CN111682311A - 基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线 - Google Patents

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王宜颖
张胜妃
徐远铮
于新华
曹卫平
莫锦军
姜彦南
伍铁生
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Abstract

本发明公开了一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，包括介质基板、位于介质基板上表面中心的缝隙天线以及位于介质基板下表面的微带馈电线及其左右对称的两个反射板。与常规的周期性超材料技术实现缝隙天线的单向辐射不同，该天线无需在天线下方添加额外的超材料结构，仅与微带馈电线的同一层添加新型反射器即可实现单向辐射，并且天线的增益较常规缝隙天线提高1.5dB左右，可以实现匹配。

Description

基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线
技术领域
本发明涉及缝隙天线技术领域，尤其涉及一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线。
背景技术
缝隙天线是在导体面上开缝形成的天线，也称为开槽天线，其被广泛应用于各个领域，最大的特点是低剖面，同时具有双向辐射特性。对于单向辐射，需要在离地面四分之一波长处加一个反射板或空腔。但对于可穿戴技术，要想实现单向辐射，则需要寻找一种新的技术，但是现有结构并没有使反向辐射降低到可接受的水平，于是，通常使用一个足够大的金属平面作为实现单向辐射的一种常规方法。但是如果该平面非常接近缝隙，则很难实现匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，旨在解决若金属平面非常接近缝隙则很难实现匹配的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，包括介质基板、缝隙天线、微带馈电线和平面反射器，所述缝隙天线位于所述介质基板的上表面中心，所述微带馈电线位于所述介质基板的下表面，且与所述缝隙天线垂直，所述平面反射器位于所述介质基板的下表面，并与所述微带馈电线位于同一平面上。
其中，所述介质基板的上表面具有长条形缝隙，所述缝隙天线位于所述长条形缝隙内。
其中，所述平面反射器包括两个反射板，两个所述反射板对称设置于所述微带馈电线的两侧。
其中，所述反射板具有切口，所述切口位于朝向所述微带馈电线的一侧，且至少部分覆盖所述长条形缝隙。
其中，所述切口的长度为6mm，宽度为5.8mm。
本发明的一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，通过所述缝隙天线位于所述介质基板的上表面中心，所述微带馈电线位于所述介质基板的下表面，且与所述缝隙天线垂直，所述平面反射器位于所述介质基板的下表面，并与所述微带馈电线位于同一平面上。不需要与所述介质基板分离的空腔或者金属反射板就能实现单向辐射，同时也使天线的增益增加，反向辐射也得到了显著的降低，由于所述缝隙天线的厚度很薄，从而也大大降低了成本。与常规的周期性超材料技术实现缝隙天线的单向辐射不同，该天线无需在天线下方添加额外的超材料结构，仅与微带馈电线的同一层添加新型反射器即可实现单向辐射，并且天线的增益较常规缝隙天线提高1.5dB左右，可以实现匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线的结构示意图；
图2是本发明提供的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线的仰视图；
图3是本发明提供的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线的俯视图；
图4是本发明提供的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线的侧视图；
图5是本发明提供的在超薄单基板上实现单向辐射的缝隙天线与常规天线对比的回波损耗随频率变化的示意图；
图6是本发明提供的在超薄单基板上实现单向辐射的缝隙天线的E、H面实际增益在-180°～180°范围内的远场辐射图；
图7是本发明提供的常规天线的E、H面实际增益在-180°～180°范围内的远场辐射图；
图8是本发明提供的缝隙天线在5.8GHz的辐射方向图；
图9是本发明提供的传统天线在5.8GHz的辐射方向图；
图中：100-基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线、1-介质基板、2-缝隙天线、3-微带馈电线、4-平面反射器、11-长条形缝隙、41-反射板、411-切口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图4，本发明提供一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线100，包括介质基板1、缝隙天线2、微带馈电线3和平面反射器4，所述缝隙天线2位于所述介质基板1的上表面中心，所述微带馈电线3位于所述介质基板1的下表面，且与所述缝隙天线2垂直，所述平面反射器4位于所述介质基板1的下表面，并与所述微带馈电线3位于同一平面上。所述基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线100的谐振频率为5.8GHz。所述介质基板1为矩形薄片结构，使用F4BTM材料，其厚度较薄，其有效介电常数为2.7，厚度为λeff/42，即0.762mm，其中λeff为有效波长，长度和宽度均为40mm，其相对介电常数为4.4，相对介电损耗为0.0025；所述介质基板1上表面具有长条形缝隙11，所述缝隙天线2位于所述长条形缝隙11内，为实现良好的匹配，所述长条形缝隙11的长度为23.6mm，宽度为1.2mm；所述微带馈电线3为所述缝隙天线2的馈电结构，位于所述介质基板1的背面，所述微带馈电线3的宽度对天线性能的影响很小，为了实现天线匹配，设置为1.2mm，所述微带馈电线3的末端距离所述长条形缝隙11中心的长度是一个很敏感的变量，为了匹配和减少反向辐射，将其设置为12.8mm；所述微带馈电线3位于所述介质基板1下表面，且一端与所述介质基板1边缘重合。
由于所述微带馈电线3的存在，如果在所述介质基板1的下表面直接使用金属反射板则天线的性能会很大的减弱，因此设置所述平面反射器4与所述微带馈电线3位于同一平面上，由两个独立的对称结构组成，即所述平面反射器4包括两个反射板41，两个所述反射板41对称设置于所述微带馈电线3的两侧；将反射板41分割成两个独立的部分，这两个所述反射板41分别负责减少所在区域的辐射。所述反射板41为金属平面，且分开一定的距离，与所述微带馈电线3平铺在同一层，是为了实现天线匹配和单向辐射从而对完整的金属平面特定切割而形成。反射板的长度会影响谐振频率，为使天线工作在所需的谐振频率，所述反射板41的长度为一个波长30mm，宽度为17mm；两个所述反射板41均一条长边与所述介质基板1的边缘对齐。所述反射板41具有切口411，所述切口411位于朝向所述微带馈电线3的一侧，且至少部分覆盖所述长条形缝隙11，才能对反向辐射产生影响，即减少反向辐射，若不覆盖缝隙，则不会减少反向辐射。所述切口411提高了匹配和保持了谐振频率的固定。所述切口411的长度是影响微带线耦合的一个因素，宽度也会影响较高的频率，为了实现天线匹配和单向辐射，设置所述切口411的长度为6mm，宽度为5.8mm。
图5为本发明提供的在单基板上实现单向辐射的缝隙天线2与传统天线对比的回波损耗随频率变化的示意图。其中实线和虚线分别代表所提出的新型缝隙天线2和传统天线的回波损耗随频率变化的曲线，从图5中可以看出两者的谐振频率几乎是相同的，当回波损耗为-10dB时，传统天线的带宽为0.19GHz，而新型薄缝隙天线2的带宽变得更窄，只有0.07GHz。从新型缝隙天线2的回波损耗随频率变化的曲线图中可以看到，在6.5GHz到7GHz范围内，曲线出现了波动，这主要是由切口411的宽度所引起的。
图6和图7分别为发明缝隙天线2和传统天线的实际增益在-180°～180°范围内的远场辐射图，其中虚线均代表天线的E面，实线均代表天线的H面。从图6中可以看出，所提出的发明缝隙天线2的最大实际增益为7.7dB，与常规天线相比，最大实际增益提高了1.51dB；同时，前后比与常规天线的1.87dB相比也提高了很多。
图8和图9分别为发明缝隙天线2和传统天线在5.8GHz的方向图，比较两图可以很明显的看出天线的反向辐射得到了很大的改善。
本发明提供的一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线100，通过两个对称的所述反射板41与所述微带馈电线3位于同一水平面，而不需要与所述介质基板1分离的空腔或者金属反射板就能实现单向辐射，同时也使天线的增益增加，反射辐射也得到了显著的降低。由于所述缝隙天线2的厚度很薄，从而也大大降低了成本。与常规的周期性超材料技术实现缝隙天线的单向辐射不同，该天线无需在天线下方添加额外的超材料结构，仅与微带馈电线3的同一层添加新型反射器4即可实现单向辐射，并且天线的增益较常规缝隙天线提高1.5dB左右，可以实现匹配。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，其特征在于，
包括介质基板、缝隙天线、微带馈电线和平面反射器，所述缝隙天线位于所述介质基板的上表面中心，所述微带馈电线位于所述介质基板的下表面，且与所述缝隙天线垂直，所述平面反射器位于所述介质基板的下表面，并与所述微带馈电线位于同一平面上。
2.如权利要求1所述的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，其特征在于，
所述介质基板上表面具有长条形缝隙，所述缝隙天线位于所述长条形缝隙内。
3.如权利要求2所述的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，其特征在于，
所述平面反射器包括两个反射板，两个所述反射板对称设置于所述微带馈电线的两侧。
4.如权利要求3所述的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，其特征在于，
所述反射板具有切口，所述切口位于朝向所述微带馈电线的一侧，且至少部分覆盖所述长条形缝隙。
5.如权利要求4所述的基于超薄单介质层单向辐射的缝隙天线，其特征在于，
所述切口的长度为6mm，宽度为5.8mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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