CN105514597A - 一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，所述天线为三层堆叠式结构，其中顶层由水贴片和盛装水的容器组成，中间层由印制在印刷电路板PCB板上的馈电结构组成，底层为金属反射板，所述三层堆叠式结构由四根塑料支柱支撑，所述馈电结构为环形缝隙耦合馈电结构，在位于PCB板上表面的金属地板上刻蚀有一环形缝隙，由位于PCB板下表面的T形微带线进行馈电。本发明通过新型耦合馈电及堆叠式结构实现了天线双模特性，实现了较宽的带宽和较高的增益及效率。

Description

一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线
技术领域
本发明涉及水天线领域，特别涉及一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线。
背景技术
近年来，水天线作为一种新型的液体天线由于水独有的特性如：高介电常数，可重构性，可塑性，低成本，透明性，易获取等，吸引了越来越广泛的关注。水天线的出现为天线设计提供了一种新的途径，丰富了天线的种类。
2009年，R.Zhou,H.Zhang,和H.Xin在本技术领域顶级会议"AntennasandPropagationSocietyInternationalSymposium"上发表题为"Acompactwaterbaseddielectricresonatorantenna"的文章，使用纯水设计了一种长方体介质谐振器天线。该介质谐器天线由同轴探针馈电，在泡沫塑料构成的长方体容器内注入纯净水，天线激励出谐振器模式。
2014年，L.Xing,Y.Huang,Y.Shen,S.AlJa'afreh,Q.Xu和R.Alrawashdeh在本技术领域顶级会议"AntennasandPropagationSocietyInternationalSymposium"上发表题为"BroadbandU-shapedwaterantennaforDVB-Happlications"的文章。天线将基于水的谐振器设计成U型结构，采用同轴探针馈电，天线实现了宽带和高效率。
2015年，L.Xing,Y.Huang,Q.Xu,和S.Alja'afreh在期刊“IEEEAccess”上发表题为“AWidebandHybridWaterAntennaWithanF-ShapedMonopole”的文章。其采用F型单极子天线和矩形水介质谐振器天线相结合，设计一款混合水天线，天线实现了很宽的带宽和很高的效率。
2015年，L.Xing,Y.Huang,Q.Xu,S.Alja'afreh和T.Liu在期刊“IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters”上发表题为“ABroadbandHybridWaterAntennaforHand-PortableApplications”的文章。其采用同轴探针对矩形水贴片馈电，并加入一段金属枝节调节阻抗匹配，从而设计了一款混合水天线，天线实现了很宽的带宽和很高的效率。
2015年Y.Li和K-M.Luk在期刊“IEEEAccess”发表题为“AWaterDenseDielectricPatchAntenna”的文章，提出了一种新型的基于水的高介电常数特性的贴片天线，采用L型探针馈电，天线工作于贴片天线模式。
水天线的设计存在着许多的挑战，主要解决三大问题：带宽，增益和效率。一般水天线的带宽较窄，随着频率的升高水的损耗加大，天线的效率和增益会显著下降而且大部分水天线馈电结构复杂不易加工。这些问题都还有待于进一步解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，所述天线为三层堆叠式结构，其中顶层由水贴片和盛装水的容器组成，中间层由印制在印刷电路板PCB板上的馈电结构组成，底层为金属反射板，所述三层堆叠式结构由四根塑料支柱支撑，其特征在于所述馈电结构为环形缝隙耦合馈电结构，在位于PCB板上表面的金属地板上刻蚀有一环形缝隙，由位于PCB板下表面的T形微带线进行馈电。
优选的，所述水贴片为纯水、盐水或或掺杂其他化学物质的水混合物。
优选的，所述水贴片的形状为正方体、长方体或圆柱体。
优选的，所述环形缝隙为方形环缝隙、圆环缝隙或矩形单缝隙。
优选的，所述印刷电路板的PCB板的材料为FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布、共烧陶瓷中的一种。
优选的，所述的盛装水的容器材料为有机玻璃、聚碳酸酯玻璃、丙烯酸塑料中的一种。
优选的，所述塑料支柱材料为聚四氟乙烯、聚酰胺纤维、泡沫中的一种。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过新型耦合馈电及堆叠式结构实现了天线双模特性，实现了较宽的带宽和较高的增益及效率。
2、本发明与探针馈电水天线相比耦合馈电结构简单易于加工。
3、本发明天线结构简单，容易组装。
附图说明
图1为本发明实施例中的基于水的缝隙耦合馈电堆叠式结构天线的示意图；
图2为图1所示基于水的缝隙耦合馈电堆叠式结构天线的馈电结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
一种基于水的缝隙耦合馈电堆叠式结构天线，如图1所示天线为三层堆叠式结构。其中顶层由水贴片和盛装水的容器组成，1为正方体水贴片，由纯水构成。2为用于盛装水的容器。中间层由印制在印刷电路板PCB板上的馈电结构组成，3为PCB板。4为位于PCB板上表面的金属地板。5为在金属地板上开的环形缝隙。6为位于PCB板下表面的金属微带线，微带线末端加载一水平横向枝节与微带线形成T形结构。7(a)、7(b)、7(c)和7(d)为塑料支柱。最下层8为金属反射板。
图2为根据本发明实施例的馈电结构，该馈电结构为环形缝隙耦合馈电结构，在位于PCB板上表面的金属地板上刻蚀有一正方形环形缝隙，由位于PCB板下表面的T形微带线进行馈电。进一步地，所述的金属选自：铝、铁、锡、铜、银、金、铂，以及上述金属的合金。所述的PCB板的材料选自：FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布、共烧陶瓷。所述的盛装水的容器材料选自：有机玻璃，聚碳酸酯玻璃(Ploycarbonate),丙烯酸塑料(Acrylic)。所述塑料支柱材料选自：聚四氟乙烯、聚酰胺纤维(尼龙)，泡沫。
天线通过缝隙耦合馈电及堆叠式结构，激励出两个谐振模式，其中第一个模式为TE12模，是一种介质谐振器天线谐振模式，覆盖低频段带宽。第二个模式为传统矩形贴片天线模式。天线通过这两个模式的匹配实现了较宽的带宽。
天线包含三层结构，顶层由盛装水的容器和水组成，容器厚度为2mm，水贴片为正方体结构，边长45mm，高4mm。容器底部部分宽60mm，长65mm。中间层由PCB板和馈电结构组成，PCB板宽60mm，长65mm，T形微带线印制在PCB板下表面，上表面是一长为60mm的正方形金属接地板，在接地板上刻蚀有一周长为120mm，宽2mm的方形环缝隙。微带线长度为25mm，宽为2mm，微带线一端水平开路枝节长度为6mm，另一端和SMA连接头相连。最下层是一金属反射板，宽80mm,长100mm。
本发明包括并不仅限于上述给出的实施方案，本领域技术人员在本发明的构思下，在不脱离本发明原理的前提下，可作出不同的变形和替换，例如将正方体水贴片改为长方体、圆柱体或者其他形状，将纯水改为盐水或参杂其他化学物质的水混合物，将方形环缝隙改为圆环缝隙、矩形单缝隙，将单极化设计成双极化，使用其他金属进行加工或电镀(如金、银、铜、铝、铁)等，这些变形和替换也属于本专利保护范围。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述天线为三层堆叠式结构，其中顶层由水贴片和盛装水的容器组成，中间层由印制在印刷电路板PCB板上的馈电结构组成，底层为金属反射板，所述三层堆叠式结构由四根塑料支柱支撑，所述馈电结构为环形缝隙耦合馈电结构，在位于PCB板上表面的金属地板上刻蚀有一环形缝隙，由位于PCB板下表面的T形微带线进行馈电。
2.根据权利要求1所述的基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述水贴片为纯水、盐水或或掺杂其他化学物质的水混合物。
3.根据权利要求1所述的基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述水贴片的形状为正方体、长方体或圆柱体。
4.根据权利要求1所述的基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述环形缝隙为方形环缝隙、圆环缝隙或矩形单缝隙。
5.根据权利要求1所述的基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述印刷电路板的PCB板的材料为FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布、共烧陶瓷中的一种。
6.根据权利要求1所述的基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述的盛装水的容器材料为有机玻璃、聚碳酸酯玻璃、丙烯酸塑料中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于水的缝隙耦合馈电层叠式贴片天线，其特征在于：所述塑料支柱材料为聚四氟乙烯、聚酰胺纤维、泡沫中的一种。
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