CN107634321A - 基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，是一种在三角形谐振腔引入复合左右手线性理论，其中该结构是在一块基片集成波导的金属层表面开交指形槽；本发明在三角形谐振腔的上层金属表面上开交指形槽来实现左手特性，并最终实现了天线的小型化。其中，三角形谐振腔是通过在印刷电路板上设计一系列金属过孔实现的（基片集成波导的大小还有金属通孔的尺寸和通孔之间的距离由工作频段决定）。本发明减小了天线的电尺寸，且制作工艺简单，成本低廉。

Description

基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线

技术领域

本发明涉及一种基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，属于微波技术领域。

背景技术

自从天线由赫兹和马可尼创造出以来，它在人类生产劳动生活中扮演的角色越来越重要，而现在它已成为在无线通信领域举足轻重的部分。它无处不在：家庭和工作场所的路由器、公共场所的无线热点、汽车和轮船里、航空航天器里和随身携带的通信设备里（手机、笔记本、平板电脑）等等。

天线主要作用是发射和接受信号，由于它处于整个无线系统的最前端，所以其性能的好坏直接影响接受或者发射信号的质量。随着现代通信技术的迅速发展和应用，对通信系统的小型化、集成化和高性能化提出了更高的要求，其中不乏一些应用新技术和新材料来改善天线的性能。

发明内容

为了实现天线小型化，降低加工成本，提高天线集成度，本发明提供一种基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，此天线厚度却远远小于传统背腔缝隙天线，结构更简单，易于和平面电路集成。本发明天线是基于三角形谐振腔体，结构更加紧凑，方便布局，并且和矩形或圆形谐振腔相比，具有更小的面积。除此之外，本发明天线引入了复合左右手线性理论，可以使天线工作在更低的工作频率，进一步缩小了天线尺寸。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，包括介质基板以及设置在介质基板上、下表面的顶层金属层、底层金属层；

介质基板上设置有三排首尾相连的金属化通孔，与顶层金属层、底层金属层、介质板构成三角形基片集成波导谐振腔；

介质基板下表面还设置有一条微带传输线，微带传输线通过共面波导结构接入三角形基片集成波导谐振腔的一角；

三角形基片集成波导谐振腔上表面的金属层上开有交指形槽。

作为本发明的进一步技术方案，微带传输线的阻抗为50欧姆。

作为本发明的进一步技术方案，介质基板为Rogers 5880介质板。

作为本发明的进一步技术方案，介质基板为三角形。

作为本发明的进一步技术方案，三角形基片集成波导谐振腔为等边三角形。

作为本发明的进一步技术方案，交指形槽垂直于微带传输线。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：在保留了传统背腔缝隙天线高辐射性能优点基础上，本发明进一步缩小了天线尺寸，降低了天线的加工成本，更易于和平面电路集成。与矩形或者圆形谐振腔天线相比，三角形谐振腔天线有着方便布局、结构紧凑的有点，并且还引入了复合左右手线性理论，使得天线可以工作在截止频率以下，进一步缩小了天线尺寸。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明的仰视图。

其中，1-顶层金属层；2-交指形槽；3-金属通孔，4-底层金属层；5-共面波导；6-微带线。

图3是本发明实施例的仿真和测量的S参数图。

图4是本发明实施例的测量的E面和H面增益方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供一种基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其结构如图1至2所示。该天线包括上、下表面均涂覆有金属层的介质基板。介质基板上设置有三排首尾相连的金属化通孔，与介质板上下表面的金属层、介质基板构成等边三角形基片集成波导谐振腔。介质基板的上表面的金属层还开有一条交指形槽，交指形槽的结构包括依次首尾相连的矩形缝隙槽构成，其中，矩形缝隙槽等宽相互平行且相邻两者之间间距相等，该交指形槽的长边与等边三角形基片集成波导谐振腔的一边垂直。介质基板的下表面设置有一个用于馈电的共面波导，该共面波导从等边三角形基片集成波导谐振腔的一角接入等边三角形基片集成波导谐振腔，且该角与前述交指形槽的长边垂直的等边三角形基片集成波导谐振腔的一边相对；介质基板的下表面还设置有一条从介质基板一边向内延伸的微带线，该微带线与共面波导的中心导带连接，且该微带线两侧的介质基板上未涂覆金属层。

为了使能量泄露被抑制到几乎可以忽略的程度，金属化通孔的尺寸至少为金属化通孔之间距离的二分之一，且介质板的厚度要远远小于介质波长。交指形槽作为辐射缝隙，位于上层金属面中间，其长边垂直于等边三角形基片集成波导谐振腔的一排金属通孔。共面波导位于下层金属面，为了方便测量，中心金属条带和等宽带的50欧姆微带线相连。为了满足阻抗匹配要求，可以改变共面波导深入谐振腔的长度，以达到降低反射系数的目的。而微带线和共面波导相连，是为了测量的方便。

在保留了传统背腔缝隙天线高辐射性能优点基础上，本发明进一步缩小了天线尺寸，降低了天线的加工成本，更易于和平面电路集成。与矩形或者圆形谐振腔天线相比，三角形谐振腔天线有着方便布局、结构紧凑的有点，并且还引入了复合左右手线性理论，使得天线可以工作在截止频率以下，进一步缩小了天线尺寸。

本发明的实施例中，介质基板厚度为0.5mm，相对介电常数为2.1；金属化通孔的直径为1mm，金属化通孔的间距为1.5mm；矩形槽缝隙宽度为0.2mm，相邻距离为0.4mm，长度为3.1mm；共面波导的中心导带宽度为1.45mm，两边缝隙宽度为0.7mm，长度为8.6mm；微带线宽度为1.45mm，长度为4mm。利用三维电磁仿真软件对所提出的天线结构进行仿真，可图3是本发明实施例的仿真和测量的S参数图，从图3可以看出，在工作带宽内，天线回波损耗最低达到-17.7dB，所以满足阻抗匹配要求。图4为天线实施例的测量的E面和H面增益方向图，从图4中可以看出，天线的交叉极化低，说明天线的辐射性能较好，辐射效率高。在基片集成波导结合新结构的天线设计和应用中具有巨大的参考价值

本发明公开了基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，通过引入复合左右手线性理论来实现天线小型化。本发明第一次将三角形谐振腔与复合左右手线性理论相结合，通过在介质板上层金属层开交指形槽来降低工作频率，从而实现天线小型化；同时，相比较于类似技术的谐振腔缝隙天线，该天线在同等体积的前提下实现更低的工作频率。本发明结构紧凑，性能优越，易于加工和集成，电尺寸小，且制作工艺简单，成本低廉。在对小型化要求严格的通信系统中，有着十分广阔的应用前景。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其特征在于，包括介质基板以及设置在介质基板上、下表面的顶层金属层、底层金属层；

介质基板上设置有三排首尾相连的金属化通孔，与顶层金属层、底层金属层、介质板构成三角形基片集成波导谐振腔；

介质基板下表面还设置有一条微带传输线，微带传输线通过共面波导结构接入三角形基片集成波导谐振腔的一角；

三角形基片集成波导谐振腔上表面的金属层上开有交指形槽。

2.根据权利要求1所述的基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其特征在于，微带传输线的阻抗为50欧姆。

3. 根据权利要求1所述的基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其特征在于，介质基板为Rogers 5880介质板。

4.根据权利要求1所述的基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其特征在于，介质基板为三角形。

5.根据权利要求1所述的基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其特征在于，三角形基片集成波导谐振腔为等边三角形。

6.根据权利要求1所述的基于三角形谐振腔的复合左右手电小天线，其特征在于，交指形槽垂直于微带传输线。