本发明涉及一种微带贴片天线，尤其涉及一种基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线，属于微波技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的研究和发展，天线的紧凑型和小型化结构、高性能且易与平面电路结构集成的结构是备受青睐的。由于微带贴片天线可以很容易地集成在如滤波器、放大器、谐振器和混频器等许多有源和无源电路中，所以在通信系统中，微带贴片天线很受欢迎。然而，微带贴片天线也通常存在几个固有的缺点：一个是因为高q值的谐振特性而带来的窄带宽；另一个是存在会使系统效率降低的高次谐波辐射。所以，如何拓宽微带贴片天线的工作带宽以及消除系统的高次谐波成为了一项十分重要的工作。
基于均匀阻抗谐振器的微带贴片天线是在传统的微带贴片天线的基础上进行了有效的改进，研究最为深入，然而由于均匀阻抗谐振器的谐振条件唯一地取决于传输线的长度，因此设计自由度较低，均匀阻抗谐振器的这种特点，使天线增宽的带宽以及对高次谐波的抑制能力比较有限，通常不如同等工作频率下的基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线。
综上所述，如何增宽基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线的工作带宽以及加强对其高次谐波抑制的能力，就本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术的上述缺陷，提出了一种基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线，该阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线除了具有微带贴片天线结构简单、体积小、易于集成的特点外，还具有更宽的工作带宽以及更强的谐波抑制的特性，使得在微波集成化、小型化电路中具有重要的应用价值。
本发明的技术解决方案是：
一种基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线，包括介质基片、与介质基片的上表面相触接的顶层金属层、及与介质基片的下表面相触接的底层金属层；所述顶层金属层上设置有天线结构，天线结构包括微带贴片、阶跃阻抗谐振器组件，阶跃阻抗谐振器组件位于微带贴片的一侧，阶跃阻抗谐振器组件上设置有金属通孔；所述介质基片上设置有同轴馈电线，底层金属层通过同轴馈电线与第一阶跃阻抗谐振器连接，并通过第一阶跃阻抗谐振器耦合至第二阶跃阻抗谐振器及微带贴片。
优选地，所述天线结构为对称结构且天线结构在介质基片上的投影与介质基片的中心区域相重合。
优选地，所述阶跃阻抗谐振器组件包括第一阶跃阻抗谐振器及第二阶跃阻抗谐振器，第一阶跃阻抗谐振器设置在第二阶跃阻抗谐振器与微带贴片之间，且第一阶跃阻抗谐振器与微带贴片之间、及第一阶跃阻抗谐振器与第二阶跃阻抗谐振器之间均存在缝隙。
优选地，所述第一阶跃阻抗谐振器与所述第二阶跃阻抗谐振器均为1/4波长谐振器。
优选地，所述第一阶跃阻抗谐振器的中心区域设置有突出部，第二阶跃阻抗谐振器组件的中心区域设置有凹口，突出部与凹口相适应。
优选地，所述底层金属层通过同轴馈电线与所述第一阶跃阻抗谐振器相连接，所述底层金属层通过同轴馈电线与所述缝隙分别与第二阶跃阻抗谐振器及微带贴片耦合连接。
优选地，所述第一阶跃阻抗谐振器上设置有第一金属通孔，所述第二阶跃阻抗谐振器上设置有第二金属通孔，第一金属通孔、第二金属通孔及同轴馈电线均位于同一条直线上。
优选地，所述同轴馈电线位于所述第一金属通孔与所述第二金属通孔之间，且同轴馈电线与第一金属通孔均设置在所述第一阶跃阻抗谐振器上。
优选地，所述底层金属层的尺寸与所述介质基片的尺寸一致。
本发明提供的基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线，其技术效果主要表现在：
本发明优化了传统的微带贴片天线，设计结构简单，工作带宽大，谐波抑制能力强，其阶跃阻抗谐振器与传统的均匀阻抗谐振器相比更适合应用于现代微波毫米波天线的大宽带以及谐波抑制的要求。同时，该结构使得天线自身更加紧凑，在同等性能的条件下，天线尺寸实现小型化，降低了加工成本，提高了天线增益。相对于同等技术的传统微带贴片天线，该天线提高了天线工作带宽，相对于同等技术的基于均匀阻抗谐振器的天线，该天线获得了更强的谐波抑制。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图；
图2是本发明的三维剖分图；
图3是本发明的俯视图；
图4是本发明的s参数仿真图；
图5是本发明的3db辐射带宽示意图。
其中，1－介质基片，2－顶层金属层，3－底层金属层，4－第一阶跃阻抗谐振器，5－第二阶跃阻抗谐振器，6－第一金属通孔，7－第二金属通孔，8－突出部，9－凹口，10－同轴馈电线，11－微带贴片。
具体实施方式
一种基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线，如图1至图3所示，包括介质基片1、与介质基片1的上表面相触接的顶层金属层2、及与介质基片1的下表面相触接的底层金属层3，在本实施例中，底层金属层3的尺寸与所述介质基片1的尺寸一致，介质基片1采用rogers5870介质板，介电常数为2.33，厚度为1.57毫米。
其中，顶层金属层2上设置有天线结构，天线结构包括微带贴片11、阶跃阻抗谐振器组件，阶跃阻抗谐振器组件位于微带贴片11的一侧，阶跃阻抗谐振器组件上设置有金属通孔；
进一步地，阶跃阻抗谐振器组件包括第一阶跃阻抗谐振器4及第二阶跃阻抗谐振器5，第一阶跃阻抗谐振器4设置在第二阶跃阻抗谐振器5与微带贴片11之间，且第一阶跃阻抗谐振器4与微带贴片11之间、及第一阶跃阻抗谐振器4与第二阶跃阻抗谐振器5之间均存在缝隙（图中未示出）。在本实施例中，第一阶跃阻抗谐振器4与第二阶跃阻抗谐振器5均为1/4波长谐振器，并第一阶跃阻抗谐振器4第二阶跃阻抗谐振器5的尺寸均由工作频段决定，且第一阶跃阻抗谐振器4的中心区域设置有突出部8，第二阶跃阻抗谐振器5的中心区域设置有凹口9，突出部8与凹口9相适应。
更进一步地，介质基片1上设置有同轴馈电线10，底层金属层3通过同轴馈电线10分别与阶跃阻抗谐振器组件与微带贴片11耦合连接。具体地为：底层金属层3通过同轴馈电线10与所述第一阶跃阻抗谐振器4相连接，所述底层金属层3通过同轴馈电线10、缝隙分别与第二阶跃阻抗谐振器5及微带贴片11耦合连接，即底层金属层3通过同轴馈线与第一阶跃阻抗谐振器4相连接，并通过缝隙耦合把能量传递给微带贴片11与第二阶跃阻抗谐振器5，激励阶跃阻抗谐振器组件以及微带贴片11产生谐振，从而达到拓宽天线带宽的目的，最终也实现增宽带宽的效果。
另外，第一阶跃阻抗谐振器4上设置有第一金属通孔6，第二阶跃阻抗谐振器5上设置有第二金属通孔7，第一金属通孔6、第二金属通孔7及同轴馈电线10均位于同一条直线上。同轴馈电线10位于第一金属通孔6与第二金属通孔7之间，且同轴馈电线10与第一金属通孔6均设置在所述第一阶跃阻抗谐振器4上。
在本发明的技术方案中，天线结构为对称结构，即沿第一金属通孔6、同轴馈电线10及第二金属通孔7所在的直线呈轴对称，且天线结构在介质基片1上的投影与介质基片1的中心区域相重合。
本发明还对基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线的回波损耗进行了仿真，如图4所示，微带贴片11的工作带宽为4.76ghz～5.45ghz，共有三个工作频段，中心频率为5.11ghz，相对带宽为13.5%。图5为基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线的3db辐射带宽示意图，从图中我们可以看出天线的增益曲线与s参数仿真曲线结果相一致，整个工作频段内增益效果较好。
本发明公开了一种基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线，是一种由微带贴片11和均为1/4波长的第一阶跃阻抗谐振器4与第二阶跃阻抗谐振器5构成的电路结构；微带贴片11是通过同轴馈电线10给天线馈电；在第一阶跃阻抗谐振器4与第二阶跃阻抗谐振器5上均开设金属通孔，该金属通孔可以在保证基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线尺寸相对小的情况下，降低基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线的实际辐射频率，实现基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线的小型化；同时使用第一阶跃阻抗谐振器4与第二阶跃阻抗谐振器5可使基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线在不同的频点产生谐振，拓宽基于阶跃阻抗谐振器的微带贴片天线的工作带宽；本发明既传承了传统微带贴片天线制作工艺简单、成本低廉易于集成在电路中的特点，又具有较传统微带贴片天线更宽的工作带宽以及更好的高次谐波抑制。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。