CN113540781B - 一种低剖面的宽带天线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低剖面的宽带天线，包括依次层叠的基板和天线层，天线层包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板、第二地板、用于形成平面波导的第一金属条带以及用于聚拢偶极子模式和地面模式的矩形状的分裂环；第一金属条带位于第一地板与第二地板之间；第一金属条带一端与信号源连接，另一端与第一偶极子臂连接；第二偶极子臂与第二地板连接；第一偶极子臂和第二偶极子臂相邻；第一偶极子臂与第二偶极子臂均位于分裂环与第一金属条带之间；第一偶极子臂与第二偶极子臂均与分裂环耦合；分裂环上设置有缺口，缺口位于分裂环的靠近第一偶极子臂和第二偶极子臂的侧边上。所得的天线剖面低且能够在2.4GHz波段及3‑6GHz频率范围内工作。

Description

一种低剖面的宽带天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是指一种低剖面的宽带天线及其制备方法。

背景技术

近年来，5G移动通信的商用化如火如荼，随着5G的逐渐普及以及物联网的发展，车联网等新兴领域对天线有了更高的要求，这也带来了新的挑战。传统的不透明天线已不能完全满足人们的需要。光学透明天线，由于其在可见光频段和一些其他频段完全透明或透明度极高，且视觉冲击力较柔和等优点，他们几乎可以隐形地集成在车辆挡风玻璃，显示面板等物体上，而不影响视线。在5G大发展的环境下，尤其是在射频领域变得愈发热门。光学透明天线在太阳能电池板、汽车车载应用、触摸屏控件、卫星通信、射频标签、智能城市建设、电磁防护以及人体可携带设备等领域有着光明的前途。

上世纪90年代，美国国家航空航天局(NASA)在技术备忘录中首次报道了透明的微带线馈电贴片天线。二十多年来，透明天线越来越受关注，从最开始专门为卫星量身打造的通信设备发展到如今多种形式，多种功能的射频组件，应用领域也不再局限与航空航天和卫星通信。目前，透明天线可用于太阳能电池板、汽车车载天线、射频标签、触摸屏控件、智能城市建设、电磁防护以及人体可携带天线等与人们日常生活息息相关的领域，它的出现与发展显著提高了人们的生活质量。透明天线较为成熟的方案可以分为：透明导电氧化物(TCO)薄膜作为导体的透明天线，金属网膜或网格作为导体的透明天线，导电高分子材料制作的透明柔性天线，以及包括水天线，玻璃DRA在内的其他类型的天线。现有方案几乎都面临着剖面高以及难以与电路集成的缺点，其中性能较好的网膜和网格方案在制造过程中需要使用转移基板和光透明胶，这大大增加了制造的复杂度和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计一种低剖面宽带天线，且保证该天线便于被加工成透明天线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低剖面的宽带天线，包括依次层叠的基板和天线层，所述天线层包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板、第二地板、用于形成平面波导的第一金属条带以及用于聚拢偶极子模式和地面模式的矩形状的分裂环；所述第一金属条带位于所述第一地板与所述第二地板之间；所述第一金属条带一端与信号源连接，另一端与所述第一偶极子臂连接；所述第二偶极子臂与所述第二地板连接；所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂相邻；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均位于所述分裂环与所述第一金属条带之间；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均与所述分裂环耦合；所述分裂环上设置有缺口，所述缺口位于所述分裂环的靠近第一偶极子臂和第二偶极子臂的侧边上。

进一步地，所述天线层还包括第一背反射器和第二背反射器；所述第一背反射器与所述第一地板连接，所述第二背反射器与所述第二地板连接。

进一步地，所述第一地板和所述第二地板均为矩形，所述第一金属条带为矩形金属条带，所述第二地板与所述第一金属条带之间的缝隙为第二缝隙；所述第一背反射器和所述第二背反射器之间关于所述第二缝隙所在的直线呈镜像对称，所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂之间关于所述第二缝隙所在的直线呈镜像对称；所述第二背反射器、所述第二偶极子臂均位于所述第二地板的同一侧；所述第二缝隙所在的直线为所述分裂环的对称轴。

进一步地，所述第一偶极子臂由第二金属条带和第三金属条带构成，所述第三金属条带通过所述第二金属条带与所述第一金属条带连接；所述第二偶极子臂由第四金属条带和第五金属条带构成，所述第五金属条带通过所述第四金属条带与所述第二地板连接；所述第三金属条带的长度方向与所述第一金属条带的长度方向相互垂直，所述第三金属条带的长度方向与所述分裂环的缺口所在的矩形边平行；所述第二金属条带与所述第四金属条带均阻抗匹配。

进一步地，第三金属条带和第五金属条带均为矩形金属条带，所述第二金属条带与所述第四金属条带均为梯形金属条带；沿着第一金属条带指向第三金属条带的方向，所述第二金属条带的宽度逐渐变窄。

进一步地，第二背反射器为直角三角形，所述第四金属条带为直角梯形金属条带；所述第二背反射器的斜边与所述第四金属条带的斜腰相邻，所述第二背反射器的一直角边与所述第四金属条带的直角腰分别位于所述第二地板的相对两边的延长线上。

进一步地，所述天线的中心工作频率波长为λ；所述基板的长度为A，宽度为B；所述第一金属条带的长度为C，宽度为D；所述第一金属条带与所述第一地板之间的间隙为第一间隙，所述第一间隙和所述第二间隙的宽度均为E；所述第二金属条带的高度为F；所述第三金属条带的长度为G，宽度为H；所述第一背反射器的与第一地板相接的直角边的长度为J，另一直角边的长度为K；所述分裂环的与第三金属条带平行的且远离第三金属条带的片段的长度为L，环厚度为M；所述分裂环的与第三金属条带垂直的片段的长度为N，环厚度为P；所述缺口的长度为Q；所述分裂环与所述第三金属条带之间的间隙为第三间隙，所述第三间隙的宽度为R；所述第一地板的与所述第一金属条带长度方向垂直的边的长度为S，另一边的长度与第一金属条带的长度相等；所述第二地板的与所述第一金属条带长度方向垂直的边的长度为T，另一边的长度与第一金属条带的长度相等；其中，A≥0.61λ，B≥0.61λ，0.2λ≤C≤0.5λ，D＝0.11λ，E＝0.008λ，0.1λ≤F≤0.3λ，0.1λ≤G≤0.4λ，0.01λ≤H≤0.04λ，0.15λ≤J≤0.25λ，0.1λ≤K≤0.2λ，0.2λ≤L≤0.36λ，0.02λ≤M≤0.04λ，0.16λ≤N≤0.28λ，0.04λ≤P≤0.08λ，0.04λ≤Q≤0.12λ，0.004λ≤R≤0.012λ，0.3λ≤T≤0.8λ，T＝S+E+D，B≥2T+E。

进一步地，所述第一偶极子臂、所述第二偶极子臂、所述第一地板、所述第二地板、所述第一金属条带、所述分裂环、所述第一背反射器和所述第二背反射器均由金属网膜制成；所述基板为透明的玻璃基板或透明的塑料基板。

进一步地，所述金属网膜由宽度为a的金属丝交织形成，金属丝交织所形成的菱形网格的边长为b，所述金属网膜的厚度为c；所述基板的厚度为t，介电常数为ε，其中，0.001λ≤a≤0.006λ，0.004λ≤b≤0.02λ，0.0002λ≤c≤0.0006λ，0.015λ≤t≤0.02λ，5≤ε≤7。

一种制备上述所述的低剖面的宽带天线的方法，先在基板的一侧面上制作镍膜，然后在镍膜上制作铜膜，蚀刻铜膜和镍膜形成第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板、第二地板、第一金属条带、分裂环、第一背反射器和第二背反射器，最后在铜膜上电镀形成用于包裹铜膜的锡膜。

本发明的有益效果在于：由于天线只具有基板和天线层共两层结构，且采用共面波导馈电的形式，在保持良好性能的同时，大大削减了天线的剖面，也利于集成应用。利用寄生矩形分裂环的感应电流合并偶极子模式和地面模式以产生一个较宽的频带，所得的天线能够在2.4GHz波段以及3-6GHz频率范围内工作。由于天线层均在同一平面上，所以也方便被加工成透明天线。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的一种低剖面的宽带天线的透明实物样品图；

图2为本发明的一种低剖面的宽带天线的透明结构及金属网膜细节结构示意图；

图3为本发明的一种低剖面的宽带天线的结构示意图(正视图)；

图4为本发明的一种低剖面的宽带天线的结构示意图(仰视图)；

图5为本发明的一种低剖面的宽带天线的反射系数测试结果图；

图6为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例1在5GHz处的H面辐射方向图；

图7为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在5GHz处的H面辐射方向图；

图8为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在4GHz处的H面和E面的仿真辐射方向图；

图9为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在4GHz处的H面和E面的测试辐射方向图；

图10为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在5GHz处的H面和E面的仿真辐射方向图；

图11为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在5GHz处的H面和E面的测试辐射方向图；

图12为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在5.75GHz处的H面和E面的仿真辐射方向图；

图13为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的在5.75GHz处的H面和E面的测试辐射方向图；

图14为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的半功率波束宽度、前后比的仿真测试结果的曲线图；

图15为本发明的一种低剖面的宽带天线的试验例2的增益的仿真测试结果、仿真方向性系数结果及天线效率结果的曲线图；

其中，1-天线层，10-分裂环，101-缺口，11-第一金属条带，12-第二金属条带，13-第四金属条带，14-第三金属条带，15-第五金属条带，16-第一背反射器，17-第二背反射器，18-第一地板，19-第二地板；2-基板，21-第一缝隙，22-第二缝隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1至图4，一种低剖面的宽带天线，包括依次层叠的基板2和天线1层，所述天线层包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板18、第二地板19、用于形成平面波导的第一金属条带11以及用于聚拢偶极子模式和地面模式的矩形状的分裂环10；所述第一金属条带11位于所述第一地板18与所述第二地板19之间；所述第一金属条带11一端与信号源连接，另一端与所述第一偶极子臂连接；所述第二偶极子臂与所述第二地板19连接；所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂相邻；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均位于所述分裂环10与所述第一金属条带11之间；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均与所述分裂环10耦合；所述分裂环10上设置有缺口101，所述缺口101位于所述分裂环10的靠近第一偶极子臂和第二偶极子臂的侧边上，且缺口101将该侧边分成两个片段。

由于天线只具有基板2和天线层1共两层结构，且采用共面波导馈电的形式，在保持良好性能的同时，大大削减了天线的剖面，也利于集成应用。利用寄生矩形分裂环10的感应电流合并偶极子模式和地面模式以产生一个较宽的频带，所得的天线能够在2.4GHz波段以及3-6GHz频率范围内工作。天线在工作时，由于馈电结构的不对称性，连接到第一金属条带11的第一偶极子臂有更强的电流，这会导致辐射模式的不对称性。寄生的分裂环10上的电流是由第一偶极子臂的耦合引起的，由此，天线的偶极子模式和地面模式可以合并成一个宽带宽。天线工作于地面模式时，第一地板18和第一偶极子臂的第三金属条带14作为主要的辐射器。由于第一偶极子臂和第二偶极子臂分别连接到第一金属条带11和第二地板19，实现固有相位差180°。缺口101的设计，保证分裂环10感应电流后能够合并偶极子模式和地面模式。

实施例2

在上述结构基础上，所述天线层1还包括第一背反射器16和第二背反射器17；所述第一背反射器16与所述第一地板18连接，所述第二背反射器17与所述第二地板19连接。采用接地的两个背反射器，消减背辐射，改善辐射的前后比。

实施例3

在上述结构基础上，所述第一地板18和所述第二地板19均为矩形，所述第一金属条带11为矩形金属条带，所述第二地板19与所述第一金属条带11之间的缝隙为第二缝隙22；所述第一背反射器16和所述第二背反射器17之间关于所述第二缝隙22所在的直线呈镜像对称，所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂之间关于所述第二缝隙所在的直线呈镜像对称；所述第二背反射器、所述第二偶极子臂均位于所述第二地板的同一侧；所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂均位于所述第一背反射器与所述第二背反射器之间；所述第二缝隙所在的直线为所述分裂环的对称轴。在此结构基础上，天线的性能进一步被优化。所述第二缝隙22所在的直线优选为第二缝隙22的与自身长度方向一致的中轴线。

实施例4

在上述结构基础上，所述第一偶极子臂由第二金属条带12和第三金属条带14构成，所述第三金属条带14通过所述第二金属条带12与所述第一金属条带11连接；所述第二偶极子臂由第四金属条带13和第五金属条带15构成，所述第五金属条带15通过所述第四金属条带13与所述第二地板19连接；所述第三金属条带14的长度方向与所述第一金属条带11的长度方向相互垂直，所述第三金属条带14的长度方向与所述分裂环10的缺口101所在的矩形边平行；所述第二金属条带12与所述第四金属条带13均阻抗匹配，特性阻抗为50Ω。

实施例5

在上述结构基础上，第三金属条带14和第五金属条带15均为矩形金属条带，所述第二金属条带14与所述第四金属条带13均为梯形金属条带；沿着第一金属条带11指向第三金属条带14的方向，所述第二金属条带12的宽度逐渐变窄，有利于获得更好的阻抗匹配。

实施例6

在上述结构基础上，第二背反射器17为直角三角形，所述第四金属条带13为直角梯形金属条带；所述第二背反射器17的斜边与所述第四金属条带13的斜腰相邻，所述第二背反射器17的一直角边与所述第四金属条带13的直角腰分别位于所述第二地板19的相对两边的延长线上。矩形的第一地板18上添加三角形的第一背反射器16，矩形的第二地板19上添加三角形的第二背反射器17，两个三角形所形成的背反射器用于削减背辐射，改善前后比。

实施例7

在上述结构基础上，所述天线的中心工作频率波长为λ；所述基板2的长度为A，宽度为B；所述第一金属条带11的长度为C，宽度为D；所述第一金属条带11与所述第一地板18之间的间隙为第一间隙21，所述第一间隙21和所述第二间隙22的宽度均为E；所述第二金属条带12的高度为F，即所述第四金属条带13的高度也为F。所述第三金属条带14的长度为G，宽度为H；相应地，所述第五金属条带15的长度为G，宽度为H；所述第一背反射器16的与第一地板18相接的直角边的长度为J，另一直角边的长度为K；相应地，所述第二背反射器17的与第二地板19相接的直角边的长度为J，另一直角边的长度为K。所述分裂环10的与第三金属条带14平行的且远离第三金属条带14的片段的长度为L，环厚度为M；所述分裂环10的与第三金属条带14垂直的片段的长度为N，环厚度为P；所述缺口101的长度为Q；相应地，所述分裂环10的与第三金属条带14平行的且靠近第三金属条带14的片段的长度为(L-Q)/2，所述分裂环10的与第五金属条带15平行的且靠近第五金属条带15的片段的长度为(L-Q)/2。所述分裂环10与所述第三金属条带14之间的间隙为第三间隙，所述第三间隙的宽度为R；相应地，所述分裂环10与所述第五金属条带15之间的间隙宽度也为R。所述第一地板18的与所述第一金属条带11长度方向垂直的边的长度为S，另一边(即与所述第一金属条带11长度方向平行的边)的长度与第一金属条带11的长度相等；所述第二地板19的与所述第一金属条带11长度方向垂直的边的长度为T，另一边(即与所述第一金属条带11长度方向平行的边)的长度与第一金属条带11的长度相等；其中，A≥0.61λ，B≥0.61λ，0.2λ≤C≤0.5λ，D＝0.11λ，E＝0.008λ，0.1λ≤F≤0.3λ，0.1λ≤G≤0.4λ，0.01λ≤H≤0.04λ，0.15λ≤J≤0.25λ，0.1λ≤K≤0.2λ，0.2λ≤L≤0.36λ，0.02λ≤M≤0.04λ，0.16λ≤N≤0.28λ，0.04λ≤P≤0.08λ，0.04λ≤Q≤0.12λ，0.004λ≤R≤0.012λ，0.3λ≤T≤0.8λ，T＝S+E+D，B≥2T+E。本实施例进一步优化天线尺寸，以优化天线性能。

实施例8

在上述结构基础上，所述第一偶极子臂、所述第二偶极子臂、所述第一地板18、所述第二地板19、所述第一金属条带11、所述分裂环10、所述第一背反射器16和所述第二背反射器17均由金属网膜制成；所述基板2为透明的玻璃基板或透明的塑料基板。

通过金属网膜制作天线层1，且采用透明基板制作天线时，所得的天线透明度高。由于天线只具有基板2和天线层1共两层结构，且采用共面波导馈电的形式，在保持良好性能和高透明度的同时，大大削减了天线的剖面，也利于集成应用。所述天线克服了现有透明天线透剖面高、难以集成的问题。利用寄生矩形分裂环10的感应电流合并偶极子模式和地面模式以产生一个较宽的频带，所得的天线能够在2.4GHz波段以及3-6GHz频率范围内工作。

实施例9

在上述结构基础上，所述金属网膜由宽度为a的金属丝交织形成，金属丝交织所形成的菱形网格的边长为b，所述金属网膜的厚度为c；所述基板2的厚度为t，介电常数为ε，其中，0.001λ≤a≤0.006λ，0.004λ≤b≤0.02λ，0.0002λ≤c≤0.0006λ，0.015λ≤t≤0.02λ，5≤ε≤7。网格的边长和金属丝的宽度的大小影响着天线层1的透明度以及第一金属条带11、第一偶极子臂、分裂环10和第二偶极子臂的传输损耗等性能。透明度越大，传输损耗就会相应增加。在0.001λ≤a≤0.006λ、0.004λ≤b≤0.02λ条件下，天线层1具有较高的透明度和较小的传输损耗。

实施例10

一种制备上述所述的低剖面的宽带天线的方法，先在基板2的一侧面上制作镍膜，然后在镍膜上制作铜膜，蚀刻铜膜和镍膜形成第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板18、第二地板19、第一金属条带11、分裂环10、第一背反射器16和第二背反射器17，用热风光滑表面，最后在铜膜上电镀形成用于包裹铜膜的锡膜。即所述金属网膜由依次层叠的镍膜、铜膜和锡膜构成，所述镍膜的边缘和所述锡膜的边缘相接。

由于整个天线层1均在同一个基板2平面上，采用电镀和化学蚀刻的工艺形成具有菱形网格结构的透明端射天线，加工过程中不需要使用转移基板，在大大降低成本的同时，可以实现与不透明金属结构相似的性能，可以用于设计高透明度的产品。又由于整个天线层1都在同一基板2平面上，解决了现有的透明天线方案普遍剖面高，难以集成的痛点。在玻璃基板的一个表面涂上镍薄膜有助于改善铜层的粘着力；在铜图案上镀一层锡膜，以避免铜层氧化。

为了进一步论述本发明的有益效果，根据以下试验例1和试验例2进行论述：

试验例1

请参阅图3和图4，一种低剖面的宽带天线，包括依次层叠的基板2和天线层1，所述天线层1包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、矩形的第一地板18、矩形的第二地板19、用于形成平面波导的矩形的第一金属条带11以及用于聚拢偶极子模式和地面模式的矩形状的分裂环10；所述第一金属条带11位于所述第一地板18与所述第二地板19之间；所述第一金属条带11一端与信号源连接，另一端与所述第一偶极子臂连接；所述第二偶极子臂与所述第二地板19连接；所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂相邻；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均位于所述分裂环10与所述第一金属条带11之间；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均与所述分裂环10耦合；所述分裂环10上设置有缺口101，所述缺口101位于所述分裂环10的靠近第一偶极子臂和第二偶极子臂的侧边上。

所述第二地板19与所述第一金属条带11之间的缝隙为第二缝隙22；所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂之间关于所述第二缝隙22所在的直线呈镜像对称；所述第二缝隙22所在的直线为所述分裂环10的对称轴。所述第一偶极子臂由第二金属条带12和第三金属条带14构成，所述第三金属条带14通过所述第二金属条带12与所述第一金属条带11连接；所述第二偶极子臂由第四金属条带13和第五金属条带15构成，所述第五金属条带15通过所述第四金属条带13与所述第二地板19连接；所述第三金属条带14的长度方向与所述第一金属条带11的长度方向相互垂直，所述第三金属条带14的长度方向与所述分裂环10的缺口101所在的矩形边平行；所述第二金属条带12与所述第四金属条带13均阻抗匹配，均为50Ω。第三金属条带14和第五金属条带15均为矩形金属条带，所述第二金属条带12与所述第四金属条带13均为梯形金属条带；沿着第一金属条带11指向第三金属条带14的方向，所述第二金属条带12为宽度逐渐变窄的直角梯形金属条带；所述第四金属条带13的直角腰位于所述第二地板19的与所述第二缝隙22相接的边的延长线上。

所述基板2的长度A＝40mm，宽度B＝50mm；所述第一金属条带11的长度C＝15mm，宽度D＝5.53mm；所述第一金属条带11与所述第一地板18之间的间隙为第一间隙21，所述第一间隙21和所述第二间隙22的宽度均E＝0.4mm；所述第二金属条带12的高度F＝8mm；所述第三金属条带14的长度G＝8.25mm，宽度H＝1mm；所述分裂环10的与第三金属条带14平行的且远离第三金属条带14的片段的长度L＝14.5mm，环厚度M＝1.5mm；所述分裂环10的与第三金属条带14垂直的片段的长度N＝10mm，环厚度P＝3mm；所述缺口101的长度Q＝4mm；所述分裂环10与所述第三金属条带14之间的间隙为第三间隙，所述第三间隙的宽度R＝0.5mm；所述第一地板18的与所述第一金属条带11长度方向垂直的边的长度S＝18.87mm，另一边的长度与第一金属条带的长度相等；所述第二地板19的与所述第一金属条带11长度方向垂直的边的长度T＝24.8mm，另一边的长度与第一金属条带11的长度相等；其中，T＝S+E+D，B≥2T+E。

所述第一偶极子臂、所述第二偶极子臂、所述第一地板18、所述第二地板19、所述第一金属条带11和所述分裂环10均由金属网膜制成；所述基板2为透明的玻璃基板。所述金属网膜由宽度a＝0.2mm的金属丝交织形成，金属丝交织所形成的菱形网格的边长b＝0.75mm，所述金属网膜的厚度c＝0.018mm；所述基板2的厚度t＝1mm，介电常数为6。

试验例2

试验例2与试验例1的差异在于：所述天线层2还包括第一背反射器16和第二背反射器17；所述第一背反射器16与所述第一地板18连接，所述第二背反射器17与所述第二地板19连接。

所述第一背反射器16和所述第二背反射器17之间关于所述第二缝隙22所在的直线呈镜像对称，所述第二背反射器17、所述第二偶极子臂均位于所述第二地板19的同一侧；第二背反射器17为直角三角形，所述第二背反射器17的斜边与所述第四金属条带13的斜腰相邻，所述第二背反射器17的一直角边与所述第四金属条带13的直角腰分别位于所述第二地板19的相对两边的延长线上。所述第一背反射器16和所述第二背反射器17也由所述金属网膜制成。所述第一背反射器16的与第一地板18相接的直角边的长度J＝10mm，另一直角边的长度K＝7.5mm。

从图1(添加背景衬托)中可以看出，采用试验例1-2的方案制作出来的样品的透明度很高，在没背景衬托的条件下，样品可以完美地与环境融为一体。

所述天线在工作时，由于馈电结构的不对称性，连接到共面波导信号线的第一偶极子臂臂14有更强的电流，这会导致辐射模式的不对称性。寄生的分裂环10上的电流是由第一偶极子臂的耦合引起的，由此，天线的偶极子模式和地面模式可以合并成一个宽带宽。如图5所示，所述天线使用矢量网络分析仪测试的-10dB带宽为3.08-6.02GHz，带宽达到64.6％。天线工作于地面模式时，第一地板18和第三金属条带14作为主要的辐射器。在图5中可以看出，2.4GHz处有一个较窄的阻抗带宽，这是由第二地板19引起的另一个地面模式谐振产生的。

从图6、图7的结果比较可知，在5GHz处，由于第一背反射器16和第二背反射器17的作用，背辐射降低，前后比提升了7.1dB。

图8、图9、图10、图11、图12和图13分别为试验例2天线在4GHz、5GHz和5.75GHz处的仿真和测试辐射方向图。在通带内，天线实现了非常稳定的辐射方向图，交叉极化低于主极化20dB以上，最大辐射方向为端射方向。图14为试验例2天线的前后比和半功率波瓣宽度，前后比最大为5GHz处的14.4dB，实现31.9％的10dB前后比带宽(4.16GHz-5.74GHz)，半功率波瓣宽度的测试结果在146°以上，这表明本发明可以覆盖非常大的角度。图15为试验例2天线端射方向的增益结果，在3.08GHz-6.02GHz的通带内，测量增益范围为0.04dBi-5.01dBi。利用测试增益和仿真方向性系数可以得到天线的效率，如图15所示，所述天线效率在整个工作波段内均超过71.9％。

综上所述，本发明提供的一种低剖面的宽带天线，由于天线只具有基板和天线层共两层结构，且采用共面波导馈电的形式，在保持良好性能的同时，大大削减了天线的剖面，也利于集成应用。利用寄生矩形分裂环的感应电流合并偶极子模式和地面模式以产生一个较宽的频带，所得的天线能够在2.4GHz波段以及3-6GHz频率范围内工作。由于天线层均在同一平面上，采用电镀和化学蚀刻的工艺形成具有菱形网格结构的透明端射天线，加工过程中不需要使用转移基板，在大大降低成本的同时，可以实现与不透明金属结构相似的性能，可以用于设计高透明度的产品。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低剖面的宽带天线，其特征在于，包括依次层叠的基板和天线层，所述天线层包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板、第二地板、用于形成平面波导的第一金属条带以及用于聚拢偶极子模式和地面模式的矩形状的分裂环；所述第一金属条带位于所述第一地板与所述第二地板之间；所述第一金属条带一端与信号源连接，另一端与所述第一偶极子臂连接；所述第二偶极子臂与所述第二地板连接；所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂相邻；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均位于所述分裂环与所述第一金属条带之间；所述第一偶极子臂与所述第二偶极子臂均与所述分裂环耦合；所述分裂环上设置有缺口，所述缺口位于所述分裂环的靠近第一偶极子臂和第二偶极子臂的侧边上。

2.如权利要求1所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，所述天线层还包括第一背反射器和第二背反射器；所述第一背反射器与所述第一地板连接，所述第二背反射器与所述第二地板连接。

3.如权利要求2所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，所述第一地板和所述第二地板均为矩形，所述第一金属条带为矩形金属条带，所述第二地板与所述第一金属条带之间的缝隙为第二缝隙；所述第一背反射器和所述第二背反射器之间关于所述第二缝隙所在的直线呈镜像对称，所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂之间关于所述第二缝隙所在的直线呈镜像对称；所述第二背反射器、所述第二偶极子臂均位于所述第二地板的同一侧；所述第二缝隙所在的直线为所述分裂环的对称轴。

4.如权利要求3所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，所述第一偶极子臂由第二金属条带和第三金属条带构成，所述第三金属条带通过所述第二金属条带与所述第一金属条带连接；所述第二偶极子臂由第四金属条带和第五金属条带构成，所述第五金属条带通过所述第四金属条带与所述第二地板连接；所述第三金属条带的长度方向与所述第一金属条带的长度方向相互垂直，所述第三金属条带的长度方向与所述分裂环的缺口所在的矩形边平行；所述第二金属条带与所述第四金属条带均阻抗匹配。

5.如权利要求4所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，第三金属条带和第五金属条带均为矩形金属条带，所述第二金属条带与所述第四金属条带均为梯形金属条带；沿着第一金属条带指向第三金属条带的方向，所述第二金属条带的宽度逐渐变窄。

6.如权利要求5所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，第二背反射器为直角三角形，所述第四金属条带为直角梯形金属条带；所述第二背反射器的斜边与所述第四金属条带的斜腰相邻，所述第二背反射器的一直角边与所述第四金属条带的直角腰分别位于所述第二地板的相对两边的延长线上。

7.如权利要求6所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，所述天线的中心工作频率波长为λ；所述基板的长度为A，宽度为B；所述第一金属条带的长度为C，宽度为D；所述第一金属条带与所述第一地板之间的间隙为第一间隙，所述第一间隙和所述第二缝 隙的宽度均为E；所述第二金属条带的高度为F；所述第三金属条带的长度为G，宽度为H；所述第一背反射器的与第一地板相接的直角边的长度为J，另一直角边的长度为K；所述分裂环的与第三金属条带平行的且远离第三金属条带的片段的长度为L，环厚度为M；所述分裂环的与第三金属条带垂直的片段的长度为N，环厚度为P；所述缺口的长度为Q；所述分裂环与所述第三金属条带之间的间隙为第三间隙，所述第三间隙的宽度为R；所述第一地板的与所述第一金属条带长度方向垂直的边的长度为S，另一边的长度与第一金属条带的长度相等；所述第二地板的与所述第一金属条带长度方向垂直的边的长度为T，另一边的长度与第一金属条带的长度相等；其中，A≥0.61λ，B≥0.61λ，0.2λ≤C≤0.5λ，D＝0.11λ，E＝0.008λ，0.1λ≤F≤0.3λ，0.1λ≤G≤0.4λ，0.01λ≤H≤0.04λ，0.15λ≤J≤0.25λ，0.1λ≤K≤0.2λ，0.2λ≤L≤0.36λ，0.02λ≤M≤0.04λ，0.16λ≤N≤0.28λ，0.04λ≤P≤0.08λ，0.04λ≤Q≤0.12λ，0.004λ≤R≤0.012λ，0.3λ≤T≤0.8λ，T＝S+E+D，B≥2T+E。

8.如权利要求7所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，所述第一偶极子臂、所述第二偶极子臂、所述第一地板、所述第二地板、所述第一金属条带、所述分裂环、所述第一背反射器和所述第二背反射器均由金属网膜制成；所述基板为透明的玻璃基板或透明的塑料基板。

9.如权利要求8所述的低剖面的宽带天线，其特征在于，所述金属网膜由宽度为a的金属丝交织形成，金属丝交织所形成的菱形网格的边长为b，所述金属网膜的厚度为c；所述基板的厚度为t，介电常数为ε，其中，0.001λ≤a≤0.006λ，0.004λ≤b≤0.02λ，0.0002λ≤c≤0.0006λ，0.015λ≤t≤0.02λ，5≤ε≤7。

10.一种制备权利要求2至9任一所述的低剖面的宽带天线的方法，其特征在于，先在基板的一侧面上制作镍膜，然后在镍膜上制作铜膜，蚀刻铜膜和镍膜形成第一偶极子臂、第二偶极子臂、第一地板、第二地板、第一金属条带、分裂环、第一背反射器和第二背反射器，最后在铜膜上电镀形成用于包裹铜膜的锡膜。

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