场辐射增益特性，在谐振频率f
01
＝5.80ghz处，远场辐射增益达到5.60dbi。
95.图7为利用三维电磁仿真软件对本发明设计天线分析所得频率为7.16ghz处phi＝0
°
平面上远场辐射方向图；在频率f
02
＝7.16ghz处，远场辐射增益达到7.26dbi；所以本发明设计天线是一个具有高远场辐射增益的单向辐射平面天线。
96.第一个谐振频点能够为北斗高精度定位服务，第四个谐振频点能够为wlan无线移动通信服务，即本发明设计天线是一个融合北斗定位和wlan无线高速数据的多功能天线。
97.本发明设计的一款适用于北斗与wlan系统互补结构加载微带天线，通过介质基板、金属接地板、直角三角形寄生金属贴片、金属辐射结构以及微带金属线的组合设计，能够在1.0～8.0ghz范围内具有五个有效的工作频点；所述中心谐振频点分别为1.58
±
1％ghz、2.05
±
1％ghz、3.92
±
1％ghz、5.81
±
1％ghz和7.16
±
1％ghz；其中第一个工作频点可以为北斗卫星定位服务，第四个工作频点能够为wlan无线通信服务，剩余三个谐振频点还能够实现其他功能的通信；其中第四个小于-10db的谐振频段还具有宽带特性，有效谐振频率为12.9％。
98.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。