CN104966901A - 一种基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线属于天线技术领域；该微带天线包括介质板，微带贴片，接地板和馈线；所述微带贴片贴于介质板上表面，所述接地板贴于介质板下表面，所述馈线连接在微带贴片水平边中间，贴于介质板上表面，所述微带贴片包括一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线；所述水平金属线和竖直金属线的排列方式分别为均匀排列和非均匀排列，或非均匀排列和均匀排列，或均为非均匀排列；这种结构，使得本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具有双频段功能的同时，不仅结构简单，剖面小，而且频比能够达到5.5到6，具有频比高的技术优势。

Description

一种基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线

技术领域

本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线属于天线技术领域。

背景技术

微带天线因体积小、重量轻、可与载体共形等优点，使其在移动通信等领域具有广泛应用。近年来随着现代机载通讯和星载雷达的进步以及智能电子产品和个人移动通信的发展，对低剖面、双频带的微带天线的需求越来越大。因此研究双频带微带天线有着非常重要的理论意义和实际应用价值。

从国内外公开的文章和专利可知，栅格化金属结构可用于制作微带天线的微带贴片。在《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》杂志2004年第52卷第6期中文章“Meshed Patch Antennas”，《微波学报》杂志2005年第21卷增刊文章“低RCS栅格微带天线研究”中，申请号为201310500208.5的发明专利，申请号为201310499218.1的发明专利，均出现了栅格化金属结构的微带贴片，以上微带贴片的共同结构特征在于金属网格均为周期排列或随机排列，微带贴片表面电流均匀分布或完全没有规律，使得这种微带天线不具备双频段的功能。

为了使微带天线具有双频段的功能，出现了一些列新结构：

第一、多层天线结构：在《Electronics Letters》杂志1997年第33卷第22期文章“Single-feed small circularly polarized square microstrip antenna”中公开；

第二、加载开槽结构：在《微波学报》杂志2002年第18卷第1期文章“宽频带双层微带天线研究”中公开；

第三、天线阵列结构：在《Antennas and Propagation》杂志1998年第46卷第1289-1296页文章“Dual-frequency and Dual-polarization microstrip antennas for SARapplication”中公开；

以上三种结构，均能使微带天线均具有双频段功能，但遗憾的是，这些结构复杂，造成微带天线剖面大，同时，频比最高只能达到5，频比低。

发明内容

针对现有现有微带天线剖面大，频比低的问题，本发明公开了一种基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，该天线在具有双频段功能的同时，不仅结构简单，剖面小，而且频比能够达到5.5到6，具有频比高的技术优势。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，包括介质板，微带贴片，接地板和馈线；所述微带贴片贴于介质板上表面，所述接地板贴于介质板下表面，所述馈线连接在微带贴片水平边中间，贴于介质板上表面，所述微带贴片包括一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线；所述水平金属线和竖直金属线的排列方式为以下三种方式中的一种：

方式一、水平金属线为均匀排列，竖直金属线为非均匀排列；

方式二、水平金属线为非均匀排列，竖直金属线为均匀排列；

方式三、水平金属线为非均匀排列，竖直金属线为非均匀排列。

上述基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，所述非均匀排列包括金属线宽不全相等或/和金属线间距不全相等。

上述基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，所述非均匀排列包括金属线宽全不相等或/和金属线间距全不相等。

上述基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，所述水平金属线和竖直金属线的对称方式为以下三种方式中的一种：

方式一、水平金属线上下对称，竖直金属线左右非对称；

方式二、竖直金属线左右对称，水平金属线上下非对称；

方式三、水平金属线上下对称，竖直金属线左右对称。

上述基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，

所述水平金属线的条数n，线宽x_i以及周期t_i，满足以下三个条件：

条件一：

$\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{t}_i=\frac{\mathrm{\λ}}{2},i=1,2,3,...,n-1$

条件二：

$\frac{1}{5}\≤\frac{t_{i+1}}{t_i}\≤5,i=1,2,3,...,n-1$

条件三：

$\frac{1}{5}\≤\frac{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}(t_i-x_i)}{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{t}_i}\≤\frac{4}{5},i=1,2,3,...,n-1$

所述竖直金属线的条数m，线宽y_j以及周期k_j，满足以下三个条件：

条件一：

条件二：

$\frac{2}{5}\≤\frac{k_{j+1}}{k_j}\≤\frac{5}{2},j=1,2,3,...,m-1$

条件三：

$\frac{3}{10}\≤\frac{\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}(k_j-y_j)}{\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}{k}_j}\≤\frac{3}{4},j=1,2,3,...,m-1$

其中，λ是电磁波在介质板中传播时的波长，是介质板的有效介电常数。

有益效果：

第一、本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，仍然只有介质板，微带贴片，接地板和馈线四部分组成；并且延续微带贴片贴于介质板上表面，接地板贴于介质板下表面，馈线连接在微带贴片水平边中间，贴于介质板上表面的设计，因此结构简单，剖面小。

第二、本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，将微带贴片设计成一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线的结构，并且水平金属线和竖直金属线分别为均匀排列和非均匀排列的形式，或分别为非均匀排列和均匀排列的形式，或分别为非均匀排列和非均匀排列的形式，使得本发明微带天线不仅具有两个工作频段，而且频比能够达到5.5到6，具有频比高的技术优势。

附图说明

图1是本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线主视图。

图2是本发明基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线剖视图。

图中：1介质板、2微带贴片、3接地板、4馈线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，包括介质板1，微带贴片2，接地板3和馈线4；所述微带贴片2贴于介质板1上表面，所述接地板3贴于介质板1下表面，所述馈线4连接在微带贴片2水平边中间，贴于介质板1上表面；所述微带贴片2包括一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线；所述水平金属线均匀排列，所述竖直金属线非均匀排列，如图1和图2所示。

具体实施例二

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，包括介质板1，微带贴片2，接地板3和馈线4；所述微带贴片2贴于介质板1上表面，所述接地板3贴于介质板1下表面，所述馈线4连接在微带贴片2水平边中间，贴于介质板1上表面；所述微带贴片2包括一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线；所述水平金属线非均匀排列，所述竖直金属线均匀排列。

具体实施例三

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，包括介质板1，微带贴片2，接地板3和馈线4；所述微带贴片2贴于介质板1上表面，所述接地板3贴于介质板1下表面，所述馈线4连接在微带贴片2水平边中间，贴于介质板1上表面；所述微带贴片2包括一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线；所述水平金属线非均匀排列，所述竖直金属线非均匀排列。

在以上三个实施例中，水平金属线和竖直金属线至少有一个设计成非均匀平行排列的样式，使微带贴片2表面电流非均匀有序分布，实现激励两个谐振点。

具体实施例四

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定非均匀排列是指金属线宽不全相等，但金属线间距相等。

具体实施例五

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定非均匀排列是指金属线宽相等，但金属线间距不全相等。

具体实施例六

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定非均匀排列是指金属线宽和金属线间距都不全相等。

具体实施例七

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定非均匀排列是指金属线宽全不相等，但金属线间距相等。

具体实施例八

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定非均匀排列是指金属线宽相等，但金属线间距全不相等。

具体实施例九

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定非均匀排列是指金属线宽和金属线间距都全不相等。

具体实施例四、具体实施例五、具体实施例六、具体实施例七、具体实施例八、以及具体实施例九的结构设计，可以灵活调整微带贴片的局部设计参数，进而微调整微带天线辐射性能，有利于频比接近或达到最大值；理论分析表明，对微带贴片的局部设计参数进行调整，微带天线的频比能够超过5.5，甚至达到6，超过现有技术的微带贴片的频比。

具体实施例十

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定水平金属线上下对称，竖直金属线左右非对称。

这种结构设计，增加了微带天线左右偏转的功能。

具体实施例十一

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定水平金属线上下非对称，竖直金属线左右对称。

这种结构设计，增加了微带天线上下偏转的功能。

具体实施例十二

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定水平金属线上下非对称，竖直金属线左右非对称。

这种结构设计，增加了微带天线全方位偏转的功能。

具体实施例十三

本实施例的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，在具体实施例一、具体实施例二或具体实施例三的基础上，进一步限定以下特征：

所述水平金属线的条数n，线宽x_i以及周期t_i，满足以下三个条件：

条件一：

$\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{t}_i=\frac{\mathrm{\λ}}{2},i=1,2,3,...,n-1$

条件二：

$\frac{1}{5}\≤\frac{t_{i+1}}{t_i}\≤5,i=1,2,3,...,n-1$

条件三：

$\frac{1}{5}\≤\frac{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}(t_i-x_i)}{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{t}_i}\≤\frac{4}{5},i=1,2,3,...,n-1$

所述竖直金属线的条数m，线宽y_j以及周期k_j，满足以下三个条件：

条件一：

条件二：

$\frac{2}{5}\≤\frac{k_{j+1}}{k_j}\≤\frac{5}{2},j=1,2,3,...,m-1$

条件三：

$\frac{3}{10}\≤\frac{\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}(k_j-y_j)}{\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}{k}_j}\≤\frac{3}{4},j=1,2,3,...,m-1$

其中，λ是电磁波在介质板中传播时的波长，是介质板的有效介电常数。

以上对水平金属线和竖直金属线的参数限制，不仅可以减少微带贴片2的杂散耦合，保证天线的最佳辐射性能，使天线具有较高的增益，而且可以避免高次谐振模式的方向图产生畸化。

需要说明的是，在以上实施例中，只要技术特征不矛盾，都能够进行组合；技术特征组合后天线的性能，等于单个结构产生性能的总和。

由于本领域技术人员能够判断哪些技术特征是不矛盾的，也能根据基本排列组合知识穷尽组合后的任意一种可能，因此在说明书中不再重复说明；但需要说明的是，说明书中已经明确组合的原则，应理解为该原则下的任意一种组合均已记载于说明书。

Claims (5)

1.一种基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，包括介质板(1)，微带贴片(2)，接地板(3)和馈线(4)；所述微带贴片(2)贴于介质板(1)上表面，所述接地板(3)贴于介质板(1)下表面，所述馈线(4)连接在微带贴片(2)水平边中间，贴于介质板(1)上表面，其特征在于，所述微带贴片(2)包括一系列相互平行的水平金属线和一系列相互平行的竖直金属线；所述水平金属线和竖直金属线的排列方式为以下三种方式中的一种：

方式一、水平金属线为均匀排列，竖直金属线为非均匀排列；

方式二、水平金属线为非均匀排列，竖直金属线为均匀排列；

方式三、水平金属线为非均匀排列，竖直金属线为非均匀排列。

2.根据权利要求1所述的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，其特征在于，所述非均匀排列包括金属线宽不全相等或/和金属线间距不全相等。

3.根据权利要求1所述的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，其特征在于，所述非均匀排列包括金属线宽全不相等或/和金属线间距全不相等。

4.根据权利要求1所述的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，其特征在于，所述水平金属线和竖直金属线的对称方式为以下三种方式中的一种：

方式一、水平金属线上下对称，竖直金属线左右非对称；

方式二、竖直金属线左右对称，水平金属线上下非对称；

方式三、水平金属线上下对称，竖直金属线左右对称。

5.根据权利要求6所述的基于金属非均匀栅格化的双频段微带天线，其特征在于，

所述水平金属线的条数n，线宽x_i以及周期t_i，满足以下三个条件：

条件一：

$\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{t}_i=\frac{\mathrm{\λ}}{2},i=1,2,3,...,n-1$

条件二：

$\frac{1}{5}\≤\frac{t_{i+1}}{t_i}\≤5,i=1,2,3,...,n-1$

条件三：

$\frac{1}{5}\≤\frac{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}(t_i-x_i)}{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{t}_i}\≤\frac{4}{5},i=1,2,3,...,n-1$

所述竖直金属线的条数m，线宽y_j以及周期k_j，满足以下三个条件：

条件一：

条件二：

$\frac{2}{5}\≤\frac{k_{j+1}}{k_j}\≤\frac{5}{2},j=1,2,3,...,m-1$

条件三：

$\frac{3}{10}\≤\frac{\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}(k_j-y_j)}{\underset{j=1}{\overset{m-1}{\Σ}}{k}_j}\≤\frac{3}{4},j=1,2,3,...,m-1$

其中，λ是电磁波在介质板中传播时的波长，是介质板的有效介电常数。