CN112736472B - 一种毫米波宽带贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波宽带贴片天线，涉及天线技术领域，该天线在介质基板上表面刻蚀形成金属条带与E型贴片，两者同层可使天线产生额外的谐振从而拓展天线带宽，同时能明显简化天线结构，降低天线剖面高度，从而减小天线体积；介质基板上表面的表面金属环、下表面的金属接地层以及介质基板内的金属柱形成基片集成背腔，可在拓展天线带宽的同时有效抑制天线表面波损耗，提高天线辐射效率，同轴馈电金属柱穿过介质基板为天线辐射体馈电，使得E型贴片、金属条带和基片集成背腔在不同频点产生三个谐振拓展天线带宽，使得天线的性能更优良。

Description

一种毫米波宽带贴片天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是一种毫米波宽带贴片天线。
背景技术
随着对宽带、高速率通信及平面集成天线需求的不断增加，毫米波宽带贴片天线由于其重量轻、体积小、易共形，在雾雪等天气条件下具有良好的传播特性等特点而被应用于军事和空间通信技术领域。然而，传统贴片天线带宽较窄，极大地限制了其应用范围。而在已有的拓展贴片天线带宽的设计方法中，大多数存在天线带宽拓展有限、天线结构复杂、体积较大等问题。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种毫米波宽带贴片天线，本发明的技术方案如下：
一种毫米波宽带贴片天线，该毫米波宽带贴片天线包括双面覆盖有金属层的介质基板，介质基板的下表面的金属层形成为金属接地层，介质基板的上表面的金属层刻蚀形成表面电路层，表面电路层包括天线辐射体和表面金属环，天线辐射体包括E型贴片和金属条带；
介质基板内布设有若干个周期性排布的金属柱，金属柱的一端连接表面金属环、另一端连接金属接地层，表面金属环、金属柱与金属接地层形成为基片集成背腔；
同轴馈电金属柱通过金属接地层上开设的孔穿过介质基板为天线辐射体馈电，E型贴片、金属条带和基片集成背腔在不同频点产生三个谐振。
其进一步的技术方案为，E型贴片的中间分支相对于两侧分支呈内凹结构，金属条带位于E型贴片的中间分支相对于两侧分支所形成的内凹结构处形成内嵌于E型贴片的结构。
其进一步的技术方案为，同轴馈电金属柱通过金属接地层上开设的孔穿过介质基板并连接金属条带，能量通过同轴馈电金属柱对金属条带进行馈电并耦合给E型贴片。
其进一步的技术方案为，表面金属环呈矩形环结构且位于天线辐射体的外缘。
其进一步的技术方案为，介质基板内的金属柱沿着表面金属环的矩形边等间距周期性排布，所有金属柱排布形成矩形结构。
其进一步的技术方案为，介质基板为介电常数为2.2、损耗正切角为0.0009的RT5880双面覆铜板。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种毫米波宽带贴片天线，该天线在介质基板上表面刻蚀形成金属条带与E型贴片，两者同层可使天线产生额外的谐振从而拓展天线带宽，同时能明显简化天线结构，降低天线剖面高度，从而减小天线体积，天线中引入基片集成背腔可在拓展天线带宽的同时有效抑制天线表面波损耗，提高天线辐射效率。
进一步的E型贴片采用内凹形式，可使矩形金属条带完全内嵌在E型贴片内，从而增强金属条带与E型贴片间的耦合，拓展带宽，使天线结构更加紧凑。
附图说明
图1是本申请的毫米波宽带贴片天线的剖面结构图。
图2是本申请的毫米波宽带贴片天线的表面电路层3的结构示意图。
图3是本申请的毫米波宽带贴片天线的驻波仿真曲线。
图4是本申请的毫米波宽带贴片天线的增益仿真曲线。
图5是本申请的毫米波宽带贴片天线的辐射效率仿真曲线。
图6是本申请的毫米波宽带贴片天线的天线方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种毫米波宽带贴片天线，请参考图1所示的侧面剖视图，该毫米波宽带贴片天线包括双面覆盖有金属层的介质基板1，介质基板1的下表面的金属层形成为金属接地层2，介质基板1的上表面的金属层刻蚀形成表面电路层3。在本申请中，介质基板1为介电常数为2.2、损耗正切角为0.0009的RT5880双面覆铜板。
请参考图2所示的表面电路层3的示意图，介质基板1上表面刻蚀形成的表面电路层3包括天线辐射体和表面金属环4。其中，天线辐射体包括E型贴片5和金属条带6，本申请在金属条带6同层引入E型贴片5可使天线产生额外的谐振从而拓展天线带宽，另一方面，E型贴片5和金属条带6均刻蚀在介质基板1上表面，能明显简化天线结构，降低天线剖面高度，从而减小该毫米波宽带贴片天线的体积。
进一步的，本申请中的E型贴片5的中间分支相对于两侧分支呈内凹结构，金属条带6为矩形结构，且金属条带6位于E型贴片5的中间分支相对于两侧分支所形成的内凹结构处形成内嵌于E型贴片5的结构。该结构可以增强E型贴片5和金属条带6之间的耦合，从而进一步拓展带宽，并使天线结构更紧凑。
介质基板1内布设有若干个周期性排布的金属柱7，金属柱7的一端连接表面金属环4、另一端连接金属接地层2，表面金属环4、金属柱7与金属接地层2形成为基片集成背腔。在本申请中，如图2所示，表面金属环4呈矩形环结构且位于天线辐射体的外缘。介质基板1内的金属柱7沿着表面金属环4的矩形边等间距周期性排布，所有金属柱7排布形成矩形结构，如图2所示的示意图。通过在该毫米波宽带贴片天线中引入基片集成背腔可在拓展天线带宽的同时还能有效抑制天线表面波损耗，提高天线辐射效率。
同轴馈电金属柱8通过金属接地层2上开设的孔穿过介质基板1为天线辐射体馈电。基于本申请所采用的金属条带6内嵌在E型贴片5中的结构，同轴馈电金属柱8通过金属接地层2上开设的孔穿过介质基板1并连接金属条带6。
能量通过同轴馈电金属柱8对金属条带6进行馈电并耦合给E型贴片5，从而使得该毫米波宽带贴片天线在不同频点产生三个谐振以拓展天线带宽，天线的三个谐振分别由E型贴片5、金属条带6和基片集成背腔产生。
基于本申请的结构，该毫米波宽带贴片天线能有效拓展天线带宽达38.2％(VSWR≤2)，同时天线在工作频带(42GHz～62GHz)内具有良好的增益与较高的辐射效率(87％～97％)，且天线结构简单，体积小。该毫米波宽带贴片天线的驻波仿真曲线如图3所示、增益仿真曲线如图4所示，辐射效率仿真曲线如图5所示，天线方向图如图6所示。
而且该毫米波宽带贴片天线的性能便于调控：通过改变E型贴片5、金属条带6和基片集成背腔的尺寸可以调控天线工作带宽。通过调节金属条带6内嵌于E型贴片5中的位置，和/或，通过调节同轴馈电金属柱8在金属条带6上的位置可以对该毫米波宽带贴片天线的匹配程度进行调控。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种毫米波宽带贴片天线，其特征在于，所述毫米波宽带贴片天线包括双面覆盖有金属层的介质基板（1），所述介质基板（1）的下表面的金属层形成为金属接地层（2），所述介质基板（1）的上表面的金属层刻蚀形成表面电路层（3），所述表面电路层（3）包括天线辐射体和表面金属环（4），所述天线辐射体包括E型贴片（5）和金属条带（6）；所述E型贴片（5）的中间分支相对于两侧分支呈内凹结构，所述金属条带（6）位于所述E型贴片（5）的中间分支相对于两侧分支所形成的内凹结构处形成内嵌于所述E型贴片（5）的结构；
所述介质基板（1）内布设有若干个周期性排布的金属柱（7），所述金属柱（7）的一端连接所述表面金属环（4）、另一端连接所述金属接地层（2），所述表面金属环（4）、金属柱（7）与金属接地层（2）形成为基片集成背腔；
同轴馈电金属柱（8）通过所述金属接地层（2）上开设的孔穿过所述介质基板（1）为所述天线辐射体馈电，所述E型贴片（5）、金属条带（6）和基片集成背腔在不同频点产生三个谐振。
2.根据权利要求1所述的毫米波宽带贴片天线，其特征在于，所述同轴馈电金属柱（8）通过所述金属接地层（2）上开设的孔穿过所述介质基板（2）并连接所述金属条带（6），能量通过所述同轴馈电金属柱（8）对所述金属条带（6）进行馈电并耦合给所述E型贴片（5）。
3.根据权利要求1所述的毫米波宽带贴片天线，其特征在于，所述表面金属环（4）呈矩形环结构且位于所述天线辐射体的外缘。
4.根据权利要求3所述的毫米波宽带贴片天线，其特征在于，所述介质基板（1）内的金属柱（7）沿着所述表面金属环（4）的矩形边等间距周期性排布，所有金属柱（7）排布形成矩形结构。
5.根据权利要求1-4任一所述的毫米波宽带贴片天线，其特征在于，所述介质基板（1）为介电常数为2.2、损耗正切角为0.0009的RT5880双面覆铜板。
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