柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線的制作方法
【專利摘要】柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線涉及一種縫隙天線，該天線由三個相互垂直放置的單極化天線(13)組成；每個天線(13)包括介質基板(1)、介質基板(1)上金屬地(2)和輻射槽縫(3)、微帶饋線(4)；金屬地(2)上有輻射槽縫(3)和多條平行的柵縫(6)；輻射槽縫(3)的一端短路，另一端開路；輻射槽縫(3)靠近開路端部分有數個并聯電容(7)跨接在輻射槽縫(3)的邊緣，形成低阻槽縫(8)；輻射槽縫(3)其余部分是高阻槽縫(9)，微帶饋線(4)一端是天線端口(10)，微帶饋線(4)另一端開路并跨過高阻輻射槽縫(9)并伸展一段長度。該天線多頻帶工作，可減少天線尺寸、交叉極化、遮擋和改善隔離。
【專利說明】
柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線
技術領域
[0001]本發明涉及一種槽縫天線，尤其是一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線。
【背景技術】
[0002]槽縫天線是振子天線的對偶天線，有著廣泛的應用。但是，普通的槽縫天線不僅輻射槽縫本身的長度要有二分之一波長，而且輻射槽縫周圍還需要較大的金屬地面積，通常金屬地的長度比槽縫的長度大二分之一波長，金屬地的寬度比槽縫的寬度大二分之一波長。多極化MMO可以有效的提高頻譜效率和信道容量，為了將MMO技術可以應用到體積小的終端，需要把不同極化的天線共址放置。較大的金屬地會對天線的輻射產生遮擋效應，使得槽縫天線不適合共址多輸入多輸出(MIMO)應用，特別是用作多極化天線使用時，大的金屬地將導致天線的交叉極化變差、天線端口之間的隔離變差，這些都將導致頻譜效率和信道容量的下降。同時槽縫的阻抗很大，還使得槽縫天線饋電傳輸線的阻抗匹配比較困難。同時現代通信的發展還要求天線可以多頻帶工作、并且兩個頻帶可以分別調節。
【發明內容】
[0003]技術問題:本發明的目的是提出一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，該天線不僅可以有多個工作頻帶，而且多個頻帶可以分別調節;該天線可以減小輻射槽縫的長度和金屬地的面積，而且具有抑制交叉極化、改善隔離、減小遮擋的作用。
[0004]技術方案:本發明的柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線包括三個相互垂直放置的單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線;每個單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線包括介質基板、設置在介質基板上的金屬地和輻射槽縫、微帶饋線;介質基板的一面是金屬地，介質基板的另一面是微帶饋線的導帶;金屬地上有輻射槽縫，輻射槽縫的形狀是矩形，輻射槽縫位于金屬地的中心;金屬地上多條平行柵縫構成的柵縫陣列，柵縫的形狀是矩形，柵縫位于輻射槽縫的四周，柵縫與輻射槽縫相互垂直;柵縫的一端短路;柵縫的另一端開路，位于介質基板的邊緣;輻射槽縫的一端短路，另一端開路;在輻射槽縫靠近開路端部分，有數個電容并聯跨接在輻射槽縫的兩個邊緣，使得輻射槽縫靠近開路端部分的特性阻抗變低，形成低阻槽縫;輻射槽縫的其余部分是高阻槽縫，高阻槽縫和低阻槽縫一起構成階躍阻抗輻射槽縫，產生一個頻率較低的低頻工作頻帶和一個頻率較高的高頻工作頻帶；金屬地也是所述的微帶饋線的接地面，微帶饋線的一端是天線的端口，微帶饋線的導帶的另一端跨過高阻槽縫并伸展一段長度至終端，微帶饋線的終端開路;微帶饋線的導帶有兩部分構成，第一部分導帶是從天線的端口到其剛剛跨越高阻槽縫的位置，微帶饋線的導帶的其余部分為第二部分導帶。
[0005]改變介質基板的厚度、磁導率和介電常數，可以改變高阻槽縫和低阻槽縫的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0006]改變低阻槽縫的長度、低阻槽縫在輻射槽縫中的位置，可以調節輻射槽縫的電長度，以實現不同程度的天線小型化，還可以改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0007]改變第二部分導帶的長度和寬度，可以改變天線的工作頻率、工作頻帶的寬度和輻射槽縫的電長度。
[0008]改變柵縫陣列中相鄰柵縫的間距、柵縫的寬度、柵縫短路端離輻射槽縫的距離，可以改變天線的工作頻率、工作頻帶的寬度和輻射槽縫的電長度。
[0009]改變加載電容的數量、容值和間距，可以調節低阻槽縫的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0010]改變輻射槽縫的寬度，可以調節低阻槽縫和高阻槽縫的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0011]柵縫的電長度不應該取在四分之一，以避免引起諧振輻射，造成交叉極化的上升。
[0012]電容并聯加載到輻射槽縫的兩個邊緣，不僅使得槽縫傳輸線的特性阻抗降低至易于與饋電傳輸線匹配額，而且還降低了槽縫傳輸線的相速，使得半波長輻射槽縫的長度減小，實現輻射槽縫進而天線的小型化。柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率主要由輻射槽縫的諧振頻率確定，但是金屬地的尺寸、微帶饋線導帶在輻射槽縫的位置、第二部分導帶的長度和寬度也可以對天線的工作頻率和匹配程度進行調節。由于輻射槽縫既有低阻槽縫又有高阻槽縫，構成了階躍阻抗的輻射槽縫，不僅使得天線小型化，減小了交叉極化，也減小了金屬地的尺寸，改善隔離和降低了金屬地的遮擋效應，而且還可以使得天線有多個工作頻帶，而且改變低阻槽縫與高阻槽縫的相對長度和阻抗，可以分別調整兩個工作頻帶的位置。金屬地上的柵縫對輻射槽縫形成周期性的加載，又使得輻射槽縫變成周期性的慢波結構，進一步減小了天線的電尺寸；同時由于柵縫的方向與輻射槽縫的方向垂直，抑制了金屬地上沿輻射槽縫方向的電流，并且使得沿輻射槽縫方向的剩余的電流分布的更集中，從而減小了交叉極化的輻射，改善了天線端口之間的隔離，也減小了金屬地的尺寸，降低了金屬地的遮擋效應。由于輻射槽縫3是四分之一波長的諧振結構，比通常兩端短路的二分之一波長的輻射槽縫長度要小一半，因此天線的整體尺寸也相應減少，遮擋效應進一步降低。
[0013]有益效果:本發明的柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線的有益效果是，該天線可以減小整個天線的電尺寸、實現小型化，同時該天線不僅可以有多個頻帶，而且多個頻帶可以分別調節，還具有抑制天線的交叉極化、改善端口之間隔離，和減少金屬地的遮擋的作用。
【附圖說明】
[0014]圖1為柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線整體結構示意圖。
[0015]圖2為柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線中單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線的結構示意圖。
[0016]圖中有:介質基板1、金屬地2、輻射槽縫3、微帶饋線4、導帶5、柵縫6、電容7、低阻槽縫8、高阻槽縫9、端口 10、第一部分導帶11、第二部分導帶12和單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線13。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0018]本發明所采用的實施方案是:柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線包括三個相互垂直放置的單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線13;每個單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線13包括介質基板1、設置在介質基板I上的金屬地2和輻射槽縫3、微帶饋線4;介質基板I的一面是金屬地2，介質基板I的另一面是微帶饋線4的導帶5;金屬地2上有輻射槽縫3，輻射槽縫3的形狀是矩形，輻射槽縫3位于金屬地2的中心;金屬地2上多條平行柵縫6構成的柵縫6陣列，柵縫6的形狀是矩形，柵縫位于輻射槽縫3的四周，柵縫6與輻射槽縫3相互垂直;柵縫6的一端短路;柵縫6的另一端開路，位于介質基板I的邊緣;輻射槽縫3的一端短路，另一端開路;在輻射槽縫3靠近開路端部分，有數個電容(7)并聯跨接在輻射槽縫3的兩個邊緣，使得輻射槽縫3靠近開路端部分的特性阻抗變低，形成低阻槽縫8;輻射槽縫7的其余部分是高阻槽縫9，高阻槽縫9和低阻槽縫8—起構成階躍阻抗輻射槽縫3，產生一個頻率較低的低頻工作頻帶和一個頻率較高的高頻工作頻帶;金屬地2也是所述的微帶饋線4的接地面，微帶饋線4的一端是天線的端口 10，微帶饋線4的導帶5的另一端跨過高阻槽縫9并伸展一段長度至終端，微帶饋線4的終端開路;微帶饋線的導帶5有兩部分構成，第一部分導帶11是從天線的端口 10到其剛剛跨越高阻槽縫9的位置，微帶饋線的導帶的其余部分為第二部分導帶12。
[0019]改變介質基板I的厚度、磁導率和介電常數，可以改變高阻槽縫9和低阻槽縫8的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫3的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0020]改變低阻槽縫8的長度、低阻槽縫8在輻射槽縫3中的位置，可以調節輻射槽縫3的電長度，以實現不同程度的天線小型化，還可以改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0021]改變第二部分導帶12的長度和寬度，可以改變天線的工作頻率、工作頻帶的寬度和輻射槽縫3的電長度。
[0022]改變柵縫6陣列中相鄰柵縫6的間距、柵縫6的寬度、柵縫6短路端離輻射槽縫3的距離，可以改變天線的工作頻率、工作頻帶的寬度和輻射槽縫3的電長度。
[0023]改變加載電容(7)的數量、容值和間距，可以調節低阻槽縫8的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫3的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0024]改變輻射槽縫3的寬度，可以調節低阻槽縫8和高阻槽縫9的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫3的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
[0025]柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率主要由輻射槽縫3的諧振頻率確定，但是金屬地2的尺寸、微帶饋線4的導帶5在輻射槽縫3的位置、第二部分導帶12的長度和寬度也可以對天線的工作頻率和匹配程度進行調節。由于輻射槽縫3既有低阻槽縫8又有高阻槽縫9，構成了階躍阻抗的輻射槽縫3，不僅使得天線小型化，減小了交叉極化，也減小了金屬地2的尺寸，改善隔離和降低了金屬地2的遮擋效應，而且還可以使得天線有多個工作頻帶，而且改變低阻槽縫8與高阻槽縫9的相對長度、位置和阻抗，可以分別調整兩個工作頻帶的位置。金屬地2上的柵縫6對輻射槽縫3形成周期性的加載，又使得輻射槽縫3變成周期性的慢波結構，進一步減小了天線的電尺寸；同時由于柵縫6的方向與輻射槽縫3的方向垂直，抑制了金屬地2上沿輻射槽縫3方向的電流，并且使得沿輻射槽縫3方向的剩余的電流分布的更集中，從而減小了交叉極化的輻射，改善了天線端口之間的隔離，也減小了金屬地2的尺寸，降低了金屬地2的遮擋效應。由于輻射槽縫3是四分之一波長的諧振結構，比通常兩端短路的二分之一波長的輻射槽縫長度要小一半，因此天線的整體尺寸也相應減少，遮擋效應進一步降低。
[0026]在工藝上，柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線既可以采用普通的印刷電路板(PCB)工藝，也可以采用低溫共燒陶瓷(LTCC)工藝或者CM0S、Si基片等集成電路工藝實現。其中電容7可以根據工作頻率選擇相應封裝的貼片電容7，并根據電容7兩引腳電極的距離，選擇低阻槽縫8的寬度。在制造上，三個單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線13可以通過卡槽相互垂直安裝在一起，或者通過粘結劑相互垂直粘結在一起，或者兩種方法一起使用。
[0027]根據以上所述，便可實現本發明。
【主權項】
1.一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于該天線包括三個相互垂直放置的單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線(13);每個單極化的柵縫地電容加載階躍阻抗天線(13)包括介質基板(1)、設置在介質基板(I)上的金屬地(2)和輻射槽縫(3)、微帶饋線(4);介質基板(I)的一面是金屬地(2)，介質基板(I)的另一面是微帶饋線(4)的導帶(5);金屬地(2)上有輻射槽縫(3)，輻射槽縫(3)的形狀是矩形，輻射槽縫(3)位于金屬地(2)的中心;金屬地(2)上多條平行柵縫(6)構成的柵縫(6)陣列，柵縫(6)的形狀是矩形，柵縫位于輻射槽縫(3)的四周，柵縫(6)與輻射槽縫(3)相互垂直;柵縫(6)的一端短路;柵縫(6)的另一端開路，位于介質基板(I)的邊緣;輻射槽縫(3)的一端短路，另一端開路;在輻射槽縫(3)靠近開路端部分，有數個電容(7)并聯跨接在輻射槽縫(3)的兩個邊緣，使得輻射槽縫(3)靠近開路端部分的特性阻抗變低，形成低阻槽縫(8);輻射槽縫(3)的其余部分是高阻槽縫(9)，高阻槽縫(9)和低阻槽縫(8)—起構成階躍阻抗輻射槽縫(3)，產生一個頻率較低的低頻工作頻帶和一個頻率較高的高頻工作頻帶;金屬地(2)也是所述的微帶饋線(4)的接地面，微帶饋線(4)的一端是天線的端口(10)，微帶饋線(4)的導帶(5)的另一端跨過高阻槽縫(9)并伸展一段長度至終端，微帶饋線(4)的終端開路;微帶饋線的導帶(5)有兩部分構成，第一部分導帶(11)是從天線的端口(10)到其剛剛跨越高阻槽縫(9)的位置，微帶饋線的導帶的其余部分為第二部分導帶(12)。2.根據權利要求1所述的一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于改變介質基板(I)的厚度、磁導率和介電常數，可以改變高阻槽縫(9)和低阻槽縫(8)的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫(3)的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。3.根據權利要求1所述的一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于改變低阻槽縫(8)的長度、低阻槽縫(8)在輻射槽縫(3)中的位置，可以調節輻射槽縫(3)的電長度，以實現不同程度的天線小型化，還可以改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。4.根據權利要求1所述的一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于改變第二部分導帶(12)的長度和寬度，可以改變天線的工作頻率、工作頻帶的寬度和輻射槽縫(3)的電長度。5.根據權利要求1所述的一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于改變柵縫(6)陣列中相鄰柵縫(6)的間距、柵縫(6)的寬度、柵縫(6)短路端離輻射槽縫(3)的距離，可以改變天線的工作頻率、工作頻帶的寬度和輻射槽縫(3)的電長度。6.根據權利要求1所述的一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于改變加載電容(7)的容值和間距，可以調節低阻槽縫(8)的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫(3)的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。7.根據權利要求1所述的一種柵縫地電容加載階躍阻抗的三極化半槽天線，其特征在于改變輻射槽縫(3)的寬度，可以調節低阻槽縫(8)和高阻槽縫(9)的特性阻抗，改變階躍阻抗輻射槽縫(3)的高低阻抗比，進而改變天線的低頻工作頻帶的工作頻率和高頻工作頻帶的工作頻率。
【文檔編號】H01Q5/328GK105846093SQ201610218453
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】殷曉星, 鄧陽, 趙洪新
【申請人】東南大學