專利名稱：溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線。
技術(shù)背景近幾年來，諸多展寬平面天線阻抗帶寬的技術(shù)頻見報道，比如阻抗加載技術(shù)、RC加載技術(shù)、折疊技術(shù)、曲折技術(shù)、多饋點技術(shù)和短路銷釘技術(shù)等等。 這些技術(shù)可以在一定程度上展寬天線工作帶寬，但是有的是集中加載技術(shù)，會帶來天線增益的下降，如阻抗加載和RC加載技術(shù)；有的使得天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)控制難以達到最優(yōu)，設(shè)計難度較大，如折疊技術(shù)、曲折技術(shù)、多饋 點技術(shù)和短路銷釘技術(shù)等。對于要求單向輻射波束的應(yīng)用情形，傳統(tǒng)的方法是在天線背面四分之波 長處放置金屬面放射板，反射波在上半空間與原波束同相疊加，形成單向波 束。這樣輻射方向上增益提高，背向空間波束得到抑制。金屬板是一窄帶器 件，由于輻射波束的畸變，寬帶應(yīng)用存在困難。同時，天線與反射器之間四 分之一波長的距離，在很多應(yīng)用環(huán)境下，還是顯得不夠緊湊。為了縮小天線 與反射器之間的距離，以設(shè)計低剖面天線，人們提出了電磁帶隙結(jié)構(gòu)(高阻 抗表面或人工磁導(dǎo)體)。它是從光子晶體材料比例縮放到微波頻段而來，是一 種模擬理想磁導(dǎo)體的人工材料，在一定頻率范圍內(nèi)，入射電磁波幾乎能夠被 同相反射?，F(xiàn)有許多國內(nèi)文獻報道在貼片微帶天線周圍制作電磁帶隙結(jié)構(gòu)， 以改善回波損耗，抑制基板上的表面波，提高天線增益，抑制旁瓣電平。國 外文獻報道過利用電磁帶隙結(jié)構(gòu)在某頻段附近同相反射電磁波的特性，制作
成電磁帶隙結(jié)構(gòu)反射器。天線與該結(jié)構(gòu)之間的距離能夠購大大小于四分之一 波長，而且能夠獲得很寬的工作頻段和良好的增益。但，上述現(xiàn)有技術(shù)存在 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)控制難以達到最優(yōu)等缺點。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的溝道加載技術(shù)和電磁帶隙結(jié)構(gòu)天線的上述不足， 提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能拓展天線阻抗帶寬、在展寬天線工作帶寬的同時不會 損害天線增益的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線。本發(fā)明的技術(shù)方案溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，包括電磁帶隙結(jié) 構(gòu)；其特征在于蝴蝶結(jié)天線用支撐層支撐，設(shè)置在電磁帶隙結(jié)構(gòu)上；巴倫 的一端穿過電磁帶隙結(jié)構(gòu)基板中間的通孔與蝴蝶結(jié)天線連接，給蝴蝶結(jié)天線 饋電，另外一端與SMA相連接。進一步的特征是所述的蝴蝶結(jié)天線制作在羅杰斯基板上，設(shè)置有對稱 的兩片蝶形臂、天線環(huán)和加載溝道，加載溝道處于天線環(huán)與蝶形臂之間。巴倫與蝴蝶結(jié)天線的蝶形臂相連接。電磁帶隙結(jié)構(gòu)基板中間的通孔是矩形孔。本發(fā)明的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下 特點-1、在靠近蝴蝶結(jié)天線頂部附近，溝道耦合較強提供容性加載，而環(huán)提供 感性和加載，總的結(jié)果體現(xiàn)為容性加載;在遠離天線頂部的地方，溝道耦合 較弱，總的結(jié)果體現(xiàn)為感性加載。參數(shù)選取合適，容性加載和感性加載能在 很寬的頻帶內(nèi)自平衡，天線帶內(nèi)阻抗和輻射模式穩(wěn)定，從而拓展天線阻抗帶 寬。 2、 在展寬天線工作帶寬的同時不會損害天線增益。3、 天線與電磁帶隙結(jié)構(gòu)之間的距離能夠大大小于四分之一波長，而且能夠獲得很寬的工作頻段和良好的增益。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明-圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2是圖1的俯視圖； 圖3是電磁帶隙結(jié)構(gòu)側(cè)視圖(剖視)； 圖4是測量的回波損耗曲線； 圖5是OXZ面輻射模；圖6是oyz面輻射模式； 圖7是天線增益曲線。
具體實施方式
如圖l、 2中，1—電磁帶隙結(jié)構(gòu)，2—蝴蝶結(jié)天線，3—支撐層，4一羅杰 斯基板，5—蝶形臂，6—天線環(huán)，7—加載溝道，8—巴倫，9—通孔，IO—SMA;本發(fā)明的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，包括電磁帶隙結(jié)構(gòu)1，蝴蝶結(jié) 天線2用支撐層3支撐，設(shè)置在電磁帶隙結(jié)構(gòu)l上；支撐層3最好選用2毫 米厚、介電常數(shù)約為1的泡沫類材料。蝴蝶結(jié)天線2的一種具體實施例結(jié)構(gòu) 是蝴蝶結(jié)天線2制作在相對介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508毫米的羅杰斯基 板4上，設(shè)置有對稱的兩片蝶形臂5、天線環(huán)6和加載溝道7，蝶形臂5和天 線環(huán)6是金屬材質(zhì)(最好是銅及銅合金等)，能接收、輻射電磁波；羅杰斯基 板4具體選用5880TM基板，天線幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示。蝶形臂5的半徑為 R47.75毫米，張角為156度，倒圓角半徑Rc-3毫米，天線電極之間的距離 為1.5毫米，天線加載環(huán)6的內(nèi)外半徑分別為19毫米和19.5毫米，環(huán)6與蝶 形臂5之間的加載溝道7寬度為0.5毫米。巴倫8 (Bakm，即平衡饋電轉(zhuǎn)換器)的一端穿過電磁帶隙結(jié)構(gòu)基板1中 間的通孔9、穿過支撐層3 (在支撐層3上對應(yīng)位置設(shè)置有讓巴倫8穿過的孔) 與蝴蝶結(jié)天線2連接，給蝴蝶結(jié)天線2饋電，另外一端與SMA相接；巴倫8 與蝴蝶結(jié)天線2的蝶形臂5相連接。SMA系列產(chǎn)品是一種應(yīng)用廣泛的小型螺 紋連接的同軸連接器。SMA系列采用英制螺紋連接，強度高，抗震性好。外 導(dǎo)體端面直接接觸，便插入損耗降到最低。相對于其它類型的連接器，SMA 系列具有體積小，低VSWR的特點。廣泛應(yīng)用于漬波設(shè)備和數(shù)字通信設(shè)備的 射頻回路中連接射頻同軸電纜和微帶。巴倫8制作在相對介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508毫米的羅杰斯5880TM 基板上，本發(fā)明選用的巴倫8長度為80毫米，采用指數(shù)過度的形式。如圖3中，15—基板，16—方形貼片，17—金屬化過孔，18—地板，19 一介質(zhì)基層；電磁帶隙結(jié)構(gòu)1是電磁波輻射、傳導(dǎo)領(lǐng)域的常用部件；具體請參閱名稱 為"一種電磁帶隙結(jié)構(gòu)的喇叭天線"、申請?zhí)枮?00710179721.3的發(fā)明專利所 公開的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明電磁帶隙結(jié)構(gòu)1的一種具體結(jié)構(gòu)，電磁帶隙結(jié)構(gòu)1包括 基板15、方形貼片16和金屬化過孔17;電磁帶隙結(jié)構(gòu)1制作在在相對介電 常數(shù)為4.4，厚度為4毫米的基板15上，具體選用FR4基板。方形貼片16 設(shè)置在基板15上，邊長為7.5毫米，貼片之間的間距為1.5毫米，方形貼片16 上的金屬化過孔17直徑為1毫米，圖中所示共用20X20個單元。在電磁帶
隙結(jié)構(gòu)1中央，挖一 10mmX0.6mm的矩形通孔9，巴倫8則通過矩形通孔9 給天線饋電?；?5的下層是地板18，地板18上面是介質(zhì)基層19，方形貼 片16牢固貼合在介質(zhì)基層19上。如圖4中，在安捷倫E8362B上測試的天線回波損耗如圖4所示，天線中 心頻率在4. 2GHz，最低工作頻率3. 6GHz、最高工作頻率4. 8GHz (S11〈-l(WB)， 帶寬為1.2GHz。包括電磁帶隙結(jié)構(gòu)厚度，整個系統(tǒng)厚度為6. 508毫米，相對 于中心工作頻率4. 2GHz的四分之一 (17. 75毫米)，天線剖面減小63. 7%。如圖5、 6中，測試的天線輻射模式如圖5和6所示，可見天線帶內(nèi)輻射 模式穩(wěn)定，后瓣抑制較好(優(yōu)于-17dBi)。如圖7中，天線帶內(nèi)增益保持在8.2dBi-8.7dBi之間，增益起伏小。
權(quán)利要求
1、溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，包括電磁帶隙結(jié)構(gòu)(1)；其特征在于蝴蝶結(jié)天線(2)經(jīng)支撐層(3)支撐，設(shè)置在電磁帶隙結(jié)構(gòu)(1)上；巴倫(8)的一端穿過電磁帶隙結(jié)構(gòu)基板(1)中間的通孔(9)、穿過支撐層(3)與蝴蝶結(jié)天線(2)連接，給蝴蝶結(jié)天線(2)饋電，另外一端與SMA相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，其特征在于: 所述的蝴蝶結(jié)天線(2)制作在羅杰斯基板(4)上，設(shè)置有對稱的兩片蝶形 臂(5)、天線環(huán)(6)和加載溝道(7)，加載溝道(7)處于天線環(huán)(6)與蝶 形臂(5)之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，其特征在于 所述的蝶形臂(5)半徑為R-17.75毫米，張角為156度，倒圓角半徑Rc-3 毫米，天線加載環(huán)(6)的內(nèi)外半徑分別為19毫米和19.5毫米，天線加載環(huán)(6)與蝶形臂(5)之間的加載溝道7寬度為0.5毫米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，其 特征在于巴倫(8)與蝴蝶結(jié)天線(2)的蝶形臂(5)相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，其特征在于 通孔(9)是矩形孔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，其 特征在于所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)(1)包括基板(15)、方形貼片(16)和金屬 化過孔(17);電磁帶隙結(jié)構(gòu)(1)制作在在相對介電常數(shù)為4.4，厚度為4毫 米的基板(15)上，方形貼片(16)設(shè)置在基板(15)上，邊長為7.5毫米， 貼片之間的間距為1.5毫米，方形貼片(16)上的金屬化過孔(17)直徑為全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝道加載蝴蝶結(jié)型電磁帶隙天線，包括電磁帶隙結(jié)構(gòu)；其特征在于蝴蝶結(jié)天線用支撐層支撐，設(shè)置在電磁帶隙結(jié)構(gòu)上；巴倫的一端穿過電磁帶隙結(jié)構(gòu)基板中間的通孔與蝴蝶結(jié)天線連接，給蝴蝶結(jié)天線饋電，另外一端與SMA相連接。本發(fā)明的天線，容性加載和感性加載能在很寬的頻帶內(nèi)自平衡，天線帶內(nèi)阻抗和輻射模式穩(wěn)定，從而拓展天線阻抗帶寬；在展寬天線工作帶寬的同時不會損害天線增益；天線與電磁帶隙結(jié)構(gòu)之間的距離能夠大大小于四分之一波長，而且能夠獲得很寬的工作頻段和良好的增益。
文檔編號H01Q13/00GK101399398SQ200810232959
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者丁朝遠 申請人:重慶工學(xué)院