一种新型多频带高增益六边形开槽微带贴片天线

技术领域

本发明涉及多频带高增益天线领域。

背景技术

当代无线通信系统的快速发展 ，特别是通信速率的大幅提高，对天线工作性能的要求也越来越高。微带天线以其剖面低、成本低、易于与载体共形、方便集成等优点，在现代通信的各个场合得到普遍应。由于传统微带贴片天线因为增益低、频带单一限制了它们的广泛使用。因此提高天线的增益和扩展频点个数已经成为研究的热点，微带贴片天线的研究也在不断地创新和发展，目前已经提出了几种技术来提高增益、扩展频点个数，从而改善天线性能。

为了实现微带天线的多频工作，最直接的方法是将多个具有不同谐振频率的辐射贴片置于同一个介质基板上，这种设计虽然结构简单，但将增大天线的尺寸；也可采用重叠辐射贴片或加载寄生贴片 构成叠层结构的形式设计多频天线。如Zhijun Zhang, Yue Li等人提出的一种带有寄生圆片加载的天线从而实现双波段圆极化旋转贴片天线，实现了2.2GHz-2.3GHz，2.6GHz-2.7GHz的双波段，（Deng C，Li Y，Zhang Z，et al． Dual-bandcircularly polarized rotated patch antenna with a parasitic circular patchloading ［J］． IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，2013，12( 2) :492-495.）但是这样会使微带天线的厚度增加，体积变大，难以满足现今通信系统中对天线低剖面、小型化的要求。

通过设计合适的馈电网络，同时激励微带贴片天线的基模和高次模也可以实现双频工作。如Jin-Dong Zhang，Lei Zhu等人提出的双频段上的可控极化CP贴片天线，实现了2.5GHz-3GHz，4GHz-4.5GHz的双波段，（Zhang J D，Zhu L，Liu N W，et al． CP patchantenna with controllable polarisation over dual-frequency bands［J］． IETMicrowaves Antennas ＆ Propagation，2017，11( 2) : 224-231）但是这种方式增加了设计与制作的复杂性。

对于天线增益的提高，天线阵列是一种有效方法。如：Yang J Q 等人提出的一种1x4阵列的微带贴片天线，能够同时工作在 2. 3 GHz 和 2. 6 GHz 频段。微带阵列天线在两个工作频带内均有较为 理想的辐射增益，在低频段 2. 3 GHz 处的最大增益为 6. 17dB，在高频段 2. 6 GHz 处 的最大增益为 7. 48 dB (Yang J Q，Cao L H，Zhou C，et al．Design of miniaturized dual-band microstrip array antenna［J］． Journal ofHubei University( Natural Science) ，2021，43( 1) : 96-101．) ，但是天线阵列的馈电网络设计较为复杂而且天线尺寸也不好把控。

虽然已经提出了一些技术来提高微带天线增益，实现天线多频工作，但是天线设计难度较大、结构复杂，对制作加工要求要高等问题依然纯在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有微带天线的增益低、工作频带单一，提出一种基于新型六边形多频带，高增益微带贴片天线，通过对六边形辐射贴片进行开槽来提高和改善天线的性能。

本发明所采用的技术方案是：一种新型多频带高增益六边形开槽微带贴片天线，包括制备的平板状的介电常数为2.2的介质基板（1）、处于介质基板（1）上表面的正六边形金属板的辐射单元（2）、处于介质基板（1）下表面的金属接底板（3）、同轴馈电探针（4），辐射单元（2）的边缘有六个120度角的镂空的开槽，每个开槽的120度角对应辐射单元（2）的一个内角且120度角的两边分别与其对应的辐射单元（2）的内角的两边平行，相邻两个开槽无接触，同轴馈电探针（4）的外芯连接介质基板（1）和金属接底板（3），同轴馈电探针（4）的内芯连接辐射单元（2）。

同轴馈电探针（4）的位置处于从辐射单元（2）的中心顺着中心到辐射单元（2）一边中点的连线偏移7.5mm处。

辐射单元（2）的正六边形边边长为30mm，六个120度角的开槽的内顶点连线构成一个边长为26mm的正六边形，六个120度角的开槽的外顶点连线构成一个边长为28mm的正六边形，相邻两个120度角的开槽间隔距离为3mm。

同轴馈电探针（4）内芯半径为0.43mm，同轴馈电探针（4）外芯半径为0.98mm。

介质基板（1）为聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料，厚度为3mm，辐射单元（2）为铜，金属接底板（3）材料为铜。

本发明的有益效果是：本发明通过在传统微带贴片天线上进行开槽处理，实现了对增益的提高和频带的增加并且大大简化了多频带天线的复杂结构，具有制备简单等优点。本发明天线工作波段为L波段2.0GHz（1.98GHZ-2.03GHZ），C波段5.30Ghz(5.19-5.37GHZ)，6.92GHz(6.76GHz-7.09GHz),增益均

附图说明

图1是实施例的层结构示意图；

图2是实施例的整体结构示意图；

图3是实施例反射系数图示意图；

图4是实施例天线增益图；

其中，1、介质基板，2、辐射单元，3、金属接底板，4、同轴馈电探针，5、开槽。

具体实施方式

首先使用厚度为3mm的介电常数为2.2的聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料 (RogersRT5880)制备边长为80mm的正方形介质基板，作为一个实施例该介质基板的形状还可以是半径为80mm的圆形或者边长为80mm的正六边形。

其次在介质基板上表面镀一层厚度小于1mm的铜模，该铜模为边长为30mm的正六边形（为了便于在L,C波段进行频率个数的增加，设置边长为30mm），注意介质基板中心与辐射单元中心对齐，然后采用腐蚀或者切割的方法在正六边形铜模上形成六个120度角的镂空的开槽，形成辐射单元，每个开槽的120度角对应辐射单元的一个内角且120度角的两边分别与其对应的辐射单元的内角的两边平行，相邻两个开槽无接触，辐射单元的正六边形边边长为30mm，六个120度角的开槽的内顶点连线构成一个边长为26mm的正六边形，六个120度角的开槽的外顶点连线构成一个边长为28mm的正六边形，相邻两个120度角的开槽间隔距离为3mm。开槽的宽度大约为1.7mm，开槽距离辐射贴片的边长（半径为30mm的正六边形）的距离大约为1.7mm。

本发明利用了辐射单元的形状，开槽的大小、对称性，影响了贴片表面电流的路径，电流主要集中在开槽缝隙周围，加载的缝隙改变了电流的路径，实现了多频点以及结构尺寸以及辐射单元的缩减。

在介质基板下表面镀一层铜。

最后安装同轴馈电探针，同轴馈电探针的外芯连接介质基板和金属接底板，同轴馈电探针的内芯连接辐射单元，同轴馈电探针垂直于基板中心和辐射单元，为了保证最佳的馈电效果和最佳的增益效果，同轴馈电探针的位置处于从辐射单元的中心顺着中心到辐射单元一边中点的连线偏移7.5mm处，如图2中a和b对应两个不同形状的介质基板，同轴馈电探针的位置处于从辐射单元的中心向正上方偏移7.5mm处。

同轴线的匹配阻抗与内，外芯半径有关，与长度无关。为了实现天线50欧姆的传输匹配，实现良好传输特性，5为同轴线内芯，其半径为0.43mm，6为同轴线外芯，其半径为0.98mm，内，外半径之间的介质为空气。如图3所示，曲线表示该新型六边形多频带，高增益微带贴片天线的反射系数。从图中可以看出天线并不是传统天线的单一频带，可以工作在L波段2.0GHz（1.98GHZ-2.03GHZ），C波段5.30Ghz(5.19-5.37GHZ)，6.92GHz(6.76GHz-7.09GHz)。

如图4所示，该图为天线工作各个频点的3D增益图，从图a中可以得出，在2.03GH时，天线的最强增益为7.47bdi，从图b中可以看出来，在5.30GHz时天线的最强增益为6.0bdi，从图c中可以看出来，在6.92GHz时天线的最强增益为8.21dbi，而且从图a,b,c可以看出3个频段内辐射方向都在参考坐标系的轴正方向（参考坐标系的 Y轴正方向）相比于传统微带贴片天线2-3dbi的增益，具有一定提升。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。