一種單片雙頻寬帶貼片天線的制作方法

本實用新型涉及射頻天線技術領域，特別是涉及一種單片雙頻寬帶貼片天線。

背景技術：

微帶天線，作為一種廣泛應用的天線形式，相比其他形式的天線更易實現小型化。傳統的微帶天線要實現雙頻段工作的基本方式可分為兩類：單片法與多片法。單片法是用一個貼片的不同模式同時工作或利用加載切角微擾來形成兩個不同的諧振頻率。多片法利用諧振頻率不同的多個貼片來工作，對一層饋電，另一層貼片通過開槽耦合饋電，從而形成兩個不同的諧振峰。

對于單片法而言，由于沒有采用電容耦合饋電，因此帶寬較小，增益較低，并且由于引入切角導致天線的不對稱，導致圓極化性能較差。對于雙片法而言，雖然帶寬比單片法有所提高，但是由于結構上為多層，不同層之間的耦合較弱，因此帶寬還是較窄；另外，由于在一層開槽，導致上層會對下層的輻射有一定影響，也會使得輻射的增益降低，并且為多層結構不利于天線的小型化。

綜上所述，若想采用單片法實現雙頻圓極化天線，如何提高天線的帶寬并避免開槽帶來的增益降低和貼片切角引起的軸比性能差等問題，是亟待解決的關鍵技術問題；而采用多片法則存在天線體積大、成本高的缺點。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種單片雙頻寬帶貼片天線，用于提高天線的帶寬并避免開槽帶來的增益降低貼片切角引起的軸比性能差等問題，使精確導航定位天線小型化。

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種單片雙頻寬帶貼片天線，包括設置在底層的接地板，放置于所述接地板上的電介質板，放置于所述電介質板上，用于產生第一頻段的十字形微帶貼片和環繞于所述十字形微帶貼片外周，用于產生第二頻段環形微帶貼片；

所述十字形微帶貼片與所述接地板之間設置有電容，所述十字形微帶貼片上設置有饋電過孔，所述饋電過孔內設置有饋電探針，所述電介質板設置有用于所述電容和所述饋電探針穿過的通孔，所述電容與所述十字形微帶貼片之間留有預定間距；

所述環形微帶貼片與所述電介質板之間設置有金屬圓片，所述電介質板設置有凹槽，用于容納所述金屬圓片，所述金屬圓片與所述饋電探針之間通過水平帶狀金屬線相連接。

優選地，所述電容的數量為4個，則相應地所述金屬圓片的數量為4個，所述電容分別設置在所述十字形微帶貼片的4個分支的末端的正下方且相對于所述十字形微帶貼片的中心對稱分布。

優選地，所述接地板為方形，中心處設置有短路探針，所述短路探針穿透所述電介質板和所述十字形微帶貼片的中心。

優選地，所述饋電探針以所述短路探針為中心，順時針對稱分布，且輸入功率相同，輸入相位分別為0°，90°，180°和和270°；

其中，所述饋電過孔的直徑大于對應的饋電探針的直徑。

優選地，所述電容與所述饋電過孔所在的連線與所述水平帶狀金屬線在水平方向上的夾角為45°。

優選地，所述接地板上設置有4個槽，4個所述槽對稱分布于所述接地板的中心周圍。

本實用新型所提供的單片雙頻寬帶貼片天線，十字形微帶貼片與環形微帶貼片為兩個獨立的貼片，同時設置在一塊電介質板上，二者通過水平帶狀金屬線連接，十字形微帶貼片單獨工作可以產生第一頻段，環形微帶貼片獨立工作時產生第二頻段，在接地板與十字形微帶貼片之間增加電容，可以降低天線的工作頻率，同時十字形微帶貼片與環形微帶貼片在同一平面內，也能實現小型化設計。由此可見，本實用新型提供的天線只需要單層貼片，處于同一層面的十字形微帶貼片與環形微帶貼片能夠獨立產生各自頻段的輻射，而且兩個輻射頻段都具有較大的帶寬和增益，可以覆蓋在運行四大衛星導航系統的L1和L2頻段，有利于精確導航定位終端的小型化發展。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種單片雙頻寬帶貼片天線的俯視圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種單片雙頻寬帶貼片天線的側視圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種十字形貼片的俯視圖；

圖4為本實用新型實施例提供的一種接地板的俯視圖；

圖5為本實用新型實施例提供的一種天線的回波損耗圖；

圖6為本實用新型實施例提供的一種天線在1.174GHz-1.284GHz頻段范圍內xz和xy截面上的增益方向圖；

圖7為本實用新型實施例提供的一種天線在最大增益方向時的軸比；

圖8為本實用新型實施例提供的一種天線在1.550GHz-1.634GHz頻段范圍內xz和xy截面上的增益方向圖；

圖9為本實用新型實施例提供的另一種天線在最大增益方向時的軸比。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下，所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護范圍。

本實用新型的核心是提供一種單片雙頻寬帶貼片天線，用于避免開槽帶來的增益降低的問題。

為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1為本實用新型實施例提供的一種單片雙頻寬帶貼片天線的俯視圖。圖2為本實用新型實施例提供的一種單片雙頻寬帶貼片天線的側視圖。圖3為本實用新型實施例提供的一種十字形貼片的俯視圖。圖4為本實用新型實施例提供的一種接地板的俯視圖。

單片雙頻寬帶貼片天線包括設置在底層的接地板8，放置于接地板8上的電介質板3，放置于電介質板3上，用于產生第一頻段的十字形微帶貼片1和環繞于十字形微帶貼片1外周，用于產生第二頻段環形微帶貼片2；

十字形微帶貼片1與接地板8之間設置有電容5，十字形微帶貼片1上設置有饋電過孔7，饋電過孔內設置有饋電探針6，電介質板3設置有用于電容5和饋電探針6穿過的通孔，電容5與十字形微帶貼片1之間留有預定間距；

環形微帶貼片2與電介質板3之間設置有金屬圓片4，電介質板3設置有凹槽，用于容納金屬圓片4，金屬圓片4與饋電探針6之間設置有水平帶狀金屬線9。

如圖4所示，在具體實施中，接地板8的大小可以根據實際情況設定，例如接地板8可以設置為方形。

電介質板3可以設置為圓柱形。可以理解的是，接地板8如果是方形，則邊長L3可以為50mm，電介質板3的半徑R3可以為30mm。作為優選地實施方式，電介質板3為圓柱形單層雙面覆銅板。電介質板3的厚度為W2，W2為5mm。電介質板3可以選用TP_2微波材料，相對介電常數為4.5，正切損耗為0.001。

十字形微帶貼片1每一塊長L為9.175mm，寬W為10mm，則十字形微帶貼片1的整體長度為28.35mm。

電容5可以為圓柱形金屬，電容5分布在十字形微帶貼片1的下方，電容5的一端通過電介質板3與地板8連接，另一端與十字形微帶貼片1留有預定間距，在一種具體實施方式中，電容5如果為圓柱形金屬，則直徑R5為4mm；預定間距可以為0.5mm，如圖2中W4為電容5的高度，W4近似為4.5mm，電介質板3的厚度為W2，W2為5mm。

環形微帶貼片2環繞于十字形微帶貼片1的外周，內半徑R1為17.8mm，外半徑R2為22.8mm。金屬圓片4設置在環形微帶貼片2的下方，如圖1所示，金屬圓片4的直徑為R4為5mm，厚度為0.1mm。水平帶狀金屬線9，用于連接金屬圓片4和饋電探針6，在一種具體實施方式中，水平帶狀金屬線9的長度為L2為19mm，寬為0.5mm，厚度為0.1mm的金屬引線。如圖2所示，饋電探針6的高度W5為6mm。

在具體實施中，十字形微帶貼片1能夠單獨產生第一頻段和環形微帶貼片2能夠單獨產生第二頻段，二者之間的諧振也會產生耦合，耦合的效果會產生兩個頻段，而兩塊貼片又分別各自有饋電輸入，這樣通過適當的調節，就能使得兩個頻段的帶寬相應地增大。

通過設置電容5使得十字形微帶貼片1產生的第一頻段在一個可調的范圍，如果沒有該電容，那么兩塊貼片產生的頻段間隔就是固定的，而增設了電容5后就會使得第一頻段降低，可根據自己的需求任意調節頻段，例如，通過調節使得頻段滿足衛星導航的頻段要求，但不限于衛星導航，其它頻段也適用。

可以理解的是，圖1中，電容5對稱設置有4個只是其中的一種具體實施方式，在其它實施例中，還可以是2個電容5，只不過4個電容5相對于2個電容5來說帶寬較高，并且圓極化性能較好。

本實施例提供的單片雙頻寬帶貼片天線，十字形微帶貼片與環形微帶貼片為兩個獨立的貼片，同時設置在一塊電介質板上，二者通過水平帶狀金屬線連接，十字形微帶貼片單獨工作可以產生第一頻段，環形微帶貼片獨立工作時產生第二頻段，在接地板與十字形微帶貼片之間增加電容，可以降低天線的工作頻率，同時十字形微帶貼片與環形微帶貼片在同一平面內，也能實現小型化設計。由此可見，本實用新型提供的天線只需要一塊電介質板，并且十字形微帶貼片與環形微帶貼片無需開槽就可以實現雙頻段工作，且增益較高。

作為優選地實施方式，電容5的數量為4個，則相應地金屬圓片4的數量為4個，電容5分別設置在十字形微帶貼片1的4個分支的末端的正下方且相對于十字形微帶貼片1的中心對稱分布。

可以理解的是，電容5的參數都是相同的。具體實施方式參見上文描述。

作為優選地實施方式，接地板8為方形，中心處設置有短路探針10，短路探針10穿透電介質板3和十字形微帶貼片1的中心。

短路探針10與饋電探針6的尺寸相同，連接接地板8與十字形微帶貼片1，使中心點電位為0，從而控制相位中心的穩定。

作為優選地實施方式，饋電探針6以短路探針10為中心，順時針對稱分布，且輸入功率相同，輸入相位分別為0°，90°，180°和和270°；

其中，饋電過孔7的直徑R7大于對應的饋電探針6的直徑R6。

在具體實施中，金屬圓片4其實是一種電容耦合饋電方式，相當于從接地板8給輸入信號，一部分通過同軸探針6給十字形微帶貼片1饋電，另一部分通過水平帶狀金屬線9連接金屬圓片4給環形微帶貼片2饋電；而兩種饋電方式都不是直接連接到貼片上的，十字形微帶貼片1上留有饋電過孔7，該孔要比饋電探針6內徑寬，兩者不接觸，留有空隙構成電容耦合饋電；對于環形微帶貼片2而言，金屬圓片4與環形微帶貼片2之間留有空隙構成電容耦合饋電。

本實施例中，饋電探針6為4個，采用四點耦合饋電，極大地提高了天線的圓極化性能。

作為優選地實施方式，電容5與饋電過孔7所在的連線與水平帶狀金屬線9在水平方向上的夾角為45°。

如圖1所示，電容5和饋電過孔7在豎直的Y軸上，水平帶狀金屬線9與Y軸上的夾角θ為45°。可以理解的是，該夾角θ為45°只是其中的一種具體實施方式，在其它實施例中，還可以是其它數值，經過仿真研究表明，只要θ≤50°的圓極化性能均較好。

作為優選地實施方式，金屬圓片4的直徑與環形微帶貼片2的寬度相同。

如圖1所示，金屬圓片4的直徑R4為5mm，環形微帶貼片2的寬度也為5mm。

作為優選地實施方式，接地板8上設置有4個槽11，4個槽11對稱分布于接地板8的中心周圍。

可以理解的是，接地板的中心就是短路探針10的位置，4個槽11為柱形槽直徑R11為3mm，厚度為1mm。通過增4個圓柱形槽可以加載激勵。

作為優選地實施方式，金屬圓片4與環形微帶貼片2的間距為1mm。

如圖2所示，電介質板3厚度為5mm，金屬圓片4與電介質板3的地板的間距W3為近似為4mm，則金屬圓片4與環形微帶貼片2的間距為1mm。

為了驗證本實用新型中提供的天線的性能，下文中對于天線的性能進行仿真測試。

圖5為本實用新型實施例提供的一種天線的回波損耗圖。如圖5所示在1.174GHz-1.284GHz頻段范圍內，射頻端口的S11小于-10dB，中心頻率1.225GHZ，射頻端口的S11小于-30dB；在1.550GHz-1.634GHz頻段范圍內，射頻端口的S11小于-10dB，中心頻率1.582GHz處，射頻端口的S11小于-25dB。

圖6為本實用新型實施例提供的一種天線在1.174GHz-1.284GHz頻段范圍內xz和xy截面上的增益方向圖。如圖6所示，在以1.225GHZ為中心頻率的該頻段內，水平方向范圍內均能實現360°全方位覆蓋。最大增益為5.34dB，xz和xy截面的增益方向圖基本一致，表現出一致地對稱性。

圖7為本實用新型實施例提供的一種天線在最大增益方向時的軸比。如圖7所示，在仰角θ≤50°范圍內，軸比均小于1dB。說明具有很好的圓極化性能。

圖8為本實用新型實施例提供的一種天線在1.550GHz-1.634GHz頻段范圍內xz和xy截面上的增益方向圖。如圖8所示，在以1.582GHz為中心頻率的該頻段內，水平方向范圍內均能實現360°全方位覆蓋。最大增益為5.27dB，xz和xy截面的增益方向圖基本一致，表現出一致地對稱性。

圖9為本實用新型實施例提供的另一種天線在最大增益方向時的軸比。由圖可知，在仰角θ≤50°范圍內，軸比均小于2dB。軸比性能良好。

以上對本實用新型所提供的單片雙頻寬帶貼片天線進行了詳細介紹。說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。