CN105870634A - 栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线 - Google Patents

栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线 Download PDF

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Abstract

栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线涉及一种缝隙天线，该天线由三个相互垂直放置的单极化天线(13)组成；每个天线(13)包括介质基板(1)、介质基板(1)上的金属地(2)和辐射槽缝(3)、共面波导馈线(4)；金属地(2)上有辐射槽缝(3)和多条平行栅缝(6)；辐射槽缝(3)一端短路，另一端开路；辐射槽缝(3)近开路端部分有两条金属化侧壁(7)形成低阻槽缝(8)；辐射槽缝(3)其余部分是高阻槽缝(9)；共面波导馈线(4)外导体(5)与金属地(2)相连，其末端内导体(12)跨过高阻槽缝(9)在其边缘(11)，与金属地(2)连接。该天线多频带工作，可减少天线尺寸、交叉极化、遮挡和改善隔离。

Description

栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线
技术领域
本发明涉及一种槽缝天线，尤其是一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线。
背景技术
槽缝天线是振子天线的对偶天线，有着广泛的应用。但是，普通的槽缝天线不仅辐射槽缝本身的长度要有二分之一波长，而且辐射槽缝周围还需要较大的金属地面积，通常金属地的长度比槽缝的长度大二分之一波长，金属地的宽度比槽缝的宽度大二分之一波长。多极化MIMO可以有效的提高频谱效率和信道容量，为了将MIMO技术可以应用到体积小的终端，需要把不同极化的天线共址放置。较大的金属地会对天线的辐射产生遮挡效应，使得槽缝天线不适合共址多输入多输出(MIMO)应用，特别是用作多极化天线使用时，大的金属地将导致天线的交叉极化变差、天线端口之间的隔离变差，这些都将导致频谱效率和信道容量的下降。同时槽缝的阻抗很大，还使得槽缝天线馈电传输线的阻抗匹配比较困难。同时现代通信的发展还要求天线可以多频带工作、并且两个频带可以分别调节。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提出一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线，该天线不仅可以有多个工作频带，而且多个频带可以分别调节；该天线可以减小辐射槽缝的长度和金属地的面积，而且具有抑制交叉极化、改善隔离、减小遮挡的作用。
技术方案：本发明的栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线包括三个相互垂直放置的单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线；每个单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线包括介质基板、设置在介质基板上的金属地和辐射槽缝、共面波导馈线；介质基板的一面是金属地和共面波导馈线，共面波导馈线的接地面就是金属地；金属地上有辐射槽缝，辐射槽缝的形状是矩形，辐射槽缝位于金属地的中心；金属地上多条平行栅缝构成的栅缝，栅缝的形状是矩形，栅缝位于辐射槽缝的四周，栅缝与辐射槽缝相互垂直；栅缝的一端短路；栅缝的另一端开路，位于介质基板的边缘；辐射槽缝的一端短路，另一端开路；在辐射槽缝靠近开路端的部分，其槽缝的两个边缘，有两条金属化侧壁，使得辐射槽缝靠近开路端的部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝；辐射槽缝的其余部分是高阻槽缝，高阻槽缝和低阻槽缝一起构成阶跃阻抗辐射槽缝，产生一个频率较低的低频工作频带和一个频率较高的高频工作频带；金属化侧壁穿越介质基板，一头与金属地相连，另一头在介质基板的另一面；共面波导馈线的一端是天线的端口，共面波导馈线另一端的导体跨过高阻槽缝，在高阻槽缝的边缘，与金属地连接。
改变介质基板的厚度、磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝和低阻槽缝的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
改变低阻槽缝的长度、低阻槽缝在辐射槽缝中的位置，可以调节辐射槽缝的电长度，以实现不同程度的天线小型化，还可以改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
改变栅缝中相邻栅缝的间距、栅缝的宽度、栅缝短路端离辐射槽缝的距离，可以改变天线的工作频率、工作频带的宽度和辐射槽缝的电长度。
改变辐射槽缝的宽度，可以调节低阻槽缝和高阻槽缝的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
栅缝的电长度不应该取在四分之一，以避免引起谐振辐射，造成交叉极化的上升。
栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率主要由辐射槽缝的谐振频率确定，但是金属地的尺寸、共面波导馈线导体与辐射槽缝连接的位置也可以对天线的工作频率和匹配程度进行调节。由于辐射槽缝既有低阻槽缝又有高阻槽缝，构成了阶跃阻抗的辐射槽缝，不仅使得天线小型化，减小了交叉极化，也减小了金属地的尺寸，、改善隔离和降低了金属地的遮挡效应，而且还可以使得天线有多个工作频带，而且改变低阻槽缝与高阻槽缝的相对长度和阻抗，可以分别调整两个工作频带的位置。金属地上的栅缝对辐射槽缝形成周期性的加载，又使得辐射槽缝变成周期性的慢波结构，进一步减小了天线的电尺寸；同时由于栅缝的方向与辐射槽缝的方向垂直，抑制了金属地上沿辐射槽缝方向的电流，并且使得沿辐射槽缝方向的剩余的电流分布的更集中，从而减小了交叉极化的辐射，改善了天线端口之间的隔离，也减小了金属地的尺寸，降低了金属地的遮挡效应。由于辐射槽缝是四分之一波长的谐振结构，比通常两端短路的二分之一波长的辐射槽缝长度要小一半，因此天线的整体尺寸也相应减少，遮挡效应进一步降低。
有益效果：本发明的栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线的有益效果是，该天线可以减小整个天线的电尺寸、实现小型化，同时该天线不仅可以有多个频带，而且多个频带可以分别调节，还具有抑制天线的交叉极化、改善端口之间隔离，和减少金属地的遮挡的作用。
附图说明
图1为栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线整体结构示意图。
图2为栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线中单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线的结构示意图。
图中有：介质基板1、金属地2、辐射槽缝3、共面波导馈线4、接地面5、栅缝6、金属化侧壁7、低阻槽缝8、高阻槽缝9、端口10、边缘11、导体12和单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线13。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明所采用的实施方案是：栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线包括三个相互垂直放置的单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线13；每个单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线13包括介质基板1、设置在介质基板1上的金属地2和辐射槽缝3、共面波导馈线4；介质基板1的一面是金属地2和共面波导馈线4，共面波导馈线4的接地面5就是金属地2；金属地2上有辐射槽缝3，辐射槽缝3的形状是矩形，辐射槽缝3位于金属地2的中心；金属地2上多条平行栅缝6构成的栅缝6，栅缝6的形状是矩形，栅缝位于辐射槽缝3的四周，栅缝6与辐射槽缝3相互垂直；栅缝6的一端短路；栅缝6的另一端开路，位于介质基板1的边缘；辐射槽缝3的一端短路，另一端开路；在辐射槽缝3靠近开路端的部分，其槽缝的两个边缘，有两条金属化侧壁7，使得辐射槽缝3靠近开路端的部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝8；辐射槽缝7的其余部分是高阻槽缝9，高阻槽缝9和低阻槽缝8一起构成阶跃阻抗辐射槽缝3，产生一个频率较低的低频工作频带和一个频率较高的高频工作频带；金属化侧壁7穿越介质基板1，一头与金属地2相连，另一头在介质基板1的另一面；共面波导馈线4的一端是天线的端口10，共面波导馈线4另一端的导体12跨过高阻槽缝9，在高阻槽缝9的边缘11，与金属地2连接。
改变介质基板1的厚度、磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝9和低阻槽缝8的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝3的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
改变低阻槽缝8的长度、低阻槽缝8在辐射槽缝3中的位置，可以调节辐射槽缝3的电长度，以实现不同程度的天线小型化，还可以改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
改变栅缝6中相邻栅缝6的间距、栅缝6的宽度、栅缝6短路端离辐射槽缝3的距离，可以改变天线的工作频率、工作频带的宽度和辐射槽缝3的电长度。
改变辐射槽缝3的宽度，可以调节低阻槽缝8和高阻槽缝9的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝3的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
栅缝6的电长度不应该取在四分之一，以避免引起谐振辐射，造成交叉极化的上升。
栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率主要由辐射槽缝3的谐振频率确定，但是金属地2的尺寸、共面波导馈线4导体12与辐射槽缝3连接的位置也可以对天线的工作频率和匹配程度进行调节。由于辐射槽缝3既有低阻槽缝8又有高阻槽缝9，构成了阶跃阻抗的辐射槽缝3，不仅使得天线小型化，减小了交叉极化，也减小了金属地2的尺寸，改善隔离和降低了金属地2的遮挡效应，而且还可以使得天线有多个工作频带，而且改变低阻槽缝8与高阻槽缝9的相对长度、位置和阻抗，可以分别调整两个工作频带的位置。金属地2上的栅缝6对辐射槽缝3形成周期性的加载，又使得辐射槽缝3变成周期性的慢波结构，进一步减小了天线的电尺寸；同时由于栅缝6的方向与辐射槽缝3的方向垂直，抑制了金属地2上沿辐射槽缝3方向的电流，并且使得沿辐射槽缝3方向的剩余的电流分布的更集中，从而减小了交叉极化的辐射，改善了天线端口之间的隔离，也减小了金属地2的尺寸，降低了金属地2的遮挡效应。由于辐射槽缝3是四分之一波长的谐振结构，比通常两端短路的二分之一波长的辐射槽缝长度要小一半，因此天线的整体尺寸也相应减少，遮挡效应进一步降低。
在工艺上，栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线既可以采用普通的印刷电路板(PCB)工艺，也可以采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺或者CMOS、Si基片等集成电路工艺实现。其中金属化侧壁7可以是空心金属化侧壁也可以是实心金属侧壁。在制造上，三个单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线13可以通过卡槽相互垂直安装在一起，或者通过粘结剂相互垂直粘结在一起，或者两种方法一起使用。
根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (5)

1.一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线，其特征在于该天线包括三个相互垂直放置的单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线(13)；每个单极化的栅缝地金属侧壁阶跃阻抗天线(13)包括介质基板(1)、设置在介质基板(1)上的金属地(2)和辐射槽缝(3)、共面波导馈线(4)；介质基板(1)的一面是金属地(2)和共面波导馈线(4)，共面波导馈线(4)的接地面(5)就是金属地(2)；金属地(2)上有辐射槽缝(3)，辐射槽缝(3)的形状是矩形，辐射槽缝(3)位于金属地(2)的中心；金属地(2)上多条平行栅缝(6)构成的栅缝(6)，栅缝(6)的形状是矩形，栅缝位于辐射槽缝(3)的四周，栅缝(6)与辐射槽缝(3)相互垂直；栅缝(6)的一端短路；栅缝(6)的另一端开路，位于介质基板(1)的边缘；辐射槽缝(3)的一端短路，另一端开路；在辐射槽缝(3)靠近开路端的部分，其槽缝的两个边缘，有两条金属化侧壁(7)，使得辐射槽缝(3)靠近开路端的部分的特性阻抗变低，形成低阻槽缝(8)；辐射槽缝(3)的其余部分是高阻槽缝(9)，高阻槽缝(9)和低阻槽缝(8)一起构成阶跃阻抗辐射槽缝(3)，产生一个频率较低的低频工作频带和一个频率较高的高频工作频带；金属化侧壁(7)穿越介质基板(1)，一头与金属地(2)相连，另一头在介质基板(1)的另一面；共面波导馈线(4)的一端是天线的端口(10)，共面波导馈线(4)另一端的导体(12)跨过高阻槽缝(9)，在高阻槽缝(9)的边缘(11)，与金属地(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线，其特征在于改变介质基板(1)的厚度、磁导率和介电常数，可以改变高阻槽缝(9)和低阻槽缝(8)的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝(3)的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
3.根据权利要求1所述的一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线，其特征在于改变低阻槽缝(8)的长度、低阻槽缝(8)在辐射槽缝(3)中的位置，可以调节辐射槽缝(3)的电长度，以实现不同程度的天线小型化，还可以改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
4.根据权利要求1所述的一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线，其特征在于改变栅缝(6)中相邻栅缝(6)的间距、栅缝(6)的宽度、栅缝(6)短路端离辐射槽缝(3)的距离，可以改变天线的工作频率、工作频带的宽度和辐射槽缝(3)的电长度。
5.根据权利要求1所述的一种栅缝地共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线，其特征在于改变辐射槽缝(3)的宽度，可以调节低阻槽缝(8)和高阻槽缝(9)的特性阻抗，改变阶跃阻抗辐射槽缝(3)的高低阻抗比，进而改变天线的低频工作频带的工作频率和高频工作频带的工作频率。
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