一种新型四模缝隙宽带天线的制作方法

本实用新型涉及无线通信领域，尤其是涉及一种新型四模缝隙宽带天线。

背景技术：

近些年来，随着现代社会的无线通信发展，通信设备朝着小型化、集成化、宽带化和智能化的方向不断发展,微带缝隙天线具有结构简单，成本较低，易于集成等优点在越来越多的通信领域发挥着不可代替的作用。目前微带缝隙天线已经广泛应用到通信、雷达等领域，在我国的军事、电子通信、移动通信中的地位越来越重要。缝隙天线是利用金属面的缝隙进行辐射，不需要引入其他辐射单元。微带馈线的一段输入电磁波，开路端与地板缝隙直接耦合，电磁波通过耦合的形式进入到缝隙，缝隙在通过谐振的模式将电磁波向空间进行辐射。常见的缝隙天线有两种类型，一种是开在金属铜板上的缝隙-平板缝隙。另外一种是开在波导壁上的缝隙-波导缝隙天线。缝隙天线在实际应用中有着广阔的应用前景，然而微带窄缝天线频带较窄(通常相对带宽只有3％左右)又限制了它的实际应用。为了提高它的实际应用同时避免多个天线产生信号之间的耦合和干扰，天线必须拥有与之相适应的宽频带技术。为此人们对微带缝隙天线的宽频特性进行了广泛而深入的研究。

微带天线的窄带特性限制了它在众多需要宽频带情况下的应用，努力提高微带天线的频带宽度成为目前天线技术研究的热点之一。微带缝隙天线作为微带天线的一种，不仅拥有传统微带天线的优点，同时也易于与其他物体共形。近年来，科研人员提出了一类宽缝隙微带天线，其缝隙的宽度和长度大致相当，并由宽缝隙区域上方较宽的微带线馈电，形成两个正交模式同时在缝隙内激发，调谐枝节上的电流是辐射主要部分，天线获得了不错的频带宽度，但这些天线大多数是不易共形的；另一类是易于共形的窄缝隙微带天线，采用多种技术得到较好的频带宽度。例如，通过寄生谐振器或谐振模式沿馈线部分引入额外的非辐射谐振；通过使用虚构的短路概念；采用单极槽组合；引入寄生通孔以及利用多模谐振等等，进而得到各种宽带缝隙天线。这里，尤其值得关注近期利用多模谐振原理，单个辐射体中激励出多个模式的设计窄缝宽带天线方法，从而产生较大的带宽。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服背景技术的不足，本实用新型公开了一种新型四模缝隙宽带天线。

技术方案：本实用新型的新型四模缝隙宽带天线，包括介质基板以及覆于该介质基板上的铜片，所述铜片上开设外等边三角环缝隙，同时在外等边三角环缝隙的两侧边分别向外对称开设矩形枝节槽，在外等边三角环缝隙内开设内等边三角环缝隙，所述外等边三角环缝隙与内等边三角环缝隙之间间距等于外等边三角环缝隙的缝隙宽，在外等边三角环缝隙底边与内等边三角环缝隙底边之间的馈电点处通过微带馈电，馈电微带线位于介质基板的背面由馈电点垂直延伸至介质基板底边边缘。

本天线首先利用多模谐振思想在三角环缝隙环中非对称位置激励出多个模式，通过在缝隙环中添加枝节槽，以使得谐振点偏移和谐振回路增加，从而提高缝隙天线带宽，同时，在缝隙非对称位置激励出3个有效模式时，通过在内部三角形中再开挖一个新的三角缝隙环以引入第四个模式，从而进一步提高缝隙天线带宽。

进一步的，所述介质基板采用介电常数为4.4，损耗角为0.027的fr4材质，具体尺寸采用长为65mm，宽为65mm，高为1mm。

进一步的，所述矩形枝节槽与外等边三角环缝隙的侧边垂直。

进一步的，所述矩形枝节槽的槽宽与外等边三角环缝隙的缝隙宽相等。

进一步的，所述馈电点位于距离外等边三角环缝隙底边中垂线5.9mm处，所述矩形枝节槽的槽宽与外等边三角环缝隙的缝隙宽均为2mm，所述内等边三角环缝隙的缝隙宽为1.5mm，所述矩形枝节槽的槽长为16mm，距离外等边三角环缝隙的外三角底角的距离为9.4mm，所述外等边三角环缝隙的内三角边长为30mm，所述馈电微带线的长度为25.4mm，宽度为1.3mm。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：首先，本发明天线进一步拓宽了单馈电微带窄缝隙天线的频带带宽，工作的频段在1.82-3.92ghz，回波损耗小于-10db，阻抗带宽达73.2％，相对带宽达到大幅度提升；其次，在保持窄缝特性的同时，结构新颖，辐射性能良好，易于制作，具有广阔的实际场景应用意义，再而，本发明天线结构简单，易于共形，天线设计的“一腔多模”和引入新的谐振，形成四模共振思想能够给窄缝宽频带缝隙天线的研究提供一定的参考。

附图说明

图1是本实用新型结构正平面示意图；

图2是本实用新型结构背平面示意图；

图3是本实用新型天线的回波损耗图；

图4是本实用新型天线分别在1.8ghz、2.5ghz、3.5ghz的天线辐射方向图(a)、(b)、(c)；

图5是本实用新型天线的峰值增益图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1和图2所示的新型四模缝隙宽带天线，包括介质基板以及覆于该介质基板上的铜片1，所述介质基板的长为65mm，宽为65mm，高为1mm，采用介电常数为4.4，损耗角为0.027的fr4材质。

所述铜片1上开设外等边三角环缝隙2，该外等边三角环缝隙2位于所述铜片1上的中心位置，外等边三角环缝隙2由内正三角形与外三角形形成，之间间距为缝隙宽度w，其中，内正三角形的边长为s，同时在外等边三角环缝隙2的两侧边分别向外对称开设矩形枝节槽3，矩形枝节槽3的长度为l1，距离外等边三角环缝隙2的外三角底角的距离为d，所述矩形枝节槽3与外等边三角环缝隙2的侧边垂直，矩形枝节槽3的槽宽与外等边三角环缝隙2的缝隙宽相等，为w，在外等边三角环缝隙2内开设内等边三角环缝隙4，内等边三角环缝隙4的缝隙宽为w2，所述外等边三角环缝隙2与内等边三角环缝隙4之间间距等于外等边三角环缝隙2的缝隙宽，w，在在外等边三角环缝隙2底边与内等边三角环缝隙4底边之间距离中点s1处选择馈电点5，通过50欧的微带馈电，馈电微带线6位于介质基板的背面由馈电点5垂直延伸至介质基板底边边缘。所述馈电微带线6的长度为l2，宽度为w1。

本设计采用的是等边三角环缝隙结构，同时通过在非对称缝隙中，利用微带馈电激励出所有尽可能有效的模态，即“一腔多模”思想，并在等边三角环的两侧边对称添加一矩形枝节槽，用来增加电流回路以使得谐振点偏移，从而形成三模共振，一定程度提缝隙天线的带宽。再而通过在内部开挖一个新的三角形缝隙，引入第四个模式，即第四个谐振点，从而实现四模共振，缝隙天线带宽得到进一步拓宽。

本设计天线模型通过电磁仿真软件ansofthfss15.0进行仿真优化，优化后尺寸参数选择s＝30mm，w＝2mm，l1＝16mm，d＝9.4mm，w2＝1.5mm，l2＝25.4mm，w1＝1.3mm。

本设计利用“一腔多模”结合引入新的模式思想，设计了一种四模缝隙宽带天线，该天线具有良好的天线性能，可用于无线通信系统中，与现有技术相比具有的优势明显。首先，与文献1、2、3、4对比，窄缝天线的阻抗带宽得到明显提高，达到了72.3％。文献1的带宽为32.7％，文献1：w.luandl.zhu,"anovelwidebandslotlineantennawithdualresonances:principleanddesignapproach,"inieeeantennasandwirelesspropagationletters,vol.14,pp.795-798,2015。文献2的带宽为32.5％，文献2：w.luandl.zhu,"widebandstub-loadedslotlineantennasundermulti-moderesonanceoperation,"inieeetransactionsonantennasandpropagation,vol.63,no.2,pp.818-823,feb.2015。文献3的带宽为33.2％，文献3：c.guo,w.lu,z.zhangandl.zhu,"widebandnon-traveling-wavetriple-modeslotlineantenna,"inietmicrowaves,antennas&propagation,vol.11,no.6,pp.886-891,1252017。文献4的带宽为18.3％，4文献4：j.linandq.chu,"increasingbandwidthofslotantennaswithcombinedcharacteristicmodes,"inieeetransactionsonantennasandpropagation,vol.66,no.6,pp.3148-3153,june2018。在保持窄缝特性的同时，与文献1、2、3、4对比，结构新颖，性能良好，易于制作，具有广阔的实际场景应用意义，再而，本天线结构简单，易于共形，能够给窄缝宽频缝隙天线的研究提供一定的参考。

如图3所示，为本设计的窄缝天线的回波损耗图，可以看出该天线的带宽为1.82-3.92ghz，(s11<10db)，带宽范围为73.2％，与同类型的窄缝缝隙天线相比，相对带宽得到大幅度提升。

如图4所示，为本设计天线的(a)1.8ghz(b)2.5ghz(c)3.5ghz的天线的三个频点e、h面辐射方向图，从图中可以看出，本设计的天线低频段辐射性能良好，辐射稳定，高频段辐射方向图不是太理想，但是整体能够满足天线设计要求。

如图5所示，是经过仿真的增益图。可以看出，设计的天线能够满足实际场景的需求，能够应用到广泛的无线通信系统中。