CN110459864A - 一种基于介质贴片的超表面宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质贴片的超表面宽带天线，包括顶层天线辐射体、第二层金属结构、底层金属结构，各层结构之间设置介质层。顶层天线辐射体包括位于中央的第一矩形介质贴片，对称分布在第一矩形介质贴片两侧的第二矩形介质贴片，以及对称分布在每个第二矩形介质贴片外侧的条形介质贴片，第一矩形介质贴片与第二矩形介质贴片的尺寸不同。第二层金属结构是加载对称条状双槽的金属地；底层金属结构是天线的馈线。相较于介质谐振器天线，具有较低的剖面以及易于平面化与集成化；相较于已报道的介质贴片天线，具有更宽的工作带宽。

Description

一种基于介质贴片的超表面宽带天线
技术领域
本发明涉及各种微波通信领域，尤其涉及一种基于介质贴片的超表面宽带天线。
背景技术
介质天线作为一种新型天线，具有辐射效率高、损耗小、设计灵活性高等特点。目前已有的介质天线按其辐射结构可分为两类，一类是介质谐振器天线，另一类是介质贴片天线。介质谐振器天线由于其工作模式主要集中在介质内部，通常具有较高的介质厚度，不易于天线平面化及系统集成化。而介质贴片天线厚度较薄，更易于实现天线平面化及集成化。传统的介质贴片天线带宽较窄，通过采用寄生单元、H型耦合槽、超表面结构等可以增加天线带宽，其中介质贴片型超表面天线的带宽可达39％。为了进一步提升带宽，有必要提出新型的基于介质贴片的超表面天线。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于介质贴片的超表面宽带天线，进一步提升带宽。
技术方案：一种基于介质贴片的超表面宽带天线，包括顶层天线辐射体、第二层金属结构、底层金属结构，各层结构之间设置介质层；所述顶层天线辐射体包括位于中央的第一矩形介质贴片，对称分布在所述第一矩形介质贴片两侧的第二矩形介质贴片，以及对称分布在每个所述第二矩形介质贴片外侧的条形介质贴片，所述第一矩形介质贴片与所述第二矩形介质贴片的尺寸不同，所述条形介质贴片的长度方向与所述第一矩形介质贴片和第二矩形介质贴片的中心连线平行；所述第二层金属结构是加载对称条状双槽的金属地；所述底层金属结构是天线的馈线。
进一步的，底层金属结构是一分二路阶梯型微带条带。
进一步的，所述条状双槽沿槽的长度方向在第二层金属结构的中央位置处呈一字型对称排列，并与所述第一矩形介质贴片和第二矩形介质贴片的中心连线平行。
有益效果：本发明的基于介质贴片的超表面宽带天线，矩形介质贴片与条形介质贴片组成的超表面作为天线辐射体，通过槽耦合的馈电方式，获得宽带天线响应。具体优点有：
(1)矩形介质贴片与条形介质贴片组成的超表面作为天线辐射体形成多个辐射模式，并结合槽耦合的馈电方式，获得宽带天线响应。
(2)条形介质贴片设置于矩形介质贴片外侧，并整体沿中心对称，保证方向图的对称性。
(3)采用一分二路阶梯型微带条带作为天线的馈线，并通过对称的条状双槽对介质超表面辐射体进行馈电，保证天线的多个模式被有效激励，获得天线的宽带特性。
附图说明
图1为基于介质贴片的超表面宽带天线的剖面图；
图2为基于介质贴片的超表面宽带天线的顶层结构图；
图3为基于介质贴片的超表面宽带天线的第二层金属结构图；
图4为基于介质贴片的超表面宽带天线的底层金属结构图；
图5为基于介质贴片的超表面宽带天线的仿真匹配和增益曲线图；
图6为基于介质贴片的超表面宽带天线的仿真5.5GHz辐射方向图；
图7为基于介质贴片的超表面宽带天线的仿真9GHz辐射方向图；
图8为基于介质贴片的超表面宽带天线的仿真12.5GHz辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1-图4所示，一种基于介质贴片的超表面宽带天线，包括顶层天线辐射体1、第二层金属结构2、底层金属结构3，各层结构之间设置介质层。
顶层天线辐射体1包括位于中央的第一矩形介质贴片4，沿x轴方向对称分布在第一矩形介质贴片4两侧的第二矩形介质贴片5，以及对称分布在每个第二矩形介质贴片5外侧的条形介质贴片6。第一矩形介质贴片4与第二矩形介质贴片5的尺寸不同。条形介质贴片6的长度方向与第一矩形介质贴片4和第二矩形介质贴片5的中心连线平行，即条形介质贴片6的长度方向沿x轴方向设置y轴方向对称，并沿分布在第二矩形介质贴片5两侧。第一矩形介质贴片4、第二矩形介质贴片5以及条形介质贴片6组成天线辐射体1。
第二层金属结构2是加载对称条状双槽7的金属地；底层金属结构3是天线的馈线。条状双槽7沿槽的长度方向在第二层金属结构2的中央位置处呈一字型对称排列，并与第一矩形介质贴片4和第二矩形介质贴片5的中心连线平行。
底层金属结构3是一分二路阶梯型微带条带，作为天线的馈线。
上述基于介质贴片的超表面宽带天线，信号通过底层金属结构3进行馈电，经金属地上的对称条状双槽7耦合到第一矩形介质贴片4、第二矩形介质贴片5以及条形介质贴片6组成的超表面，使其能多个模式工作，从而达到宽带的工作效果。
本实施例采用的介质是介电常数为36的介质贴片，采用的基板是介电常数为3.38，损耗角为0.0027的RO4003C基板。天线的长度为26mm，宽度为21mm，厚度为5mm，即在中心频率9.12GHz时的尺寸为0.79λ0×0.64λ0×0.15λ0。其仿真的匹配响应和辐射响应如图5所示，10-dB匹配带宽为5.26GHz-13GHz，即相对带宽达到了84.8％，频带内增益范围为4-9dBi。图6至图8是该案例天线在5.5GHz、9GHz、12.5GHz处的天线方向图，可见天线在E面或者H面的交叉极化均小于-30dB。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于介质贴片的超表面宽带天线，其特征在于：包括顶层天线辐射体(1)、第二层金属结构(2)、底层金属结构(3)，各层结构之间设置介质层；所述顶层天线辐射体(1)包括位于中央的第一矩形介质贴片(4)，对称分布在所述第一矩形介质贴片(4)两侧的第二矩形介质贴片(5)，以及对称分布在每个所述第二矩形介质贴片(5)外侧的条形介质贴片(6)，所述第一矩形介质贴片(4)与所述第二矩形介质贴片(5)的长和宽均不同，所述条形介质贴片(6)的长度方向与所述第一矩形介质贴片(4)和第二矩形介质贴片(5)的中心连线平行；所述第二层金属结构(2)是加载对称条状双槽(7)的金属地；所述底层金属结构(3)是天线的馈线。
2.根据权利要求1所述的基于介质贴片的超表面宽带天线，其特征在于：底层金属结构(3)是一分二路阶梯型微带条带。
3.根据权利要求1或2所述的基于介质贴片的超表面宽带天线，其特征在于：所述条状双槽(7)沿槽的长度方向在第二层金属结构(2)的中央位置处呈一字型对称排列，并与所述第一矩形介质贴片(4)和第二矩形介质贴片(5)的中心连线平行。
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