一种小型化定向缝隙天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线通信技术领域，特别涉及一种小型化定向缝隙天线。
技术背景
[0002]近年来，无线通信设备朝着多功能、小型化的方向迅速发展，许多无线终端，包括移动设备以及固定设备，设计时都希望天线具有一定的定向性，一方面可以更好地接受信号，另一方面可以避免不同通信系统的干扰。同时，在某些具体的应用中，对天线还有诸多要求。对于目前的无线终端，要求天线结构紧凑、重量轻、频带宽、前后比高等。
[0003]缝隙天线，较为常见的是微带缝隙天线，因具有共面结构体积小重量轻以及易于与其他元器件集成的良好性质，微带缝隙天线常常被用于移动终端上。而在现有的定向缝隙天线结构中，虽然都具有较高前后比，但是这些结构不是天线尺寸较大，就是带宽较窄，难以满足目前对定向缝隙天线的要求。因此设计一种宽频段、小型化、高前后比的定向缝隙天线是当今的研究热点之一。
[0004]2011 年，Chien-Jen Wang等人在"Microwave and optical technology letters"上发表题为"Enhancement of pattern directivity for the open slot antenna byutilizing array topology〃文章，文章采用了两个缝隙阵元，阵元相差半个波长距离，通过180度相差等幅馈电。同时为了增加前后比，缝隙前加了八条金属带。虽然该结构可以获得很高的前后比，但一方面它设计复杂，占用较大尺寸，不利于天线小型化；另一方面它基本工作在点频，频带窄。因此该天线实际应用价值有限。
[0005]同年，Te-Ling Sun 等人在 〃IEEE Transact1n on Antennas and propagat1n"上发表题为"Design of a microstrip monopole slot antenna with unidirect1nalradiat1n characteristics〃文章。一方面，文章采用了阶跃阻抗缝隙作为福射单元，这有效地增加了天线的工作带宽；另一方面，该文章采用两条缝隙放置在辐射单元背后，主要目的是切断其后向电流，前后比有了一定的提升。但缺点也是明显的，该结构仍面临着较大尺寸等问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于无线通信领域的天线，尤其是一种平面印刷定向缝隙天线。该天线结构尺寸小、重量轻、易于加工制作，适用用于小型无线终端中。
[0007]本实用新型的目的通过如下技术方案实现:
[0008]—种小型化定向缝隙天线，包括板状介质基板和接地板，其特征在于，包括:金属箔馈电结构和缝隙结构，其中，
[0009]所述金属箔馈电结构位于板状介质基板的上表面，其包括三个馈电子结构，第一馈电子结构连接第二馈电子结构，第一馈电子结构与第二馈电子结构的连接点将第二馈电子结构分为两个部分，这两个部分的长度相差四分之一波导波长；第三馈电结构包括两个结构相同的馈电金属片，所述两个馈电金属片分别与第二馈电子结构的两端相连接；
[0010]所述缝隙结构位于接地板上，包括第一缝隙辐射单元、第二缝隙辐射单元，以及位于第一缝隙辐射单元与第二缝隙辐射单元之间的隔离缝隙。
[0011]具体的，所述第一缝隙辐射单元与第二缝隙辐射单元结构相同且都为开路缝隙，长度为四分之一波导波长，二者的中心距离相隔四分之一空间波长。
[0012]具体的，所述第一馈电子结构连接第二馈电子结构处做了削尖处理。
[0013]具体的，所述第三馈电结构的两个馈电金属片的长度为四分之一波导波长，分别位于所述第一缝隙辐射单元和第二缝隙辐射单元的上方。
[0014]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0015]1.本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线在没有引入任何反射器以及引向器的情况下实现了很好的定向性。
[0016]2.本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线没有引入任何反射器以及引向器，天线结构紧凑、尺寸小。
[0017]3.本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线设计简单，体积小，成本低，平面结构易于集成，可以应用于多种无线通信终端上。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线的二维结构示意图；
[0019]图2为图1所述缝隙天线的竖截面剖视图；
[0020]图3为实施例中小型化定向缝隙天线的散射参数仿真结果。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0022]本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线的三维结构如图1所示，主要包括板状电介质基板10、基板10上表面金属箔形成的馈电结构11、基板10下表面金属箔形成的接地板12以及在接地板12中挖槽而形成的缝隙结构13。
[0023]本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线的二维结构如图2所示，馈电结构11包括了第一馈电子结构110，馈电子结构110端口处为50欧姆的阻抗匹配。第二馈电子结构111，包括112与114两个部分，其中112与114的长度相差四分之一波导波长。第三馈电子结构113、115，其中馈电子结构113和115相同，馈电子结构113和115为四分之一波导波长。为了达到更好的阻抗匹配，第一馈电子结构110连接第二馈电子结构111处做了削尖处理。馈电子结构110的位置偏离馈电子结构111的中心八分之一波导波长从而致使112与114的长度相差四分之一波导波长。缝隙结构13包括了缝隙辐射单元131和132以及隔离缝隙133 (不参与辐射，起隔离作用)。缝隙辐射单元131与132相同，长度为四分之一波导波长，其中心距离相隔为四分之一空间波长。整个天线的工作方式是电磁信号从馈电单元110端口处输入，耦合到两个缝隙形成的天线单元辐射出去，接收信号的方式则相反。
[0024]本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线整体制作在双面覆铜的介质基板上，如图1所示。本实用新型的核心内容在于通过给相距四分之一空间波长的两缝隙天线90°相差馈电，天线取得很好的定向性。
[0025]本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线以印刷电路板的方式制作在介电常数为4.2，厚度为1.5mm的聚四氟乙烯双面覆铜微带板上，使用机械刻制、激光刻制、电路板腐蚀等技术均可容易地制作。本实用新型所述的一种小型化定向缝隙天线15dB反射损耗范围为5.0GHz到6.1GHz，整体尺寸为38_X29mm。
[0026]如图3所示，本实用新型的缝隙天线15dB反射损耗范围为5.0GHz到6.1GHz，相对带宽达到了 20%，覆盖了 WLAN (5.15-5.825GHz), WiMAX (5.250-5.850GHz)等频段。中心频率5.5GHz处前后比达到了 15dB。整个天线大小为38mmX 29mm，SP 1.25 λ gX0.95 λ g，λ g为中心频率5.5GHz处的波导波长。
[0027]图3显示了本实施例中小型化定向缝隙天线的散射参数仿真结果，横轴表示本实施例中小型化定向缝隙天线的信号频率，纵轴表示回波损耗(Sll)的幅度。在本实施例的小型化定向缝隙天线的信号发射过程中，信号的部分功率被反射回信号源，被反射的功率成为反射功率。Sll表示通过本实施例中小型化定向缝隙天线的信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系，其相应的数学函数如下:反射功率/入射功率=20*log|Sll|。
[0028]该小型化定向缝隙天线15dB回波损耗范围为5.0GHz到6.1GHz，相对带宽达到了20%，覆盖了 WLAN(5.15-5.825GHz), WiMAX(5.250-5.850GHz)等频段。中心频率 5.5GHz 处前后比达到了 15dB。整个天线大小为38mmX29mm，即1.25 AgX0.95 Ag，Ag为中心频率5.5GHz处的波导波长。
[0029]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种小型化定向缝隙天线，包括板状介质基板和接地板，其特征在于，还包括:金属箔馈电结构和缝隙结构，其中， 所述金属箔馈电结构位于板状介质基板的上表面，其包括第一馈电子结构、第二馈电子结构和第三馈电子结构，所述第一馈电子结构连接所述第二馈电子结构，所述第一馈电子结构与所述第二馈电子结构的连接点将第二馈电子结构分为两个部分，这两个部分的长度相差四分之一波导波长；所述第三馈电结构包括两个结构相同的馈电金属片，所述两个馈电金属片分别与所述第二馈电子结构的两端相连接； 所述缝隙结构位于接地板上，包括第一缝隙辐射单元、第二缝隙辐射单元，以及位于第一缝隙辐射单元与第二缝隙辐射单元之间的隔离缝隙。2.根据权利要求1所述的一种小型化定向缝隙天线，其特征在于:所述第一缝隙辐射单元与第二缝隙辐射单元结构相同且都为开路缝隙，长度为四分之一波导波长，二者的中心距离相隔四分之一空间波长。3.根据权利要求1所述的一种小型化定向缝隙天线，其特征在于:所述第一馈电子结构连接第二馈电子结构处做了削尖处理。4.根据权利要求1所述的一种小型化定向缝隙天线，其特征在于:所述第三馈电结构的两个馈电金属片的长度为四分之一波导波长，分别位于所述第一缝隙辐射单元和第二缝隙辐射单元的上方。
【专利摘要】本实用新型公开了一种小型化定向缝隙天线，包括金属箔馈电结构和缝隙结构，其中金属箔馈电结构位于板状介质基板的上表面，其包括第一馈电子结构、第二馈电子结构和第三馈电子结构；第一馈电子结构连接所述第二馈电子结构，第一馈电子结构与所述第二馈电子结构的连接点将第二馈电子结构分为两个部分，这两个部分的长度相差四分之一波导波长；第三馈电结构包括两个结构相同的馈电金属片，两个馈电金属片分别与第二馈电子结构的两端相连接；缝隙结构位于接地板上，包括第一缝隙辐射单元、第二缝隙辐射单元和隔离缝隙。本实用新型的小型化定向缝隙天线结构紧凑、尺寸小、成本低、易于集成，适合应用于目前的小型无线终端中。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q13/08
【公开号】CN204741076
【申请号】CN201520417285
【发明人】陈付昌, 胡豪涛, 褚庆昕, 涂治红
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月16日