本實(shí)用新型涉及一種雙頻縫隙天線，尤其是一種雙頻段全向基片集成波導(dǎo)螺旋縫隙天線。

背景技術(shù)：

由于在移動(dòng)通信和無線局域網(wǎng)絡(luò)同時(shí)覆蓋區(qū)域存在2G/3G/4G/WIFI等不同標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，常常需要雙頻或多頻全向天線來接收來自各個(gè)方向的信號(hào)。

目前，國(guó)內(nèi)外不少專家學(xué)者研究了各種各樣的雙頻天線，來滿足不同的通信需要，例如，雙頻微帶天線、雙頻平面倒置F型天線、雙頻單極子天線等等。這些雙頻天線大多數(shù)為單向輻射天線，能全向輻射的天線較少。公布號(hào)為CN105490012A的發(fā)明專利“一種CPW饋電雙頻微帶天線”采用將兩個(gè)倒Л型槽以及共面集成波導(dǎo)饋線設(shè)置在介質(zhì)基板的上表面，實(shí)現(xiàn)了可覆蓋WLAN與WIMAX所有工作頻段，但天線不能在所有工作頻段實(shí)現(xiàn)全向輻射，并且增益低。公布號(hào)為CN105514612A的發(fā)明專利“低剖面雙頻帶全向天線”采用在帶接地板介質(zhì)基板的另一側(cè)印刷輻射金屬貼片和圍繞在輻射金屬貼片周圍的多個(gè)蘑菇型諧振單元結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了有類似單極子天線的輻射方向圖的兩頻段天線，可以工作在3.995～4.025GHz和4.94～6.06GHz頻段上，還不能滿足接收1.8GHz、2.4GHz等不同標(biāo)準(zhǔn)的2G/3G/4G/WIFI信號(hào)的需要。公布號(hào)為CN104795630A的發(fā)明專利“雙頻WIFI全向天線”采用兩個(gè)低頻輻射臂和兩個(gè)高頻輻射臂對(duì)稱設(shè)置于所述平衡微帶線的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)了能同時(shí)工作在2.4～2.5GHz及5.15～5.85GHz的全向天線，還不能同時(shí)接收移動(dòng)通信信號(hào)和無線局域網(wǎng)信號(hào)。

綜上所述，目前同時(shí)接收移動(dòng)通信信號(hào)和無線局域網(wǎng)信號(hào)的雙頻帶全向天線較少，對(duì)兼容多標(biāo)準(zhǔn)、多頻段的天線需求顯得愈發(fā)迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提出一種雙頻段全向基片集成波導(dǎo)螺旋縫隙天線，能同時(shí)接收移動(dòng)通信信號(hào)和無線局域網(wǎng)信號(hào)，全向性好且增益高。

本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下：一種雙頻全向基片集成波導(dǎo)螺旋縫隙天線，包括第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板，所述第一介質(zhì)基板與第二介質(zhì)基板均為矩形，第一介質(zhì)基板疊置在第二介質(zhì)基板上；第一介質(zhì)基板的上表面設(shè)有饋電微帶線，第一介質(zhì)基板的下表面設(shè)有第一金屬層；第二介質(zhì)基板的上表面設(shè)有第二金屬層，第二介質(zhì)基板的下表面設(shè)有第三金屬層，第二介質(zhì)基板與其表面的第二金屬層和第三金屬層貫穿設(shè)置有金屬化通孔，所述金屬化通孔沿第二金屬層的邊緣分布成一個(gè)封閉陣列框，第一金屬層與第二金屬層均設(shè)有大小相同的圓形縫隙，兩個(gè)圓形縫隙位置相對(duì)，所述圓形縫隙位于金屬化通孔封閉陣列框中，第三金屬層設(shè)有平面螺旋縫隙，所述平面螺旋縫隙位于金屬化通孔封閉陣列框中。

第一介質(zhì)基板的上表面設(shè)有微帶線，為天線饋電、提供匹配阻抗，第一金屬層和第二金屬層上的圓形縫隙將能量從第一介質(zhì)基板的微帶線耦合到第二介質(zhì)基板，第三金屬層上的平面螺旋縫隙起對(duì)外輻射電磁波作用，第二介質(zhì)基板與其表面的第二金屬層和第三金屬層的四周設(shè)置金屬化通孔，構(gòu)成基片集成波導(dǎo)腔體，增強(qiáng)天線增益。采用這樣的天線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了天線的高增益、雙頻全向輻射性能。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述圓形縫隙的半徑大于等于第一金屬層寬度的1/6。圓形縫隙過小，耦合到第二介質(zhì)基板的能量太低，甚至不能通過平面螺旋縫隙向外發(fā)射。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)度比第二介質(zhì)基板的長(zhǎng)度長(zhǎng)2-5mm。設(shè)置第一介質(zhì)基板略長(zhǎng)于第二介質(zhì)基板，方便焊接饋電的接頭。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型利用平面螺旋縫隙有效輻射帶可以隨頻率變化而變化這一特性，實(shí)現(xiàn)雙頻帶全向天線，采用基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，有效提高天線增益，本實(shí)用新型能同時(shí)接收1.8GHz、2.4GHz等不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)通信信號(hào)和無線局域網(wǎng)信號(hào)，在垂直于天線基板的平面內(nèi)天線全向性好。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的天線結(jié)構(gòu)爆炸圖。

圖2為本實(shí)用新型的俯視圖。

圖3為本實(shí)用新型的仰視圖。

圖4為本實(shí)用新型的天線反射系數(shù)S11隨頻率變化圖。

圖5為本實(shí)用新型的天線增益隨頻率變化圖。

圖6為本實(shí)用新型的天線垂直面輻射方向圖。

圖7為本實(shí)用新型的天線水平面輻射方向圖。

圖中標(biāo)記：

1.第一介質(zhì)基板，2.第二介質(zhì)基板，3.饋電微帶線，4.第一金屬層，5.第二金屬層，6.第三金屬層，7.金屬化通孔，8.圓形縫隙，9.平面螺旋縫隙。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1～3所示，一種雙頻全向基片集成波導(dǎo)螺旋縫隙天線，包括第一介質(zhì)基板1和第二介質(zhì)基板2，第一介質(zhì)基板1疊置在第二介質(zhì)基板上2；第一介質(zhì)基板1的上表面設(shè)有饋電微帶線3，第一介質(zhì)基板1的下表面設(shè)有第一金屬層4；第二介質(zhì)基板2的上表面設(shè)有第二金屬層5，第二介質(zhì)基板2的下表面設(shè)有第三金屬層6，第二介質(zhì)基板2與其表面的第二金屬層5和第三金屬層6貫穿設(shè)置有金屬化通孔7，第二金屬層5和第三金屬層6通過金屬化通孔7內(nèi)壁的導(dǎo)電金屬層相連，所述金屬化通孔7沿第二金屬層5的邊緣分布成一個(gè)封閉陣列框，第二金屬層5、第二介質(zhì)基板2、第三金屬層6以及金屬化通孔7構(gòu)成基片集成波導(dǎo)；第一金屬層4與第二金屬層5均設(shè)有大小相同的圓形縫隙8，所述圓形縫隙8為圓形通孔，兩個(gè)圓形縫隙位置相對(duì)，所述圓形縫隙8位于金屬化通孔封閉陣列框中，第三金屬層6設(shè)有平面螺旋縫隙9，所述平面螺旋縫隙9位于金屬化通孔封閉陣列框中。所述第一介質(zhì)基板1、第一金屬層4、第二金屬層5、第二介質(zhì)基板2和第三金屬層6均為矩形且大小相同。

第一介質(zhì)基板與第二介質(zhì)基板的寬度都為W1，為天線最低工作頻率時(shí)對(duì)應(yīng)真空中波長(zhǎng)的0.3至0.6倍。為了使第一介質(zhì)基板耦合到第二介質(zhì)基板的能量不太低，設(shè)置圓形縫隙的半徑大于等于第一金屬層寬度的1/6。為了方便焊接饋電的接頭，第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)度L1略長(zhǎng)于第二介質(zhì)基板的長(zhǎng)度約2-5mm。

本實(shí)用新型的各個(gè)尺寸參數(shù)相互影響制約，天線的排布及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)天線的性能影響較大，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)性能要求和安裝條件的限制，需要對(duì)天線的性能參數(shù)，例如方向圖、方向性系數(shù)、效率、輸入阻抗、極化和頻帶等進(jìn)行綜合研究。本實(shí)用新型經(jīng)過對(duì)天線的尺寸、性能、結(jié)構(gòu)排布等方面的權(quán)衡，最終得到了下述較佳的結(jié)構(gòu)實(shí)施方式，由下述具體實(shí)施例的性能參數(shù)可見，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)具有顯著的進(jìn)步效果。

第一介質(zhì)基板采用厚度為2.0mm的寬介電常數(shù)聚四氟乙烯玻璃布，其上下表面均覆設(shè)銅板，第二介質(zhì)基板采用厚度為0.5mm的寬介電常數(shù)聚四氟乙烯玻璃布，其上下表面也覆設(shè)銅板，第一介質(zhì)基板與第二介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)εr都為2.2，損耗角正切tanδ為0.001；第一介質(zhì)基板的長(zhǎng)度L1和寬度W1分別為78mm和78mm，第二介質(zhì)基板的長(zhǎng)度L3和寬度W3分別為73mm和78mm；微帶線的寬度W2和長(zhǎng)度L2分別為3.3mm和43.3mm，微帶線位于第一介質(zhì)基板的中線上；金屬化通孔陣列的每個(gè)通孔的直徑為3mm，相鄰兩個(gè)通孔之間的間距為5.4mm；圓形縫隙的半徑為22mm；平面螺旋縫隙最外緣的半徑R₀為26.67mm；圓形縫隙的圓心與平面螺旋縫隙的中心處于同一軸線上。

如圖4所示，對(duì)比了該雙頻全向基片集成波導(dǎo)螺旋縫隙天線的反射系數(shù)S11隨頻率變化的仿真曲線和測(cè)量曲線，證明當(dāng)對(duì)應(yīng)的S11小于-10dB時(shí)，該雙頻段縫隙天線能同時(shí)工作在1.705～1.865GHz頻段(可以接收或發(fā)射工作頻率處于該頻段的常見移動(dòng)通信信號(hào)，如中國(guó)電信的FDD-LTE信號(hào)、中國(guó)移動(dòng)的GSM1800信號(hào)、中國(guó)聯(lián)通的GSM1800信號(hào)等)和2.321～2.646GHz頻段(頻率處于該頻段的常見通信信號(hào)有Wifi無線局域網(wǎng)信號(hào)、WiMAX無線局域網(wǎng)信號(hào)、中國(guó)電信/移動(dòng)/聯(lián)通的4G信號(hào)等)。

圖5給出了該天線的增益隨頻率變化圖，如圖所示可見采用基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)天線的最大增益在觀察的頻率范圍內(nèi)可以達(dá)到5.5dBi。同時(shí)，將該天線所有金屬化通孔(即基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu))去掉、其它尺寸不變時(shí)得到無基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)的天線增益隨頻率變化曲線，對(duì)比這兩個(gè)曲線，可見采用通過四周有金屬化通孔陣列形成的基片集成波導(dǎo)腔體能增強(qiáng)天線增益(尤其在更高的頻段)，提高了天線的輻射性能。

圖6、7為該雙頻全向基片集成波導(dǎo)螺旋縫隙天線在垂直面(垂直于天線的平面)和水平面輻射方向圖，天線在低頻段諧振點(diǎn)、天線垂直面具有全向輻射特性(諧振點(diǎn)頻率為1.84GHz，對(duì)應(yīng)的增益為4.4dBi)，在高頻段諧振點(diǎn)、天線垂直面同樣具有全向輻射特性(諧振點(diǎn)頻率為2.45GHz，對(duì)應(yīng)增益為5dBi)。