一種小型化定向縫隙天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小型化定向縫隙天線。
技術(shù)背景
[0002]近年來，無線通信設(shè)備朝著多功能、小型化的方向迅速發(fā)展，許多無線終端，包括移動(dòng)設(shè)備以及固定設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)都希望天線具有一定的定向性，一方面可以更好地接受信號(hào)，另一方面可以避免不同通信系統(tǒng)的干擾。同時(shí)，在某些具體的應(yīng)用中，對(duì)天線還有諸多要求。對(duì)于目前的無線終端，要求天線結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、頻帶寬、前后比高等。
[0003]縫隙天線，較為常見的是微帶縫隙天線，因具有共面結(jié)構(gòu)體積小重量輕以及易于與其他元器件集成的良好性質(zhì)，微帶縫隙天線常常被用于移動(dòng)終端上。而在現(xiàn)有的定向縫隙天線結(jié)構(gòu)中，雖然都具有較高前后比，但是這些結(jié)構(gòu)不是天線尺寸較大，就是帶寬較窄，難以滿足目前對(duì)定向縫隙天線的要求。因此設(shè)計(jì)一種寬頻段、小型化、高前后比的定向縫隙天線是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。
[0004]2011 年，Chien-Jen Wang等人在"Microwave and optical technology letters"上發(fā)表題為"Enhancement of pattern directivity for the open slot antenna byutilizing array topology〃文章，文章采用了兩個(gè)縫隙陣元，陣元相差半個(gè)波長距離，通過180度相差等幅饋電。同時(shí)為了增加前后比，縫隙前加了八條金屬帶。雖然該結(jié)構(gòu)可以獲得很高的前后比，但一方面它設(shè)計(jì)復(fù)雜，占用較大尺寸，不利于天線小型化；另一方面它基本工作在點(diǎn)頻，頻帶窄。因此該天線實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限。
[0005]同年，Te-Ling Sun 等人在 〃IEEE Transact1n on Antennas and propagat1n"上發(fā)表題為"Design of a microstrip monopole slot antenna with unidirect1nalradiat1n characteristics〃文章。一方面，文章采用了階躍阻抗縫隙作為福射單元，這有效地增加了天線的工作帶寬；另一方面，該文章采用兩條縫隙放置在輻射單元背后，主要目的是切斷其后向電流，前后比有了一定的提升。但缺點(diǎn)也是明顯的，該結(jié)構(gòu)仍面臨著較大尺寸等問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域的天線，尤其是一種平面印刷定向縫隙天線。該天線結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、易于加工制作，適用用于小型無線終端中。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種小型化定向縫隙天線，包括板狀介質(zhì)基板和接地板，其特征在于，包括:金屬箔饋電結(jié)構(gòu)和縫隙結(jié)構(gòu)，其中，
[0009]所述金屬箔饋電結(jié)構(gòu)位于板狀介質(zhì)基板的上表面，其包括三個(gè)饋電子結(jié)構(gòu)，第一饋電子結(jié)構(gòu)連接第二饋電子結(jié)構(gòu)，第一饋電子結(jié)構(gòu)與第二饋電子結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)將第二饋電子結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分的長度相差四分之一波導(dǎo)波長；第三饋電結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的饋電金屬片，所述兩個(gè)饋電金屬片分別與第二饋電子結(jié)構(gòu)的兩端相連接；
[0010]所述縫隙結(jié)構(gòu)位于接地板上，包括第一縫隙輻射單元、第二縫隙輻射單元，以及位于第一縫隙輻射單元與第二縫隙輻射單元之間的隔離縫隙。
[0011]具體的，所述第一縫隙輻射單元與第二縫隙輻射單元結(jié)構(gòu)相同且都為開路縫隙，長度為四分之一波導(dǎo)波長，二者的中心距離相隔四分之一空間波長。
[0012]具體的，所述第一饋電子結(jié)構(gòu)連接第二饋電子結(jié)構(gòu)處做了削尖處理。
[0013]具體的，所述第三饋電結(jié)構(gòu)的兩個(gè)饋電金屬片的長度為四分之一波導(dǎo)波長，分別位于所述第一縫隙輻射單元和第二縫隙輻射單元的上方。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0015]1.本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線在沒有引入任何反射器以及引向器的情況下實(shí)現(xiàn)了很好的定向性。
[0016]2.本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線沒有引入任何反射器以及引向器，天線結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小。
[0017]3.本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線設(shè)計(jì)簡單，體積小，成本低，平面結(jié)構(gòu)易于集成，可以應(yīng)用于多種無線通信終端上。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線的二維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1所述縫隙天線的豎截面剖視圖；
[0020]圖3為實(shí)施例中小型化定向縫隙天線的散射參數(shù)仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0022]本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線的三維結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括板狀電介質(zhì)基板10、基板10上表面金屬箔形成的饋電結(jié)構(gòu)11、基板10下表面金屬箔形成的接地板12以及在接地板12中挖槽而形成的縫隙結(jié)構(gòu)13。
[0023]本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線的二維結(jié)構(gòu)如圖2所示，饋電結(jié)構(gòu)11包括了第一饋電子結(jié)構(gòu)110，饋電子結(jié)構(gòu)110端口處為50歐姆的阻抗匹配。第二饋電子結(jié)構(gòu)111，包括112與114兩個(gè)部分，其中112與114的長度相差四分之一波導(dǎo)波長。第三饋電子結(jié)構(gòu)113、115，其中饋電子結(jié)構(gòu)113和115相同，饋電子結(jié)構(gòu)113和115為四分之一波導(dǎo)波長。為了達(dá)到更好的阻抗匹配，第一饋電子結(jié)構(gòu)110連接第二饋電子結(jié)構(gòu)111處做了削尖處理。饋電子結(jié)構(gòu)110的位置偏離饋電子結(jié)構(gòu)111的中心八分之一波導(dǎo)波長從而致使112與114的長度相差四分之一波導(dǎo)波長。縫隙結(jié)構(gòu)13包括了縫隙輻射單元131和132以及隔離縫隙133 (不參與輻射，起隔離作用)?？p隙輻射單元131與132相同，長度為四分之一波導(dǎo)波長，其中心距離相隔為四分之一空間波長。整個(gè)天線的工作方式是電磁信號(hào)從饋電單元110端口處輸入，耦合到兩個(gè)縫隙形成的天線單元輻射出去，接收信號(hào)的方式則相反。
[0024]本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線整體制作在雙面覆銅的介質(zhì)基板上，如圖1所示。本實(shí)用新型的核心內(nèi)容在于通過給相距四分之一空間波長的兩縫隙天線90°相差饋電，天線取得很好的定向性。
[0025]本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線以印刷電路板的方式制作在介電常數(shù)為4.2，厚度為1.5mm的聚四氟乙烯雙面覆銅微帶板上，使用機(jī)械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術(shù)均可容易地制作。本實(shí)用新型所述的一種小型化定向縫隙天線15dB反射損耗范圍為5.0GHz到6.1GHz，整體尺寸為38_X29mm。
[0026]如圖3所示，本實(shí)用新型的縫隙天線15dB反射損耗范圍為5.0GHz到6.1GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到了 20%，覆蓋了 WLAN (5.15-5.825GHz), WiMAX (5.250-5.850GHz)等頻段。中心頻率5.5GHz處前后比達(dá)到了 15dB。整個(gè)天線大小為38mmX 29mm，SP 1.25 λ gX0.95 λ g，λ g為中心頻率5.5GHz處的波導(dǎo)波長。
[0027]圖3顯示了本實(shí)施例中小型化定向縫隙天線的散射參數(shù)仿真結(jié)果，橫軸表示本實(shí)施例中小型化定向縫隙天線的信號(hào)頻率，縱軸表示回波損耗(Sll)的幅度。在本實(shí)施例的小型化定向縫隙天線的信號(hào)發(fā)射過程中，信號(hào)的部分功率被反射回信號(hào)源，被反射的功率成為反射功率。Sll表示通過本實(shí)施例中小型化定向縫隙天線的信號(hào)的輸入功率與信號(hào)的反射功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)如下:反射功率/入射功率=20*log|Sll|。
[0028]該小型化定向縫隙天線15dB回波損耗范圍為5.0GHz到6.1GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到了20%，覆蓋了 WLAN(5.15-5.825GHz), WiMAX(5.250-5.850GHz)等頻段。中心頻率 5.5GHz 處前后比達(dá)到了 15dB。整個(gè)天線大小為38mmX29mm，即1.25 AgX0.95 Ag，Ag為中心頻率5.5GHz處的波導(dǎo)波長。
[0029]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型化定向縫隙天線，包括板狀介質(zhì)基板和接地板，其特征在于，還包括:金屬箔饋電結(jié)構(gòu)和縫隙結(jié)構(gòu)，其中， 所述金屬箔饋電結(jié)構(gòu)位于板狀介質(zhì)基板的上表面，其包括第一饋電子結(jié)構(gòu)、第二饋電子結(jié)構(gòu)和第三饋電子結(jié)構(gòu)，所述第一饋電子結(jié)構(gòu)連接所述第二饋電子結(jié)構(gòu)，所述第一饋電子結(jié)構(gòu)與所述第二饋電子結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)將第二饋電子結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分的長度相差四分之一波導(dǎo)波長；所述第三饋電結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的饋電金屬片，所述兩個(gè)饋電金屬片分別與所述第二饋電子結(jié)構(gòu)的兩端相連接； 所述縫隙結(jié)構(gòu)位于接地板上，包括第一縫隙輻射單元、第二縫隙輻射單元，以及位于第一縫隙輻射單元與第二縫隙輻射單元之間的隔離縫隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化定向縫隙天線，其特征在于:所述第一縫隙輻射單元與第二縫隙輻射單元結(jié)構(gòu)相同且都為開路縫隙，長度為四分之一波導(dǎo)波長，二者的中心距離相隔四分之一空間波長。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化定向縫隙天線，其特征在于:所述第一饋電子結(jié)構(gòu)連接第二饋電子結(jié)構(gòu)處做了削尖處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化定向縫隙天線，其特征在于:所述第三饋電結(jié)構(gòu)的兩個(gè)饋電金屬片的長度為四分之一波導(dǎo)波長，分別位于所述第一縫隙輻射單元和第二縫隙輻射單元的上方。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種小型化定向縫隙天線，包括金屬箔饋電結(jié)構(gòu)和縫隙結(jié)構(gòu)，其中金屬箔饋電結(jié)構(gòu)位于板狀介質(zhì)基板的上表面，其包括第一饋電子結(jié)構(gòu)、第二饋電子結(jié)構(gòu)和第三饋電子結(jié)構(gòu)；第一饋電子結(jié)構(gòu)連接所述第二饋電子結(jié)構(gòu)，第一饋電子結(jié)構(gòu)與所述第二饋電子結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)將第二饋電子結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分的長度相差四分之一波導(dǎo)波長；第三饋電結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的饋電金屬片，兩個(gè)饋電金屬片分別與第二饋電子結(jié)構(gòu)的兩端相連接；縫隙結(jié)構(gòu)位于接地板上，包括第一縫隙輻射單元、第二縫隙輻射單元和隔離縫隙。本實(shí)用新型的小型化定向縫隙天線結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、成本低、易于集成，適合應(yīng)用于目前的小型無線終端中。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q13/08
【公開號(hào)】CN204741076
【申請?zhí)枴緾N201520417285
【發(fā)明人】陳付昌, 胡豪濤, 褚慶昕, 涂治紅
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月16日