CN108365333A - 一种基于二维周期性漏波结构的多频天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，包括介质平面、金属贴片、矩形漏波金属片、地板和馈电接头，所述介质平面包括位置由上至下依次设置的上介质平面、中介质平面和下介质平面，所述馈电接头包括中心馈电针和设置在中心馈电针一端的外导体；所述上介质平面的顶层设置有金属贴片，所述上介质平面和中介质平面之间、中介质平面和下介质平面之间均设置有正交交错排列的矩形漏波金属片，所述下介质平面的底层设置有地板。本发明在保持传统微带天线原有谐振频点的基础上，增加了新的工作频点，使得天线能工作在多频段上；另外，本发明为平面结构，结构简单，便于批量生产和加工。
Description
技术领域
本发明涉及无线电领域，特别是一种基于二维周期性漏波结构的多频天线。
背景技术
近年来，加载人工复合材料的平面天线得到了广泛的重视。人工构造平面结构可以使该平面的电磁特性发生改变，使之产生与天然材料截然不同的电磁特性，例如具有左手特性或者在某个频段内使反射波和入射波的相位相同，这种结构材料被称为人工复合材料。人工电磁材料的应用蓬勃发展，将人工复合材料用作微带天线的基片，可以有效提高天线性能。材料的特性不但取决于周期单元结构本身，同时也取决于周期单元的空间排列方式，因此可以通过改变基本单元结构或其排列规律方式来实现具有特殊电磁特性的人工复合材料。由于现在传统的微带天线仅具有一个谐振频点，只能够发送或者接收一个频点的无线电信号，大大局限了微带天线的工作频点。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，能够使传统的微带天线增加多个新的谐振频点，能够发送或者接收多个频点的无线电信号。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：包括介质平面、金属贴片、矩形漏波金属片、地板和馈电接头，所述介质平面包括位置由上至下依次设置的上介质平面、中介质平面和下介质平面，所述馈电接头包括中心馈电针和设置在中心馈电针一端的外导体；所述上介质平面的顶层设置有金属贴片，所述上介质平面和中介质平面之间、中介质平面和下介质平面之间均设置有正交交错排列的矩形漏波金属片，所述下介质平面的底层设置有地板，所述馈电接头的中心馈电针同时贯穿于金属贴片、上介质平面、中介质平面、下介质平面和矩形漏波金属片，所述馈电接头的外导体连接至地板。
进一步地，所述金属贴片的形状为矩形。
进一步地，所述金属贴片的形状为圆形。
进一步地，所述中心馈电针贯穿金属贴片的位置为金属贴片的中心点。
进一步地，所述中心馈电针的一端和金属贴片的上表面平齐。
进一步地，所述介质平面的材料为固体介质。
进一步地，所述介质平面的材料为液体介质。
进一步地，所述介质平面的材料为气体介质。
进一步地，所述上介质平面、中介质平面和下介质平面的厚度一致。
进一步地，所述上介质平面、中介质平面和下介质平面的相对介电常数一致。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，包括介质平面、金属贴片、矩形漏波金属片、地板和馈电接头，所述介质平面包括位置由上至下依次设置的上介质平面、中介质平面和下介质平面，所述馈电接头包括中心馈电针和设置在中心馈电针一端的外导体；所述上介质平面的顶层设置有金属贴片，所述上介质平面和中介质平面之间、中介质平面和下介质平面之间均设置有正交交错排列的矩形漏波金属片，所述下介质平面的底层设置有地板，所述馈电接头的中心馈电针同时贯穿于金属贴片、上介质平面、中介质平面、下介质平面和矩形漏波金属片，所述馈电接头的外导体连接至地板。本发明由于多块矩形漏波金属片的正交交错排列，形成了周期性微带结构，由于周期性微带结构的增加，在保持传统微带天线原有谐振频点的基础上，成功增加了新的工作频点，使得传统的微带天线能工作在多频段上，新增加的工作频点仅与周期性结构基片有关；另外，本发明为平面结构，结构简单，便于批量生产和加工。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的立体结构示意图；
图2是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的正交交错排列的矩形漏波金属片的结构示意图；
图3是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的侧面结构剖视图；
图4是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的反射系数与工作频率的关系图；
图5是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的分别在xz平面和yz面3.88GHz方向图；
图6是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的分别在xz平面和yz面4.13GHz方向图；
图7是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的分别在xz平面和yz面4.50GHz方向图；
图8是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的分别在xz平面和yz面4.91GHz方向图；
图9是本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的分别在xz平面和yz面5.22GHz方向图。
具体实施方式
参照图1－图9，本发明的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线。
参照图1－3，一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，包括介质平面、金属贴片200、矩形漏波金属片300、地板400和馈电接头，所述介质平面包括位置由上至下依次设置的上介质平面110、中介质平面120和下介质平面130，所述馈电接头包括中心馈电针510和设置在中心馈电针510一端的外导体520；所述上介质平面110的顶层设置有金属贴片200，所述上介质平面110和中介质平面120之间、中介质平面120和下介质平面130之间均设置有正交交错排列的矩形漏波金属片300，所述下介质平面130的底层设置有地板400，所述馈电接头的中心馈电针510同时贯穿于金属贴片200、上介质平面110、中介质平面120、下介质平面130和矩形漏波金属片300，所述馈电接头的外导体520连接至地板400。
微带天线在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线可等效为一个谐振腔，在其谐振频率附近即工作频段内有较高的值。本发明的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，所述上介质平面110的底层和所述下介质平面130的顶层均不印刷电，所述三块介质平面紧凑在一起。所述微带天线的原有的谐振频点由金属贴片200的尺寸决定，当金属贴片200的尺寸的发生变化时，所述微带天线的原有的谐振频点也相应发生改变。所述多个正交交错排列的矩形漏波金属片300作为传统的微带矩形贴片天线的介质基板，不仅保持了统微带矩形天线原有的谐振频点，而且还增加了新的工作频点，使得传统的微带矩形天线能工作在多频段上，新增加的工作频点仅与周期性结构基片有关，即多块矩形漏波金属片300的正交交错排列结构。
所述天线具有很多波瓣，其中最大辐射方向的波瓣称为主瓣，其他波瓣统称为副瓣，位于主瓣正后方的波瓣称为后瓣。副瓣最大辐射方向上的功率密度与主瓣最大辐射方向上的功率密度之比的对数值，称为副瓣电平，用dB表示。通常离主瓣近的副瓣电平要比远的高，所以副瓣电平通常是指第一副瓣电平。一般要求副瓣电平尽可能低。主瓣最大辐射方向上的功率密度与后瓣最大辐射方向上的功率密度之比的对数值，称为前后比。前后比愈大，天线辐射的电磁能量愈集中于主辐射方向。所述地板400能够反射天线能量，抑制天线的后瓣大小，降低天线的越区覆盖。
进一步地，所述金属贴片200的形状可以为任意形状，优选地，将金属贴片200设计为矩形或圆形。所述微带天线的原有的谐振频点由金属贴片200的尺寸决定，当金属贴片200的尺寸的发生变化时，所述微带天线的原有的谐振频点也相应发生改变。所述金属贴片200的工作在TM10模式，辐射方向在+z方向。而二维周期性漏波结构新增加的频率，沿着+y方向实现频扫，也可以沿着+z方向实现频扫。
进一步地，所述中心馈电针510贯穿金属贴片200的位置可以位于金属贴片200的任意位置，优选地，将所述中心馈电针510贯穿金属贴片200的位置设计在金属贴片200的中心点。
进一步地，所述中心馈电针510的一端和金属贴片200的上表面平齐。为了将所述中心馈电针510的顶端不凸出在金属贴片200的上方，优选地，将所述中心馈电针510的顶端设置为与金属贴片200的上表面平齐。
进一步地，所述介质平面的材料为固体介质、液体介质或者为气体介质。所述介质是指能够传播媒体的载体，介质也称为媒质，一般地说，介质是物理系统在其间存在或物理过程(如力和能量的传递、光和声的传播等)在其间进行的物质。波动能量的传递，需要某种物质基本粒子的准弹性碰撞来实现。这种物质的成分、形状、密度、运动状态，决定了波动能量的传递方向和速度，这种对波的传播起决定作用的物质，称为这种波的介质。
进一步地，所述上介质平面110、中介质平面120和下介质平面130的各自厚度可以为不一致，优选地，将所述上介质平面110、中介质平面120和下介质平面130的厚度设计为一致。
进一步地，所述上介质平面110、中介质平面120和下介质平面130的相对介电常数一致。所述相对介电常数表征介质材料的介电性或极化性质的物理参数，其值等于以预测材料为介质与以真空为介质制成的同尺寸电容器电容量之比，该值也是材料贮电能力的表征，也称为相对电容率。
本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的一种实施例，矩形微带金属贴片200边长：L＝18.5mm，使用同轴线馈电，馈电点距离边a＝5.45mm。所述漏波金属片的边长W＝20mm，相邻的漏波金属片的正交位置的宽度r＝2.2mm。三层介质平面的厚度h1、h2和h3均为0.8mm，相对介电常数εr＝2.65。二维周期性结构基片由三组偏置的微带漏波结构组成。如果使用天然材料为该微带贴片的基片，则介质板厚度及相对介电常数都为：h＝h1+h2+h3＝2.4mm，εr＝2.65。此时，相同大小的矩形微带贴片仿真谐振点约为4.5GHz，处于偏置的微带漏波结构的工作频带范围内。
参照图4，本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的反射系数与工作频率的关系图。由图中可知，在原本的谐振频点4.5GHz的基础上，通过正交交错排列的矩形漏波金属片300的结构，增加了3.88GHz、4.13GHz、4.91GHz和5.22GHz工作频点。因此，本发明由于多块矩形漏波金属片300的正交交错排列，形成了周期性微带结构，由于周期性微带结构的增加，在保持传统微带天线原有谐振频点的基础上，成功增加了新的工作频点，使得传统的微带天线能工作在多频段上，新增加的工作频点仅与周期性结构基片有关。
参照图5－图9，本发明一种基于二维周期性漏波结构的多频天线的各个不同平面分别在不同频率下的方向图。图5是分别在xz平面和yz面3.88GHz方向图；图6是分别在xz平面和yz面4.13GHz方向图；图7是分别在xz平面和yz面4.50GHz方向图；图8是分别在xz平面和yz面4.91GHz方向图；图9是分别在xz平面和yz面5.22GHz方向图。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：包括介质平面、金属贴片(200)、矩形漏波金属片(300)、地板(400)和馈电接头，所述介质平面包括位置由上至下依次设置的上介质平面(110)、中介质平面(120)和下介质平面(130)，所述馈电接头包括中心馈电针(510)和设置在中心馈电针(510)一端的外导体(520)；所述上介质平面(110)的顶层设置有金属贴片(200)，所述上介质平面(110)和中介质平面(120)之间、中介质平面(120)和下介质平面(130)之间均设置有正交交错排列的矩形漏波金属片(300)，所述下介质平面(130)的底层设置有地板(400)，所述馈电接头的中心馈电针(510)同时贯穿于金属贴片(200)、上介质平面(110)、中介质平面(120)、下介质平面(130)和矩形漏波金属片(300)，所述馈电接头的外导体(520)连接至地板(400)。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述金属贴片(200)的形状为矩形。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述金属贴片(200)的形状为圆形。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述中心馈电针(510)贯穿金属贴片(200)的位置为金属贴片(200)的中心点。
5.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述中心馈电针(510)的一端和金属贴片(200)的上表面平齐。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述介质平面的材料为固体介质。
7.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述介质平面的材料为液体介质。
8.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述介质平面的材料为气体介质。
9.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述上介质平面(110)、中介质平面(120)和下介质平面(130)的厚度一致。
10.根据权利要求1所述的一种基于二维周期性漏波结构的多频天线，其特征在于：所述上介质平面(110)、中介质平面(120)和下介质平面(130)的相对介电常数一致。
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