[发明专利]一种抑制表面波的宽频带微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线宽频带技术，尤其涉及一种抑制表面波的宽频带微带天线。

背景技术

采用口径耦合馈电的微带天线相对于传统微带天线，具有一些独特的优点，如便于制作、易实现阻抗匹配、有源电路易与接地板下方的馈电网络集成，同时接地板的隔离使有源电路的寄生辐射对天线方向图影响较小等，非常适合作为天线阵的单元。

为了增加口径耦合微带天线的带宽，适用而方便的方法是相应增加介质厚度，而增加介质厚度又引起了较大的表面波损耗，使得天线的辐射效率减低，从而引起天线的电压驻波比升高，增益也降低，实际等效于天线的带宽减小。因此，抑制表面波的传输对展宽天线带宽非常重要。由于表面波损耗属于结构性寄生模式损耗，需要通过结构设计来抑制。抑制表面波现在流行的方法是采用光子带隙材料。这种材料是在地板上或介质中周期性地打孔，或者在辐射贴片的周围围上一圈金属销钉，以形成对表面波传播模式的频率阻带，从而抑制表面波。但是，周期性打一系列孔或加一系列销钉，使得天线加工变得复杂，天线批量生产受到限制。

发明内容

本发明提出了一种抑制表面波的宽频带微带天线，属于口径耦合微带天线，包括贴片印制板（1）、馈电印制板（2）、金属基板（3）三块外形尺寸相同的层叠板材。贴片印制板的下表面敷有辐射贴片（4），馈电印制板（2）的下表面敷有微带线（5），馈电印制板（2）的上表面敷有金属接地层，金属接地层上腐蚀有耦合缝隙（6）和“井”字形缝隙（7）。“井”字形缝隙（7）是由纵向、横向上的各两条平行缝隙交叉组成的，耦合缝隙（6）位于金属接地层的中心并被“井”字形缝隙（7）包围。 

本发明的有益技术效果是：能够有效抑制表面波损耗，使天线的工作带宽加宽，提高了带内的电压驻波比、增益和方向图等天线性能的一致性。

附图说明

图1、本发明的结构示意图。

图2、有、无“井”字形缝隙时的天线电压驻波比。

图3、有、无“井”字形缝隙时的天线增益。

图4、有、无“井”字形缝隙时的天线E面方向图。

图5、有、无“井”字形缝隙时的天线H面方向图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括贴片印制板（1）、馈电印制板（2）、金属基板（3）三块外形尺寸相同的层叠板材。贴片印制板的下表面敷有辐射贴片（4），馈电印制板（2）的下表面敷有微带线（5），馈电印制板（2）的上表面敷有金属接地层，金属接地层上腐蚀有耦合缝隙（6）和 “井”字形缝隙（7）。“井”字形缝隙（7）是由纵向、横向上的各两条平行缝隙交叉组成，耦合缝隙（6）位于金属接地层的中心并被“井”字形缝隙（7）包围。微带线（7）通过电磁耦合对耦合缝隙（6）进行激励，耦合缝隙（6）的辐射波再激励辐射贴片（4），从而实现天线的馈电。

本发明的耦合缝隙（6）可以是矩形、纺锤形、H形、U形等形状的缝隙；“井”字形缝隙（7）不局限于“井”字形，也可以是由纵向、横向两对平行缝隙交叉组成的“口”字形，也可以是纵向或横向的一对平行缝隙。

一个具体实施例:贴片印制板、馈电印制板、金属基板的长和宽均为1λ，厚度1mm；贴片印制板的介电常数为4.2，馈电印制板的介电常数为2.75，贴片印制板与馈电印制板的间距为0.08λ，馈电印制板与金属基板的间距为0.053λ。辐射贴片的长为0.35λ，宽为0.5λ。耦合缝隙为矩形缝，长为0.35λ，宽为0.016λ。“井”字形缝隙的四条缝隙的长为1λ，宽为0.021λ，每个方向的两缝隙间距均为0.6λ。微带线宽为2.7mm。工作频带为0.8～1.2，为中心频率。

研究发现，无“井”字形缝隙时，由于表面波的影响，工作频带内的电压驻波比、增益、方向图的一致性很不好。某些频段的电压驻波比会恶化，某些频点的方向图会发生畸变、波束宽度变窄、副瓣升高、增益急剧下降。

如图2所示，横坐标表示工作频率，纵坐标表示电压驻波比，虚线曲线表示无“井”字形缝隙时的天线电压驻波比，实线曲线表示有“井”字形缝隙时的天线电压驻波比。对比两条曲线可以看出，“井”字形缝隙有效地抑制了表面波，改善了电压驻波比。

如图3所示，横坐标表示工作频率，纵坐标表示增益，虚线曲线表示无“井”字形缝隙时的天线增益，实线曲线表示有“井”字形缝隙时的天线增益。对比两条曲线可以看出，“井”字形缝隙有效地抑制了表面波，改善了工作频带内的增益平坦度。

如图4、图5所示，横坐标表示方位角，纵坐标表示增益，虚线曲线表示无“井”字形缝隙时的天线方向图，实线曲线表示有“井”字形缝隙时的天线方向图。可以看出，“井”字形缝隙有效地改善了天线方向图。