CN103490160A - 一种基于复合左右手传输线的微带天线 - Google Patents

一种基于复合左右手传输线的微带天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于复合左右手传输线的微带天线，依次包括：第一金属层、矩形的介质基板、空气介质层和第二金属层；第一金属层为周期性电路，第二金属层为接地层；第一金属层周期性电路包括三个周期单元和微带馈线，每个周期单元包括依次相连的矩形辐射贴片、金属折叠线和虚拟地，微带馈线与相邻的矩形辐射贴片直接相连，在每个矩形辐射贴片的下方设有一个金属过孔，金属过孔通过介质基板、空气介质层连接到第二金属层；第二金属层蚀刻有三个互补谐振环结构。将金属折叠线、金属过孔、互补谐振环相结合使用，天线具有全向辐射特性；适用于无线局域网系统或者小型化基站天线所，结构简单，体积小型化、成本低。

Description

一种基于复合左右手传输线的微带天线
技术领域
本发明属于微波技术领域，特别涉及一种基于复合左右手传输线的微带天线。
背景技术
随着科学技术的进步和电子工业的飞速发展，无线通信技术也得到了快速的发展，给人们之间的交流带来了很大的便利，其中天线在无线通信系统中占据了重要的位置。随着无线移动设备的体积越来越小、越来越便于携带，天线的性能除了要满足重量轻、制作简单、成本低的特性要求，还要满足体积小、全向性的特点，目前复合左右手传输线已经成为电磁研究领域中的一个热点，我们可以利用其零阶谐振特性来设计出体积更小的天线。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足， 本发明提供一种基于复合左右手传输线的微带天线，利用复合左右手传输线结构的零阶谐振特性，在实现全向辐射的同时并满足天线小型化的要求。
为了解决上述问题，采用以下技术方案：
一种基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述微带天线包括：矩形的介质基板、介质基板上层的第一金属层、介质基板下层的空气介质层、和空气介质层下层的第二金属层；其中，第一金属层为周期性电路，第二金属层为接地层；第一金属层周期性电路包括三个周期单元和微带馈线，每个周期单元包括依次相连的矩形辐射贴片、金属折叠线和虚拟地，微带馈线与相邻的矩形辐射贴片直接相连，在每个矩形辐射贴片的下方设有一个金属过孔，金属过孔通过介质基板、空气介质层连接到第二金属层；第二金属层蚀刻有三个互补谐振环结构，每个互补谐振环结构包括开口向下的第一U型刻槽和开口向上的第二U型刻槽，第一U型刻槽倒插于第二U型刻槽内部将金属过孔扣于中间。
所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：相邻矩形辐射贴片之间相互耦合实现串联电容，介质基板上层的第一金属层与空气介质层下层的第二金属层实现并联电容，连接于介质基板上层矩形辐射贴片和第二金属层之间的金属过孔实现并联电感，金属折叠线将矩形辐射贴片与虚拟地相连实现并联电感，第二金属层上的三个互补谐振环结构实现并联电感，从而在介质基板上构成复合左右手传输线，形成零阶谐振天线。通过在介质基板和第二金属层之间添加空气介质层来增加金属过孔的高度，提高并联电感的大小，从而使天线的零阶谐振频率更小。
作为优选方案，所述微带天线的谐振为2.4GHz，相对带宽为4.6%。
作为优选方案，所述介质基板的长度不大于谐振时工作波长的1/6。
作为优选方案，所述介质基板材质为聚四氟乙烯，介电常数为2.65，损耗角正切为0.002，厚度为0.7mm。
作为优选方案，所述第一金属层和第二金属层为覆铜板，厚度为0.07mm。
作为优选方案，所述矩形辐射贴片长L=6mm、宽W=6mm，相邻矩形辐射贴片之间的间隙d=0.2mm。
作为优选方案，所述金属过孔半径为r=1mm；金属折叠线的线宽为0.2mm，相邻金属折叠线的间距为0.2mm。
有益效果是：本发明提供的一种基于复合左右手传输线的微带天线，将金属折叠线、金属过孔、互补谐振环相结合使用，天线具有全向辐射特性；通过调节天线的一些参数，可以调节天线的谐振频率；天线的零阶谐振频率更小，适用于无线局域网系统或者小型化基站天线所，结构简单，体积小型化、成本低。
附图说明
图1是本发明基于复合左右手传输线的微带天线的立体图；
图2是图1的顶层结构示意图；
图3是图1的底层结构示意图；
图4是本发明基于复合左右手传输线的微带天线的回波损耗图；
图5是本发明基于复合左右手传输线的微带天线的方向图；
图6是本发明的等效电路图。
图中：介质基板1、矩形辐射贴片2、微带馈线3、金属过孔4、金属折叠线5、空气介质层6、虚拟地7、第二金属层8、第一U型刻槽9、第二U型刻槽10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，为一种基于复合左右手传输线的微带天线，包括：矩形的介质基板1、介质基板1上层的第一金属层、介质基板1下层的空气介质层6、和空气介质层6下层的第二金属层8；其中，第一金属层为周期性电路，第二金属层8为接地层；第一金属层周期性电路包括三个周期单元和微带馈线3，每个周期单元包括依次相连的矩形辐射贴片2、金属折叠线5和虚拟地7，微带馈线3与相邻的矩形辐射贴片直接相连，在每个矩形辐射贴片2的下方设有一个金属过孔4，金属过孔4通过介质基板1、空气介质层6连接到第二金属层8；第二金属层8蚀刻有三个互补谐振环结构，谐振环结构包括开口向下的第一U型刻槽9 和开口向上的第二U型刻槽10，第一U型刻槽9倒插于第二U型刻槽10内部将金属过孔4扣于中间。
所述的基于复合左右手传输线的微带天线，相邻矩形辐射贴片之间相互耦合实现串联电容，介质基板1上层的第一金属层与空气介质层6下层的第二金属层8实现并联电容，连接于介质基板上层矩形辐射贴片2和第二金属层8之间的金属过孔4实现并联电感，金属折叠线5将矩形辐射贴片2与虚拟地7相连实现并联电感，第二金属层上的三个互补谐振环结构实现并联电感，从而在介质基板1上构成复合左右手传输线，形成零阶谐振天线。
作为优选方案，介质基板1 材质为聚四氟乙烯，介电常数为2.65，损耗角正切为0.002，厚度为0.7mm。第一金属层和第二金属层8为覆铜板，厚度为0.07mm。矩形辐射贴片2长L=6mm、宽W=6mm，相邻矩形辐射贴片2之间的间隙d=0.2mm；金属过孔4半径为r=1mm；金属折叠线的线宽为0.2mm，相邻金属折叠线5的间距为0.2mm。
基于复合左右手传输线的微带天线，其谐振频率由串联电容、并联电容、串联电感及并联电感决定，复合左右手传输线的等效电路图如图6所示。本发明利用复合左右手传输线结构理论，设计了一种新型双层介质微带天线，通过在介质基板1下方添加一层空气介质层6、第二金属层8蚀刻互补谐振环以及在矩形辐射贴片2连接金属折叠线5，来改变天线的串联电容、自身串联电感、并联电容及并联电感，从而可以灵活调整天线的谐振频率。
如图4所示，为本实施例的回波损耗曲线图，作为优选方案，所述微带天线的谐振为2.4GHz，相对带宽为4.6%；介质基板1的长度不大于谐振时工作波长的1/6。
如图5所示，为本实施例的方向图。在E面（xoz面），该天线的辐射辐射方向图类似于8字形；在H面（yoz面），天线具有很好的全向辐射特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述微带天线包括：矩形的介质基板、介质基板上层的第一金属层、介质基板下层的空气介质层、和空气介质层下层的第二金属层；
其中，第一金属层为周期性电路，第二金属层为接地层；第一金属层周期性电路包括三个周期单元和微带馈线，每个周期单元包括依次相连的矩形辐射贴片、金属折叠线和虚拟地，微带馈线与相邻的矩形辐射贴片直接相连，在每个矩形辐射贴片的下方设有一个金属过孔，金属过孔通过介质基板、空气介质层连接到第二金属层；第二金属层蚀刻有三个互补谐振环结构，每个互补谐振环结构包括开口向下的第一U型刻槽和开口向上的第二U型刻槽，第一U型刻槽倒插于第二U型刻槽内部将金属过孔扣于中间。
2.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：相邻矩形辐射贴片之间相互耦合实现串联电容，介质基板上层的第一金属层与空气介质层下层的第二金属层实现并联电容，连接于介质基板上层矩形辐射贴片和第二金属层之间的金属过孔实现并联电感，金属折叠线将矩形辐射贴片与虚拟地相连实现并联电感，第二金属层上的三个互补谐振环结构实现并联电感，从而在介质基板上构成复合左右手传输线，形成零阶谐振天线。
3.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述微带天线的谐振为2.4GHz，相对带宽为4.6%。
4.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述介质基板的长度不大于谐振时工作波长的1/6。
5.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述介质基板材质为聚四氟乙烯，介电常数为2.65，损耗角正切为0.002，厚度为0.7mm。
6.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述第一金属层和第二金属层为覆铜板，厚度为0.07mm。
7.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述矩形辐射贴片长L=6mm、宽W=6mm，相邻矩形辐射贴片之间的间隙d=0.2mm。
8.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的微带天线，其特征在于：所述金属过孔半径为r=1mm；金属折叠线的线宽为0.2mm，相邻金属折叠线的间距为0.2mm。
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