CN112563737B - 包含周期性漏波结构的双频天线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含周期性漏波结构的双频天线及其制造方法，双频天线包括介质板、辐射体、匹配段、周期性漏波结构、地板和馈电结构。介质板由第一介质层、第二介质层和第三介质层依次叠合组成。辐射体设置于第一介质层上的一面，辐射体所在的那一面是远离第二介质层的那一面。匹配段与辐射体设置于第一介质层上的同一面，匹配段与辐射体电连接，地板设置于第三介质层上一面，地板所在的那一面是远离第二介质层的那一面，馈电结构穿过介质板，馈电结构与匹配段的一长边馈电连接，馈电结构的外导体部分与地板连接。本发明双频天线的尺寸较小，具有良好的多频特性、辐射方向图、增益和前后比。本发明广泛应用于天线技术领域。

Description

包含周期性漏波结构的双频天线及其制造方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种包含周期性漏波结构的双频天线及其制造方法。

背景技术

无线通信技术的实现依赖于天线。无线通信技术的发展对天线提出了小型化、宽频带和多频段等要求，例如通过多频段解决通信过程中的频段过窄和频段干扰等问题，并且使得天线可以工作在多个频段而互不干扰。目前的多频天线普遍存在尺寸难以做小、指向性较差和增益较小等问题。

发明内容

针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种包含周期性漏波结构的双频天线及其制造方法。

一方面，本发明实施例包括一种包含周期性漏波结构的双频天线，包括：

介质板；所述介质板包括依次叠合的第一介质层、第二介质层和第三介质层；

辐射体；所述辐射体设置于所述第一介质层上的远离所述第二介质层的一面；

匹配段；所述匹配段设置于所述第一介质层上的远离所述第二介质层的一面，所述匹配段与所述辐射体电连接；

周期性漏波结构；所述周期性漏波结构分设于所述第二介质层的两面；

地板；所述地板设置于所述第三介质层上的远离所述第二介质层的一面；

馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述匹配段的一长边馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

进一步地，所述匹配段的一宽边设有槽形开口。

进一步地，所述周期性漏波结构包括第一部分和第二部分；所述第一部分设置于所述第二介质层上的接近所述第一介质层的一面，所述第二部分设置于所述第二介质层上的接近所述第三介质层的一面。

进一步地，所述第一部分包括至少一个第一周期单元，所述第二部分包括至少一个第二周期单元，所述第一周期单元和所述第二周期单元相互轴对称，所述第一周期单元的平面投影和所述第二周期单元的平面投影组成矩形。

进一步地，所述第一部分包括2个第一周期单元，所述第二部分包括2个第二周期单元，所述第一周期单元、所述第二周期单元与所述辐射体具有相同的延伸方向。

进一步地，所述第一部分的一边、第二部分的一边与所述辐射体的一边平齐。

进一步地，所述辐射体、匹配段、周期性漏波结构和地板均为金属材质。

进一步地，所述介质板为固体介质材质或气体介质材质。

另一方面，本发明实施例还包括双频天线的制造方法，包括：

获取第一介质层、第二介质层和第三介质层；

在所述第一介质层的一面制作辐射体和匹配段；所述匹配段与所述辐射体电连接；

在所述第二介质层的两面分别制作周期性漏波结构；

在所述第三介质层上的一面制作地板；

依次叠合所述第一介质层、第二介质层和第三介质层，从而形成介质板；所述第一介质层上所述辐射体和所述匹配段所在一面远离所述第二介质层，所述第三介质层上所述地板所在一面远离所述第二介质层；

制作馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述匹配段的一长边馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

进一步地，双频天线的制造方法还包括以下步骤：

确定所述双频天线的谐振频点的谐振深度；

根据所述谐振深度确定所述匹配段的尺寸；

根据所述谐振频点所在区间，确定所述辐射体的尺寸和所述周期性漏波结构的尺寸。

本发明的有益效果是：实施例中的双频天线的尺寸较小，具有良好的多频特性、辐射方向图、增益和前后比。

附图说明

图1、图2和图3为实施例中包含周期性漏波结构的双频天线的结构示意图；

图4为实施例中对双频天线进行双频段工作仿真的曲线图；

图5和图6为实施例中对双频天线进行双频段工作仿真的辐射方向图。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，包含周期性漏波结构5的双频天线包括介质板1、辐射体2、匹配段3、周期性漏波结构5、地板4和馈电结构6。其中，介质板1由第一介质层101、第二介质层102和第三介质层103依次叠合组成。辐射体2设置于第一介质层101上的一面，具体地，辐射体2所在的那一面是远离第二介质层102的那一面。匹配段3与辐射体2设置于第一介质层101上的同一面，匹配段3与辐射体2电连接。

本实施例中，参照图2，周期性漏波结构5包括第一部分501和第二部分502，具体地，第一部分501包括至少一个第一周期单元50101，第二部分502包括至少一个第二周期单元50201。参照图2，第一周期单元50101和第二周期单元50201相互轴对称，第一周期单元50101的平面投影和第二周期单元50201的平面投影可以组成一个矩形，即第一周期单元50101的平面投影和第二周期单元50201的平面投影是交错的。具体地，参照图2，第一部分501包括2个第一周期单元50101，第二部分502包括2个第二周期单元50201。第一周期单元50101和第二周期单元50201均与辐射体2向相同的方向延伸。

本实施例中，参照图2，周期性漏波结构5的第一部分501和第二部分502分设于第二介质层102的两面。其中，第一部分501设置于第二介质层102上的一面，第二部分502设置于第二介质层102上的另一面。具体地，第一部分501所在的那一面是接近第一介质层101的那一面，第二部分502所在的那一面是接近第三介质层103的那一面。

本实施例中，参照图2和图3，地板4设置于第三介质层103上一面，具体地，地板4所在的那一面是远离第二介质层102的那一面。

本实施例中，参照图3，馈电结构6穿过介质板1，其中，馈电结构6与匹配段3的一长边馈电连接，馈电结构6的外导体部分与地板4连接。

本实施例中，参照图3，周期性漏波结构5的第一部分501的投影和第二部分502的投影是重合的。第一部分501的一边、第二部分502的一边与辐射体2的一边平齐。

本实施例中，辐射体2、匹配段3、周期性漏波结构5和地板4均为金属材质，介质板1为固体介质材质或气体介质材质。当介质板1为固体介质材质，可以使用电镀等工艺在第一介质层101、第二介质层102和第三介质层103的表面制作辐射体2、匹配段3、周期性漏波结构5和地板4，使得辐射体2、匹配段3、周期性漏波结构5和地板4分别与第一介质层101、第二介质层102和第三介质层103的表面紧密接触。当介质板1为气体介质材质，而气体介质被封装在容器中，可以使用粘合等工艺在容器的表面制作辐射体2、匹配段3、周期性漏波结构5和地板4。

参照图3，当第一介质层101、第二介质层102和第三介质层103依次叠合组成介质板1，相当于周期性漏波结构5嵌入了介质板1内部。

参照图1、图2和图3，本实施例中的双频天线的工作原理为：双频天线为平面结构，利用馈电结构6对辐射体2进行馈电，周期性漏波结构5不馈电；在通过介质板1内部加入周期性漏波结构5，由于周期性漏波结构5的漏波特性，辐射体2的能量耦合到周期性漏波结构5中，周期性漏波结构5工作在漏波模式，当天线的初始谐振频率在周期性漏波结构5的不同漏波相位模式工作区间时，天线有不同个数的工作频段。调整匹配段3的尺寸，可以调整谐振频点的谐振深度，已达到更好的匹配，减小反射；调整辐射体2的尺寸或者调整周期性漏波结构5的长度或宽度，当辐射体2对应的谐振频点位于交错周期性结构n＝-1次Floquet漏波模式工作区间时，天线具有两个工作频段，即实现双频天线。

本实施例中，参照图1，匹配段3的一条宽边设有槽形开口，具体地，设有槽形开口的宽边是匹配段3与辐射体2连接的那条长边的邻边。通过设置槽形开口，可以进一步调整阻抗匹配，改善回波损耗。

实施例中的双频天线利用了DSPSL交错周期性漏波结构5的漏波特性，使天线产生多个谐振频率。辐射体2的辐射特性会受到周期性漏波结构5漏波特性的影响，从而产生多频带。通过控制周期性漏波结构5主模与平面单极子原始谐振频点的关系，可以使天线获得双频或多频特性。该双频天线的平面结构制作简单，天线尺寸进一步小型化，双频频差较大，频点处方向图良好。

用于制造本实施例中的包含周期性漏波结构的双频天线的方法，包括以下步骤：

S1.获取第一介质层、第二介质层和第三介质层；

S2.确定双频天线的谐振频点的谐振深度；

S3.根据谐振深度确定匹配段的尺寸；具体地，改变匹配段的长宽，使匹配段连接的辐射体的阻抗与馈电结构的阻抗相匹配；

S4.根据谐振频点所在区间，确定辐射体的尺寸和周期性漏波结构的尺寸；

S5.在第一介质层的一面制作辐射体和匹配段；其中，匹配段与辐射体电连接；

S6.在第二介质层的两面分别制作周期性漏波结构；

S7.在第三介质层上的一面制作地板；

S8.依次叠合第一介质层、第二介质层和第三介质层，从而形成介质板；其中，第一介质层上的辐射体和匹配段所在一面远离第二介质层，第三介质层上的地板所在一面远离第二介质层；

S9.制作馈电结构；其中，馈电结构穿过介质板，馈电结构与匹配段的一长边馈电连接，馈电结构的外导体部分与地板连接。

通过执行步骤S1-S9，可以制作出本实施例中的双频天线。

对本实施例中的双频天线进行仿真。图4为双频天线工作于4.2GHz和5.8GHz双频段的曲线图，图5和图6相同工作参数下双频天线的辐射方向图。两个频段的频差为1.6GHz，相比于传统的双频天线频差较大，由图3、图4和图5可以看出本实施例中的双频天线仍具有很好的多频特性。另外，天线频点的个数和位置可以通过改变周期性结构而改变，而且天线的辐射方向图、增益和前后比也很好。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

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，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.包含周期性漏波结构的双频天线，其特征在于，包括：

介质板；所述介质板包括依次叠合的第一介质层、第二介质层和第三介质层；

辐射体；所述辐射体设置于所述第一介质层上的远离所述第二介质层的一面；

匹配段；所述匹配段设置于所述第一介质层上的远离所述第二介质层的一面，所述匹配段与所述辐射体电连接；所述匹配段的一宽边设有槽形开口，设有所述槽形开口的所述宽边是所述匹配段与所述辐射体连接的那条长边的邻边；

周期性漏波结构；所述周期性漏波结构分设于所述第二介质层的两面；

地板；所述地板设置于所述第三介质层上的远离所述第二介质层的一面；

馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述匹配段的一长边馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

2.根据权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述周期性漏波结构包括第一部分和第二部分；所述第一部分设置于所述第二介质层上的接近所述第一介质层的一面，所述第二部分设置于所述第二介质层上的接近所述第三介质层的一面。

3.根据权利要求2所述的双频天线，其特征在于，所述第一部分包括至少一个第一周期单元，所述第二部分包括至少一个第二周期单元，所述第一周期单元和所述第二周期单元相互轴对称，所述第一周期单元的平面投影和所述第二周期单元的平面投影组成矩形。

4.根据权利要求3所述的双频天线，其特征在于，所述第一部分包括2个第一周期单元，所述第二部分包括2个第二周期单元，所述第一周期单元、所述第二周期单元与所述辐射体具有相同的延伸方向。

5.根据权利要求4所述的双频天线，其特征在于，所述第一部分的一边、第二部分的一边与所述辐射体的一边平齐。

6.根据权利要求1-5任一项所述的双频天线，其特征在于，所述辐射体、匹配段、周期性漏波结构和地板均为金属材质。

7.权利要求1-6任一项所述的包含周期性漏波结构的双频天线的制造方法，其特征在于，包括：

获取第一介质层、第二介质层和第三介质层；

在所述第一介质层的一面制作辐射体和匹配段；所述匹配段与所述辐射体电连接；

在所述第二介质层的两面分别制作周期性漏波结构；

在所述第三介质层上的一面制作地板；

依次叠合所述第一介质层、第二介质层和第三介质层，从而形成介质板；所述第一介质层上所述辐射体和所述匹配段所在一面远离所述第二介质层，所述第三介质层上所述地板所在一面远离所述第二介质层；

制作馈电结构；所述馈电结构穿过所述介质板，所述馈电结构与所述匹配段的一长边馈电连接，所述馈电结构的外导体部分与所述地板连接。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：

确定所述双频天线的谐振频点的谐振深度；

根据所述谐振深度确定所述匹配段的尺寸；

根据所述谐振频点所在区间，确定所述辐射体的尺寸和所述周期性漏波结构的尺寸。

Images