專利名稱：雙波段微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無(wú)線通信的多波段微帶貼片天線，屬于諧振式微帶天線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，人們對(duì)信息和多媒體通信系統(tǒng)需求不斷增加，通信網(wǎng)也不斷膨脹。當(dāng)今，學(xué)術(shù)界和工程界在雙波段和三波段微帶天線領(lǐng)域進(jìn)行了很多探索和努力，主要方向是提高探針饋電單片單層微帶天線的通常不大的工作帶寬。
現(xiàn)在，已經(jīng)有許多方法用于實(shí)現(xiàn)小型雙頻微帶天線。其中包括用短路銷釘或者縫隙為貼片加載，以及使用矩形環(huán)。各種形式的加載都是通過(guò)擾動(dòng)其場(chǎng)分布和改變其貼片上各種模式構(gòu)成的諧振頻率而實(shí)現(xiàn)的。所需要的不同模式間的頻率比可以通過(guò)選取適當(dāng)?shù)募虞d位置或者加載量來(lái)確定，而頻率調(diào)諧可以通過(guò)改變矩形貼片的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)與頻率比無(wú)關(guān)。
以縫隙進(jìn)行加載的形式已經(jīng)被作為一種傳統(tǒng)的技術(shù)手段頻繁地應(yīng)用于減小天線尺寸、實(shí)現(xiàn)雙頻工作和改變極化特性等方面。
由縫隙產(chǎn)生的場(chǎng)擾動(dòng)在實(shí)質(zhì)上是非常復(fù)雜的，無(wú)法用簡(jiǎn)單的微擾作用進(jìn)行描述。事實(shí)上，某些具體情況下縫隙對(duì)輸入阻抗的影響可以作為引入電感來(lái)描述。依據(jù)應(yīng)用目的不同，縫隙可以位于在貼片的邊沿或者中間。在貼片天線中實(shí)現(xiàn)縫隙的最簡(jiǎn)單的方法是利用印制電路板工藝中的蝕刻技術(shù)在貼片上實(shí)現(xiàn)縫隙。
現(xiàn)在天線的多波段技術(shù)存在著許多缺點(diǎn)，其中主要是結(jié)構(gòu)和饋電系統(tǒng)都比較復(fù)雜大多數(shù)現(xiàn)有的多波段天線設(shè)有包括兩層不同介質(zhì)的平板結(jié)構(gòu)，或者具有諸如螺旋狀貼片、金屬空腔、匹配加載等非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因此制造加工的工藝復(fù)雜、精度要求高、成本高、成品率低，也不易與其它設(shè)備集成為一體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于無(wú)線通信的多波段微帶貼片天線。該裝置在實(shí)現(xiàn)天線的多波段工作的同時(shí)，還具有以下特點(diǎn)尺寸小，造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于與其他設(shè)備集成等。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種多波段微帶貼片天線，包括有一塊金屬貼片、一塊與金屬貼片平行的金屬接地板和位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質(zhì)，采用印制電路板工藝；其特征在于該天線的金屬貼片呈矩形，在矩形貼片上有一條以矩形一條中軸線為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱的U型縫隙，U型縫隙的兩條平行邊與作為其對(duì)稱軸的矩形中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直，在金屬貼片與金屬接地板之間垂直安裝有一塊短路矩形金屬片和一個(gè)饋電探針，所述一塊矩形金屬片安裝在金屬貼片一端，以激發(fā)多個(gè)離散的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)多波段工作；饋電探針的安裝位置位于金屬貼片上作為U型縫隙對(duì)稱軸的水平中軸線上。所述的金屬貼片、金屬接地板和二者之間的絕緣填充介質(zhì)采用印制電路板工藝實(shí)現(xiàn)；所述的饋電探針是用具有內(nèi)導(dǎo)體、內(nèi)絕緣層、外導(dǎo)體和外絕緣層的同軸結(jié)構(gòu)的同軸電纜或微波接頭制成。
所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的U型縫隙的兩條平行邊與作為對(duì)稱軸的矩形中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直，U型縫隙以此中軸線作為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱；所述的短路矩形金屬片垂直安裝于金屬貼片的一端，其上邊沿與金屬貼片連接，下邊沿與金屬接地板連接。
所述的短路矩形金屬片的位置為所述的短路矩形金屬片所在平面與矩形金屬貼片上作為U型縫隙對(duì)稱軸的中軸線相垂直。
所述的饋電探針的安裝是將同軸電纜或微波接頭的內(nèi)導(dǎo)體作為探針，從印制電路板上的通孔穿出，該通孔的孔徑應(yīng)略大于該內(nèi)導(dǎo)體直徑，且表面無(wú)覆銅，在內(nèi)導(dǎo)體與接地板孔壁之間填充有絕緣材料，以保持兩者絕緣；該內(nèi)導(dǎo)體探針垂直于印制電路板平面，向上延伸至與貼片平面平齊，該探針伸出位置即為饋電點(diǎn)，在饋電點(diǎn)探針與貼片相連接；同軸電纜或微波接頭的外導(dǎo)體在該金屬接地板下方與該金屬接地板相連接。
所述的金屬貼片呈矩形，其厚度為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的銅箔厚度，其長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸與天線諧振頻率的設(shè)計(jì)參數(shù)為L(zhǎng)=12f0ϵeμ0ϵ0-2ΔL]]>W=12f0μ0ϵ0(ϵr+12)-12]]>
W/h≥1時(shí)ϵe=ϵr+12+ϵr-12(1+12hL)-12]]>W/h≤1時(shí)ϵe=ϵr+12+ϵr-12(1+12hL)-12+0.04(1-W/h)2]]>ΔL=0.412h(ϵe+0.3)(L/h+0.264)(ϵe-0.258)(L/h+0.8)]]>式中f0是天線的諧振頻率或其工作頻帶的中心頻率；ε0是真空介電常數(shù)；μ0是真空磁導(dǎo)率；εr是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ΔL是等效輻射縫隙寬度；εe是有效介電常數(shù)；h是金屬接地板與金屬貼片之間絕緣介質(zhì)的厚度，其數(shù)值為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中絕緣介質(zhì)的厚度。
所述的金屬接地板的厚度為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)銅箔厚度，其長(zhǎng)度和寬度都應(yīng)比所述的金屬貼片至少大10mm。
所述的位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質(zhì)，即印制電路板的介質(zhì)基片推薦使用相對(duì)介電常數(shù)小于5的絕緣介質(zhì)。
本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單、實(shí)用的多波段微帶貼片天線，可同時(shí)提供優(yōu)良的帶寬和輻射效率，該天線可以用于各種需要多波段天線的無(wú)線通信設(shè)備中。其主要特點(diǎn)是采用單層金屬貼片作為天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；而且，幾何尺寸小、重量輕，易于集成在各種器件中；饋電系統(tǒng)也非常簡(jiǎn)單，只有單個(gè)探針饋電。因此本發(fā)明與其他結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天線相比較，制造成本低廉，具有較好的推廣應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例-雙波段微帶貼片天線的俯視圖。
圖2是圖1所示的一實(shí)施例的主視剖視圖。
圖3是圖1所示的一實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖4是圖1所示的一實(shí)施例的天線回波損耗圖。
圖5是圖1所示的一實(shí)施例的天線在f01＝2.4GHz諧振頻率處的天線增益方向圖。
圖6是圖1所示的一實(shí)施例的天線在f02＝5.8GHz諧振頻率處的天線增益方向圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1～圖3，下面結(jié)合圖示的本發(fā)明的一實(shí)施例-雙波段微帶貼片天線-進(jìn)一步說(shuō)明其組成結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是一種多波段微帶貼片天線，包括有一塊金屬貼片1、一塊與金屬貼片1平行的金屬接地板2和位于金屬貼片1和金屬接地板2之間的絕緣填充介質(zhì)6；該天線在金屬貼片1與金屬接地板2之間垂直安裝有一塊短路矩形金屬片4和一個(gè)饋電探針5；金屬貼片上有一條U型縫隙3，以激發(fā)多個(gè)離散的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)雙波段發(fā)射或接收。
在矩形貼片1上有一條以矩形一條中軸線為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱的U型縫隙3，U型縫隙的兩條平行邊與作為對(duì)稱軸的矩形中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直；矩形貼片一端垂直安裝有一塊短路矩形金屬片，其上邊沿與金屬貼片連接，下邊沿與金屬接地板連接；以上結(jié)構(gòu)激發(fā)多個(gè)離散的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)多波段發(fā)射或接收.U型縫隙3以金屬貼片1的垂直中軸線為軸對(duì)稱分布。圖1所示的U型縫隙3在金屬貼片1的x-y二維平面(該坐標(biāo)系是以金屬貼片1的一邊的中點(diǎn)為原點(diǎn)，該邊為x軸，垂直該邊的中線為y軸)上，以y軸為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱，外沿水平寬度為WS＝7.5mm，垂直長(zhǎng)度為WL＝8mm，U型縫隙水平部分的縫寬I＝1mm，U型縫隙垂直部分的縫寬J＝1mm，U型縫隙下端距離貼片下邊沿的距離為dS＝4mm，貼片下邊沿連接有寬度為M＝7mm的垂直于x-y二維平面的矩形金屬片4，矩形金屬片4的橫截面以y軸為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱。
本發(fā)明的金屬貼片1和金屬接地板2的材料是高導(dǎo)電率金屬或者表面鍍有高導(dǎo)電率金屬的材料，該實(shí)施例中是使用金屬銅，饋電探針5是用具有內(nèi)導(dǎo)體51、內(nèi)絕緣層、外導(dǎo)體52和外絕緣層的同軸結(jié)構(gòu)的同軸電纜或微波接頭制成，實(shí)施例中是用特性阻抗50Ω的同軸電纜將其末端一部分外導(dǎo)體和絕緣層剝除之后制成的。本發(fā)明中各種金屬元件之間的電連接都是采用錫焊實(shí)現(xiàn)。
參見(jiàn)圖2和圖3，饋電探針5的安裝是將同軸電纜或微波接頭的內(nèi)導(dǎo)體31作為探針，從金屬接地板2上的圓孔穿出，該圓孔的孔徑應(yīng)略大于該內(nèi)導(dǎo)體51直徑，在內(nèi)導(dǎo)體51與圓孔孔壁之間填充有絕緣材料7，以保持兩者絕緣。該內(nèi)導(dǎo)體探針51垂直于金屬接地板2平面，向上延伸至金屬貼片1的下方與該金屬貼片1相連接，該探針51與該金屬貼片1相連接處即為饋電點(diǎn)。同軸電纜或微波接頭的外導(dǎo)體52在該金屬接地板2的下方與該金屬接地板2相連接。饋電點(diǎn)的安裝位置是根據(jù)設(shè)計(jì)要求決定的，其位置決定天線的工作頻率范圍；若移動(dòng)饋電點(diǎn)的位置，天線工作頻率范圍也將隨之改變。圖1展示了饋電探針5在金屬貼片1的x-y二維平面中的坐標(biāo)位置為(0，4.5)mm。
本發(fā)明的金屬貼片1呈矩形，圖1所示的實(shí)施例中其長(zhǎng)L＝18mm，寬W＝17mm；與金屬接地板2平行；其厚度為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的銅箔厚度，其長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸與天線諧振頻率的設(shè)計(jì)參數(shù)為L(zhǎng)=12f0ϵeμ0ϵ0-2ΔL]]>W=12f0μ0ϵ0(ϵr+12)-12]]>式中f0是天線的諧振頻率或其工作頻帶的中心頻率；ε0是真空介電常數(shù)；μ0是真空磁導(dǎo)率；εr是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ΔL是等效輻射縫隙寬度；εe是有效介電常數(shù)；h是金屬接地板與金屬貼片之間絕緣介質(zhì)的厚度，其數(shù)值為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中絕緣介質(zhì)的厚度。
所述的金屬接地板2的厚度為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)銅箔厚度，其長(zhǎng)度和寬度都應(yīng)分別比金屬貼片1的長(zhǎng)度L和寬度W至少大20mm。其它有關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式是W/h≥1時(shí)ϵe=ϵr+12+ϵr-12(1+12hL)-12]]>
W/h≤1時(shí)ϵe=ϵr+12+ϵr-12(1+12hL)-12+0.04(1-W/h)2]]>ΔL=0.412h(ϵe+0.3)(L/h+0.264)(ϵe-0.258)(L/h+0.8)]]>式中εe是有效介電常數(shù)；εr是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ΔL是等效輻射縫隙寬度；L是金屬貼片的長(zhǎng)度；W是金屬貼片的寬度。圖示的本發(fā)明在金屬貼片1和金屬接地板2之間的填充介質(zhì)6分為兩個(gè)平行部分61和62，61為印制電路板的介質(zhì)基片使用εr＝4.4的印制板基材，62為空氣。
參見(jiàn)圖4～圖6，本發(fā)明通過(guò)對(duì)金屬貼片的尺寸、金屬貼片與金屬接地板的距離、U型縫隙尺寸及位置和饋電點(diǎn)的安裝位置進(jìn)行計(jì)算和合理安排，使得在上述圖1～圖3中展示的實(shí)施例天線具有兩個(gè)離散的諧振頻率f01＝2.4GHz和f02＝5.8GHz。圖4說(shuō)明了在上述兩個(gè)諧振頻率處的回波損耗均小于-10dB，滿足了多波段工作的要求。圖5展示了f01＝2.4GHz諧振頻率處的天線增益圖；圖5展示了f02＝5.8GHz諧振頻率處的天線增益圖；由圖可見(jiàn)，在這三個(gè)諧振頻率上的增益也是比較理想的。
權(quán)利要求
1.一種多波段微帶貼片天線，包括有一塊金屬貼片、一塊與金屬貼片平行的金屬接地板和位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質(zhì)，采用印制電路板工藝；其特征在于該天線的金屬貼片呈矩形，在矩形貼片上有一條以矩形一條中軸線為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱的U型縫隙，U型縫隙的兩條平行邊與作為其對(duì)稱軸的矩形中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直；在金屬貼片與金屬接地板之間垂直安裝有一塊短路矩形金屬片和一個(gè)饋電探針，所述一塊矩形金屬片安裝在金屬貼片一端，所述饋電探針的安裝位置位于金屬貼片上作為U型縫隙對(duì)稱軸的金屬貼片水平中軸線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的金屬貼片、金屬貼片上的U型縫隙、金屬接地板以及位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質(zhì)采用印制電路板工藝實(shí)現(xiàn)，短路矩形金屬片是用金屬銅制成，所述的饋電探針是用具有內(nèi)導(dǎo)體、內(nèi)絕緣層、外導(dǎo)體和外絕緣層的同軸結(jié)構(gòu)的同軸電纜或微波接頭制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的U型縫隙的兩條平行邊與作為對(duì)稱軸的矩形中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直，U型縫隙以此中軸線作為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的短路矩形金屬片垂直安裝于金屬貼片的一端，其上邊沿與金屬貼片連接，下邊沿與金屬接地板連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的短路矩形金屬片所在平面與矩形金屬貼片上作為U型縫隙對(duì)稱軸的中軸線相垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的饋電探針的安裝是將同軸電纜或微波接頭的內(nèi)導(dǎo)體作為探針，從印制電路板上的通孔穿出，該通孔的孔徑應(yīng)略大于該內(nèi)導(dǎo)體直徑，且表面無(wú)覆銅，在內(nèi)導(dǎo)體與接地板孔壁之間填充有絕緣材料，以保持兩者絕緣；該內(nèi)導(dǎo)體探針垂直于印制電路板平面，向上延伸至與貼片平面平齊，該探針伸出位置即為饋電點(diǎn)，在饋電點(diǎn)探針與貼片相連接；同軸電纜或微波接頭的外導(dǎo)體在該金屬接地板下方與該金屬接地板相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的饋電探針的安裝位置位于金屬貼片上作為U型縫隙對(duì)稱軸的金屬貼片水平中軸線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的金屬貼片呈矩形，其厚度為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的銅箔厚度，其長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸與天線諧振頻率的設(shè)計(jì)參數(shù)為L(zhǎng)=12f0ϵeμ0ϵ0-2ΔL]]>W=12f0μ0ϵ0(ϵ1+12)-12]]>W/h≥1時(shí)ϵe=ϵr+10+ϵr-12(1+12hL)-12]]>W/h≤1時(shí)ϵe=ϵr+12+ϵr-12(1+12hL)-12+0.04(1-W/h)2]]>ΔL=0.412h(ϵe+0.3)(L/h+0.264)(ϵe-0.258)(L/h+0.8)]]>式中f0是天線的諧振頻率或其工作頻帶的中心頻率；ε0是真空介電常數(shù)；μ0是真空磁導(dǎo)率；ε1是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ΔL是等效輻射縫隙寬度；εe是有效介電常數(shù)；h是金屬接地板與金屬貼片之間絕緣介質(zhì)的厚度，其數(shù)值為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中絕緣介質(zhì)的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的金屬接地板的厚度為印制電路板工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)銅箔厚度，其長(zhǎng)度和寬度都應(yīng)比所述的金屬貼片至少大10mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種多波段微帶貼片天線，其特征在于所述的位于金屬貼片和金屬接地板之間的絕緣填充介質(zhì)，即印制電路板的介質(zhì)基片推薦使用相對(duì)介電常數(shù)小于5的絕緣介質(zhì)。
全文摘要
一種多波段微帶貼片天線，包括有一塊金屬貼片、一塊與金屬貼片平行的金屬接地板和位于二者之間的絕緣填充介質(zhì)；其特征在于該天線的金屬貼片呈矩形，在矩形貼片上有一條以矩形一條中軸線為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱的U型縫隙，U型縫隙的兩條平行邊與作為其對(duì)稱軸的矩形中軸線保持平行，另一條邊與此中軸線垂直，在金屬貼片與金屬接地板之間垂直安裝有一塊短路矩形金屬片和一個(gè)饋電探針，矩形金屬片安裝在金屬貼片一端，以激發(fā)多個(gè)離散的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)多波段工作；饋電探針的安裝位置位于金屬貼片上作為U型縫隙對(duì)稱軸的水平中軸線上。金屬貼片、金屬接地板和二者之間的絕緣填充介質(zhì)采用印制電路板工藝實(shí)現(xiàn)，饋電探針用同軸電纜或微波接頭制成。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK1601808SQ20041008637
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者何玨, 劉元安 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)