一种宽波束条带型介质贴片天线

1.本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种宽波束条带型介质贴片天线。


背景技术：

2.宽波束天线是一种能够在广阔范围内接收和发送信号的天线，其主要特点在于天线增益在一个较大的波束范围内趋于一致，即天线在低仰角甚至负仰角处也需要保持较高的增益水平。具备了这样的特性，天线即可在较大的角度范围内实现信号的有效收发。另外一方面，介质天线由于介质材料不存在导体损耗，具有低损耗、高效率、高设计自由度等优点，因此将宽波束天线与介质天线相融合实现的宽波束介质天线具有一定的研究价值。
3.现有的宽波束介质天线一部分是通过两个互补模式的组合或者融合一些高次模式来拓宽波束宽度；另一部分是通过设计特别的金属大地来拓宽波束宽度；此外，还报道了一些混合设计，通过引入其他附加结构的辐射模式以实现宽波束特性。然而，目前报道的宽波束介质天线大多数存在剖面高、平面尺寸较大、结构复杂的问题。


技术实现要素：

4.本发明针对上述现有技术所存在的问题，提出了一种宽波束条带型介质贴片天线。
5.本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：
6.一种宽波束条带型介质贴片天线，包括有自上而下依次叠置的顶层高介电常数条带型介质贴片、上层低介电常数基片层、中间金属层结构及下层低介电常数基片层，所述顶层高介电常数条带型介质贴片的两侧壁分别设置一对相对称的第一金属贴片与第二金属贴片；所述顶层高介电常数条带型介质贴片的两边分别设置若干个相对称的金属化通孔；所述金属化通孔贯穿上层低介电常数基片层向下延伸至中间金属层结构；所述中间金属层结构的中间刻蚀有耦合槽；所述下层低介电常数基片层的下表面设置底层馈线结构；激励信号由底层馈线结构馈入，经过中间金属层结构上的耦合槽耦合到顶层高介电常数条带型介质贴片，最后向空间进行辐射。
7.进一步的作为本发明的优选技术方案，所述若干个相对称的金属化通孔的个数为六个。
8.进一步的作为本发明的优选技术方案，所述顶层高介电常数条带型介质贴片采用相对介电常数为89.5，损耗角为0.0006的介质贴片。
9.本发明所述的一种宽波束条带型介质贴片天线，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
10.(1)本发明通过在顶层高介电常数介质条带的两边加载金属化接地结构，以及在顶层高介电常数介质条带的侧壁加载一对等高的金属贴片，在低剖面和小尺寸的基础上实现了条带型介质贴片天线的宽波束特性。
11.(2)本发明通过在顶层高介电常数介质条带的两边引入金属化通孔，金属化通孔
能够产生端向的辐射方向图，与条带型介质贴片的tm
1δ
所产生的边向辐射的方向图相互叠加，从而拓展e面的波束宽度。
12.(3)本发明通过在顶层高介电常数介质条带的侧壁加载一对与顶层高介电常数介质条带等高的金属贴片，减小两个面的等效磁流从而达到拓展h面波束宽度。
附图说明
13.图1是本发明实施例的结构示意图一；
14.图2是本发明实施例的结构示意图二；
15.图3是本发明实施例的结构示意图三；
16.图4是本发明实施例的s参数和增益曲线图；
17.图5是本发明实施例的总效率图；
18.图6是本发明实施例在4.63ghz处的e面和h面仿真方向图；
19.附图中，1、顶层高介电常数条带型介质贴片；2、上层低介电常数基片层；3、中间金属层结构；4、下层低介电常数基片层；5、底层馈线结构；11、第一金属贴片；12、第二金属贴片；21、金属化通孔；31、耦合槽。
具体实施方式
20.下面结合附图详细的描述本发明的作进一步的解释说明，以使本领域的技术人员可以更深入地理解本发明并能够实施，但下面通过参考实例仅用于解释本发明，不作为本发明的限定。
21.如图1至图3所示，一种宽波束条带型介质贴片天线，包括有自上而下依次叠置的顶层高介电常数条带型介质贴片1、上层低介电常数基片层2、中间金属层结构3及下层低介电常数基片层4，顶层高介电常数条带型介质贴片1的两侧壁分别设置一对相对称的第一金属贴片11与第二金属贴片12；顶层高介电常数条带型介质贴片1的两边分别设置六个相对称的金属化通孔21；金属化通孔21贯穿上层低介电常数基片层2向下延伸至中间金属层结构3；中间金属层结构3的中间刻蚀有耦合槽31；下层低介电常数基片层4的下表面设置底层馈线结构5；激励信号由底层馈线结构5馈入，经过中间金属层结构3上的耦合槽31耦合到顶层高介电常数条带型介质贴片1，最后向空间进行辐射。
22.本发明通过在顶层高介电常数条带型介质贴片1的两边加载金属化通孔21，以及在顶层高介电常数介质条带1侧壁加载一对等高的第一金属贴片11与第二金属贴片12，在低剖面和小尺寸的基础上实现了条带型介质贴片天线的宽波束特性。
23.本发明通过在顶层高介电常数条带型介质贴片1的两边缘处引入金属化通孔21，由于金属化通孔21能够产生端向的辐射方向图，与条带型介质贴片的tm
1δ
模式所产生的边向辐射的方向图相互叠加，从而拓展e面的波束宽度。通过在顶层高介电常数条带型介质贴片1的侧壁加载一对与顶层高介电常数条带型介质贴片1等高的第一金属贴片11与第二金属贴片12，可以减小两个面的等效磁流，进而拓展h面的波束宽度。
24.具体实施时，图1至图3为天线结构示意图，辐射体尺寸为0.231
×
0.077
×
0.015λ30。本发明天线的匹配及增益响应的仿真结果如图4所示。本发明的工作频带覆盖4.60ghz～4.66ghz，相对带宽为1.3％，工作频带内的最大增益为4.6dbi。图5是本发明天线的总效
率图，设计天线的总效率最大为83％。图6为天线在4.63ghz处的e面和h面仿真方向图。从图图6中可以看出，在4.63ghz处，e面的3-db波束宽度为115.5
°
，e面的3-db波束宽度范围内交叉极化水平小于-126db。从图6中可以看出，在4.63ghz处，h面的3-db波束宽度为100.4
°
，h面的3-db波束宽度范围内交叉极化水平小于-22.2db。本发明采用高介电常数介质贴片的相对介电常数为89.5，损耗角为0.0006。
25.以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。


技术特征：
1.一种宽波束条带型介质贴片天线，包括有自上而下依次叠置的顶层高介电常数条带型介质贴片(1)、上层低介电常数基片层(2)、中间金属层结构(3)及下层低介电常数基片层(4)，其特征在于，所述顶层高介电常数条带型介质贴片(1)的两侧壁分别设置一对相对称的第一金属贴片(11)与第二金属贴片(12)；所述顶层高介电常数条带型介质贴片(1)的两边分别设置若干个相对称的金属化通孔(21)；所述金属化通孔(21)贯穿上层低介电常数基片层(2)向下延伸至中间金属层结构(3)；所述中间金属层结构(3)的中间刻蚀有耦合槽(31)；所述下层低介电常数基片层(4)的下表面设置底层馈线结构(5)；激励信号由底层馈线结构(5)馈入，经过中间金属层结构(3)上的耦合槽(31)耦合到顶层高介电常数条带型介质贴片(1)，最后向空间进行辐射。2.根据权利要求1所述的一种宽波束条带型介质贴片天线，其特征在于，所述若干个相对称的金属化通孔(21)的个数为六个。3.根据权利要求1所述的一种宽波束条带型介质贴片天线，其特征在于，所述顶层高介电常数条带型介质贴片(1)采用相对介电常数为89.5，损耗角为0.0006的介质贴片。

技术总结
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种宽波束条带型介质贴片天线。本发明包括有自上而下依次叠置的顶层高介电常数条带型介质贴片、上层低介电常数基片层、中间金属层结构及下层低介电常数基片层，顶层高介电常数条带型介质贴片的两侧壁分别设置一对相对称的第一金属贴片与第二金属贴片；顶层高介电常数条带型介质贴片的两边分别设置若干个相对称的金属化通孔；金属化通孔贯穿上层低介电常数基片层向下延伸至中间金属层结构；中间金属层结构的中间刻蚀有耦合槽；下层低介电常数基片层的下表面设置底层馈线结构；激励信号由底层馈线结构馈入，经过中间金属层结构上的耦合槽耦合到顶层高介电常数条带型介质贴片，最后向空间进行辐射。间进行辐射。间进行辐射。


技术研发人员：徐凯 金力新 施金 唐慧 蔡蓉 陈燕云 张凌燕
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/25