[发明专利]一种采用共面波导馈电的超宽带贴片天线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种采用共面波导馈电的超宽带贴片天线，包括辐射贴片、介质基板和金属地板；金属地板设置在介质基板上，金属地板上开设有谐振腔；辐射贴片设置在谐振腔内。本发明的贴片天线在2GHz到20GHz频带内实现超宽带宽，相比同工作频带的喇叭天线、Vivaldi天线等，本设计结构简单易于加工实现，尺寸较小且采用共面波导馈电，易于与其他有源、无源器件连接，易于集成在微波电路中，所采用的介质材料均易于获得，具有较强的实用意义。

技术领域

本发明涉及无源器件中天线技术领域，特别涉及超宽带贴片天线，具体为一种采用共面波导馈电的超宽带贴片天线及其制备方法。

背景技术

随着无线通信系统所承载的信息量日益增加，无线通信用户数量激增，系统的信道容量不断扩充、传输速率不断提高、服务方式日益灵活，为了适应更高要求的无线通信系统，满足更多用户通信的需求，天线作为无线通信系统收发信号的关键环节，其性能将直接影响无线通信的质量。在此背景下，超宽带天线成为提高无线通信系统容量，拓宽工作带宽的一项关键技术。

超宽带天线通常为非频变天线，其可以根据无线系统的需要，工作在不同的频段，其宽带特性为系统提高传输速率提供了可行性，也为更大容量的无线通信系统奠定了基础，具有极为重要的现实意义。

带宽是衡量天线性能的重要指标，绝对带宽由天线工作频率的上限与下限相减获得，而相对带宽为绝对带宽除以天线工作的中心频率获得。根据联邦通信委员会FCC提出的标准，超宽带天线的定义为：任何工作带宽(绝对带宽)超过500MHz的天线或相对带宽超过20％的天线就是超宽带天线。常见的超宽带天线的实现方式包括：喇叭天线、螺旋天线、印刷偶极子天线以及Vivaldi天线等。

目前在设计超宽带天线时所面临的问题主要包括以下几点：

1、工作带宽：

超宽带天线的工作带宽极宽，因此往往单一的天线辐射结构往往无法实现超宽带特性。在设计时通常需要运用各种拓展带宽的技术如添加寄生单元、多枝节结构等，为设计增加了难度。

2、天线尺寸：

超宽带天线的小型化是近些年研究的热点问题，由于超宽带天线本身的结构尺寸较大及后续添加的用来拓展带宽的枝节等也会扩大天线的尺寸，从而限制了它在各无线通信系统中的应用。因此，如何在不影响天线性能的前提下缩小超宽带天线的尺寸为设计超宽带天线时需要重点考虑的问题。

3、辐射特性：

在设计超宽带天线时还需考虑其方向图的形状，由于超宽带天线具有极宽的工作频率，在不同谐振频率受激励产生辐射的结构可能不同，因此超宽带天线的方向图往往会因频率的变化而发生畸变，如何降低畸变对天线的影响也是设计时需考虑的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术超宽带天线在尺寸小型化和降低畸变方面存在不足的缺陷，提供一种采用共面波导馈电的超宽带贴片天线。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种通过共面波导馈电的贴片天线，由辐射贴片、介质基板以及金属地板构成。贴片天线是最为常见的天线形式之一，它具有尺寸小、重量轻、剖面低、加工成本低、可批量生产、可靠性高、兼容性好的特点。超宽带贴片天线以单个贴片作为辐射单元，通过设计贴片以及金属地板的形状来改善其工作带宽。对于共面波导馈电的贴片天线，辐射贴片与金属地板位于介质基板的同侧，通过位于金属地板中央的共面波导结构进行馈电，这种结构具有以下几个优点：

1、有效利用了金属地板，金属地板既可作为共面波导结构的地板，也可作为天线辐射的一部分，通过改变其形状可以改善天线性能。

2、共面波导损耗较小，有利于提高天线的效率。

3、共面波导结构中辐射贴片与金属地板位于介质基板的同侧，易于与其他微波电路集成。