CN203456593U - 一种基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，包括矩形的介质基片和内壁设有导电金属层的金属通孔，介质基片的上表面设有上表面金属层和馈电微带线，介质基片的下表面设有下表面金属层，下表面金属层上设有条形缝隙，金属通孔沿上表面金属层的边缘分布并围成一个半包围结构，半包围结构构成谐振腔，馈电微带线位于谐振腔开口处，并与上表面金属层相连，上表面金属层和下表面金属层通过金属通孔内壁的导电金属层相连，条形缝隙位于的谐振腔内且长度方向指向谐振腔的开口。该双频段缝隙天线能同时工作在C频段和X频段，结构简单、便于集成。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种缝隙天线，尤其是一种基于半模基片的双频段缝隙天线。
背景技术
近年来随着无线通信***的广泛使用，市场上呈现多种无线通信***共存的局面，为了降低成本、减少天线之间的电磁耦合干扰，对兼容多频段的天线需求显得愈发迫切。目前，双频段天线的研究很多，据调研，按照天线类型，常见双频段天线可分为以下几种类型：双频段微带天线、双频段圆锥喇叭天线、双频段车载鞭状天线、双频段平面倒置F型（PIFA）天线、双频段印刷单极子天线、双频段圆筒天线、双频段抛物面天线等等，它们工作的双频段可大体分为以下几种类型：VHF/UHF双频段，WLAN的2.4GHz/5.2GHz双频段，2.45GHz和5.80GHz两个射频识别（RFID）频段、L/S双频段、2.4～2.484GHz WLAN和3.4～3.69GHz WiMAX双频段、C/Ku双频段、GSM900MHz/DCS1800MHz移动通信双频段、用于卫星地面测控站的C/L双频段、跟踪载人飞船的Ku/S双频段、用于遥测跟踪的S/X双频段等等，以满足各种各样的通信需要。其中，工作在类似C/X双频段的双频段天线存在不易和平面电路集成、尺寸大的缺点。
发明内容
本实用新型要解决是技术问题是提供一种易与平面电路集成且尺寸较小的双频段缝隙天线。
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，包括矩形的介质基片和内壁设有导电金属层的金属通孔，介质基片的上表面设有上表面金属层和馈电微带线，介质基片的下表面设有下表面金属层，下表面金属层上设有条形缝隙，金属通孔沿上表面金属层的边缘分布并围成一个半包围结构，半包围结构构成谐振腔，馈电微带线位于谐振腔开口处且与上表面金属层相连，上表面金属层和下表面金属层通过金属通孔内壁的导电金属层相连，条形缝隙位于的谐振腔内且长度方向指向谐振腔的开口。采用半模基片集成波导的双频段天线与基片集成波导的双频段天线相比尺寸缩小一半；采用上表面金属层与下表面金属层的双层电路板设计便于与平面电路集成；采用在下表面金属层上设置条形缝隙来实现对外辐射。
本实用新型的介质基片的上表面还设有半共面波导结构，半共面波导结构为馈电微带线提供匹配阻抗且与上表面金属层相连。采用半共面波结构能够对馈电微带线起到一定的阻抗匹配作用。
本实用新型的条形缝隙的数量为2条以上且相互平行。采用2条以上的条形缝隙能够满足不同情况下对天线在增益或辐射方向方面的需求。
本实用新型的条形缝隙的长度为大于等于1/8小于等于7/8的介质基片总宽度，宽度为大于等于1/25小于等于7/25的介质基片总长度。采用长度为大于等于1/8小于等于7/8的介质基片总宽度以及采用宽度为大于等于1/25小于等于7/25的介质基片总长度的设计，能够满足对于不同谐振频率的要求。
本实用新型的相邻条形缝隙之间的距离为大于等于1/7小于等于1/2的介质基片总长度。采用相邻条形缝隙之间的距离为大于等于1/7小于等于1/2的介质基片总长度的设计，能够满足天线在不同增益或辐射方向方面的需求，同时能够实现调节谐振频率的需求。
本实用新型的半共面波导的宽度为大于等于1/13小于等于3/8的介质基片的总宽度，长度为大于等于1/11小于等于7/11的介质基片总长度。采用半共面波导的宽度为大于等于1/13小于等于3/8的介质基片的总宽度以及采用长度为大于等于1/11小于等于7/11的介质基片总长度的设计，能够有效调节阻抗匹配。
本实用新型的有益效果在于：（1）可以通过改变条形缝隙的形状、数量、尺寸或相对距离来改变工作频率；（2）采用半模基片集成波导，有效地减少了双频段天线的尺寸；（3）采用上表面金属层与下表面金属层的双层电路板设计便于与平面电路集成；（4）采用半共面波导结构提供匹配阻抗，能够降低天线能量损失，提高天线的辐射性能。
附图说明
图1为本实用新型的半模基片集成波导双频段缝隙天线的正面示意图；
图2为本实用新型的半模基片集成波导双频段缝隙天线的背面示意图；
图3为本实用新型的半模基片集成波导双频段缝隙天线的反射系数S11随频率变化图；
图4为本实用新型的半模基片集成波导双频段缝隙天线的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1和2所示，基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线包括矩形的介质基片1和内壁设有导电金属层的金属通孔2，在介质基片1的上表面设有上表面金属层3和馈电微带线5，在介质基片1的下表面设有下表面金属层4，在下表面金属层4上设有两个相互平行的条形缝隙6，金属通孔2沿上表面金属层3的上侧边缘、右侧边缘和下侧边缘均匀分布形成一个半包围结构，该半包围结构构成谐振腔，馈电微带线5位于介质基片的下侧且靠近谐振腔开口处，馈电微带线5与上表面金属层3相连，上表面金属层3和下表面金属层4通过金属通孔2内壁的导电金属层相连，两个条形缝隙6位于谐振腔内且长度方向指向谐振腔的开口。
介质基片1的总宽度W为天线最低工作频率时对应真空中波长的1/5至1/3倍；介质基片1的总长度L为天线最低工作频率对应真空中波长的1/3至1/2倍；两个条形缝隙6的形状为长方形；两个条形缝隙6的长度Sl相等且大于等于1/8小于等于7/8的介质基片1总宽度W；两个条形缝隙6的宽度Sw相等且大于等于1/25小于等于7/25的介质基片1总长度L；两个条形缝隙6的间距D2大于等于1/7小于等于1/2的介质基片1总长度L；金属通孔2的每个通孔的直径与相邻通孔的间距之比大于等于0.5小于等于1。
在介质基片1的上表面还设有一个半共面波导结构7，半共面波导结构7靠近上表面金属层3与馈电微带线5的连接处且与上表面金属层3相连，为馈电微带线5提供匹配阻抗；半共面波导结构7的宽度C2大于等于1/13小于等于3/8的介质基片1总宽度W；半共面波导结构7与右侧上表面金属层3之间的间距C1大于等于1/13小于等于1/8的介质基片1总宽度W；半共面波导结构7的长度Dt大于等于1/11小于等于7/11的介质基片1总长度L。以上各个尺寸参数和所用基板材料相关、且相互影响制约，实际应用中根据性能要求和安装条件的限制，需要对天线的性能参数，例如方向图、方向性系数、效率、输入阻抗、极化和频带等进行综合研究，本发明经过对天线的尺寸、性能、结构排布等方面的权衡，最终得到了下述较佳的结构实施方式。
本实用新型的优选方案为：介质基片1采用厚度为0.8mm的宽介电常数聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板（F4BM）基板，它的相对介电常数εr为2.2，损耗角正切tanδ为0.001；介质基片1的总长度L和总宽度W分别为24.8mm和12.4mm；两个条形缝隙6的长度Sl和宽度Sw分别为7.4mm和1mm，开缝位置D3和D4分别为2.9mm和0.6mm，两个条形缝隙6的间距D2为12mm；馈电微带线5的宽度C3和长度Lm分别为2.4mm和5mm；金属通孔2的每个通孔的直径为1mm，相邻两个通孔的间距Lg为1.5mm；半共面波导结构7的宽度C2、间距C1和长度Dt分别为0.6mm、0.7mm和6mm。与文献[Rmili H,Floc'h J M,Khaleghi A.Design of widebanddouble-sided printed dipole antenna for C-and X-band applications[J].Electronics Letters,2006,42(19):1076-1077]中C/X双频段双面印刷偶极子天线（尺寸为75mm×50mm，满足S11<-10dB的谐振点6.68GHz、8.88GHz、9.56GHz和10.61GHz对应增益分别为3dBi、4.1dBi、2.9dBi和3.5dBi）相比，本实用新型的天线的面积是该文献中天线的8.2％，而天线的性能基本一样，实现了小尺寸的C/X双频段工作天线。
如图3所示，给出了半模基片集成波导双频段缝隙天线的反射系数S11随频率变化图，可见该双频段缝隙天线能同时工作在C频段（谐振点频率为5.74GHz，对应的S11为-21.86dB）和X频段（谐振点频率为11.36GHz，对应的S11为-25.09dB），C频段谐振点对应半模基片集成波导谐振腔的半TE101模式，X频段谐振点对应半模基片集成波导谐振腔的半TE102模式。
如图4所示，该半模基片集成波导双频段缝隙天线在E面和H面辐射方向图的仿真和测量结果基本一致，结果显示天线在C频段谐振点具有全向辐射特性（谐振点增益为2.2dBi），在X频段谐振点具定向辐射特性（谐振点增益为5.4dBi）。
Claims (8)
1.一种基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，包括矩形的介质基片（1）和内壁设有导电金属层的金属通孔（2），其特征在于：所述介质基片（1）的上表面设有上表面金属层（3）和馈电微带线（5），所述介质基片（1）的下表面设有下表面金属层（4），所述下表面金属层（4）上设有条形缝隙（6），所述金属通孔（2）沿上表面金属层（3）的边缘分布并围成一个半包围结构，所述半包围结构构成谐振腔，所述馈电微带线（5）位于谐振腔开口处，并与上表面金属层（3）相连，所述上表面金属层（3）和下表面金属层（4）通过金属通孔（2）内壁的导电金属层相连，所述条形缝隙（6）位于的谐振腔内且长度方向指向谐振腔的开口。
2.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：所述介质基片（1）的上表面还设有半共面波导结构（7），所述半共面波导结构（7）为馈电微带线（5）提供匹配阻抗且与上表面金属层（3）相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：所述条形缝隙（6）的数量为两条以上且相互平行。
4.根据权利要求1或2所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：所述条形缝隙（6）的缝隙长度大于等于1/8小于等于7/8的介质基片（1）的总宽度，缝隙宽度大于等于1/25小于等于7/25的介质基片（1）的总长度。
5.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：所述条形缝隙（6）的缝隙长度大于等于1/8小于等于7/8的介质基片（1）的总宽度，缝隙宽度大于等于1/25小于等于7/25的介质基片（1）的总长度。
6.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：相邻两个条形缝隙（6）之间的距离大于等于1/7小于等于1/2的介质基片（1）的总长度。
7.根据权利要求5所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：相邻两个条形缝隙（6）之间的距离大于等于1/7小于等于1/2的介质基片（1）的总长度。
8.根据权利要求2所述的基于半模基片集成波导的双频段缝隙天线，其特征在于：所述半共面波导（7）的宽度大于等于1/13小于等于3/8的介质基片（1）的总宽度，长度大于等于1/11小于等于7/11的介质基片（1）的总长度。
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| CN107154530A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-09-12 | 南京邮电大学 | 三角形半模基片集成波导背腔缝隙天线 |
| CN107402031A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-11-28 | 中北大学 | 基于微波散射原理的温度压力双参数传感器及制备方法 |
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