[发明专利]一种多模贴片宽带天线及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多模贴片宽带天线及其设计方法，属于微波技术领域。

背景技术

微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。虽然早在1953年就提出了微带天线的概念，在二十世纪50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代以后。

常用的一类微带天线是在一个薄介质基上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线。微带天线的宽带技术是无线通信领域的一个重要发展方向，已经成为了国内外通信界近年来的热点问题和研究方向之一。

常规的宽带微带天线设计方法主要包括：（1）采用介质损耗大的介质基板；（2）采用多层介质基片，这种展宽频带的方法匹配调节精度不高其结构复杂；（3）采用电抗补偿技术和阻抗匹配网络。以上三种方法，仅使用了贴片腔体中的一个谐振模式进行辐射。如果能同时激发单个贴片腔体中的多个谐振模式进行辐射，则可望以简单的天线结构，获得宽带工作特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术存在的问题，提供一种多模贴片宽带天线及其设计方法，由扇形贴片单元、反射板、馈电端口、一对传输线枝节构成组合天线，利用传输枝节扰动扇形贴片单元的多个谐振辐射模式，以实现宽带工作特性。该多模贴片天线具有结构简单，成本低廉，工艺易实现等特点，因此该方法可广泛应用到多个领域中。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种多模贴片宽带天线的设计方法，首先，在反射板的上方设置一个扇形贴片单元；然后，通过馈电端口激励扇形贴片单元；最后，在扇形贴片单元上引入一对传输线枝节，以扰动扇形贴片单元中的高阶谐振辐射模式，使之与低阶辐射模式聚合而实现宽带工作特性。

作为本发明的进一步技术方案，在所述扇形贴片单元的内部或者边缘引入一对终端开路或短路的传输线枝节。

作为本发明的进一步技术方案，一对传输线枝节的总长度为高阶谐振模式对应工作波长的1/10-1/2，传输线枝节的宽度为高阶谐振模式对应工作波长的1/8-1/20。

作为本发明的进一步技术方案，所述扇形贴片单元的激励方式为同轴线馈电或槽孔耦合馈电或微带线直接耦合馈电。

作为本发明的进一步技术方案，所述扇形贴片单元的圆心角角度范围是30度-350度。

作为本发明的进一步技术方案，所述扇形贴片单元与反射板之间加载有负载。

作为本发明的进一步技术方案，所述扇形贴片单元带有寄生单元。

另一方面，本发明还提供一种多模贴片宽带天线，由上述任一所述的方法制得。

作为本发明的进一步技术方案，该天线采用普通钣金工艺或印刷电路板工艺或三维打印工艺或半导体集成电路工艺或普通陶瓷工艺或低温共烧陶瓷工艺制作而成。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明通过在扇形贴片单元的内部或边缘引入一对终端开路或短路的传输线枝节来扰动扇形贴片单元的高阶谐振辐射模式，使之与低阶辐射模式共同工作，从而实现宽带工作特性。本发明的天线利用贴片天线的多个模式来实现宽频带工作特性，具有结构简单，成本低廉，工艺易实现等特点，因此该设计方法可广泛应用到多个领域中。

附图说明

图1是本发明天线的正面结构与参考坐标示意图。

图2是本发明天线的三维立体结构与参考坐标示意图。

其中，1是扇形贴片单元，2是反射板，3是馈电端口，41和42是一对终端开路的传输线枝节，5是扇形贴片单元的圆心角。

图3是利用IE3D软件计算的天线反射系数特性。

图4是利用IE3D软件计算的天线方向图，其中，（a）是zox平面，（b）是zoy 平面。

图5是利用IE3D软件计算的天线增益图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。