[發(fā)明專利]一種基于多模諧振的低剖面寬帶貼片天線

在審

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• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113764893A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 徐溯;張際;刁楊華;劉元瑩;陳志;陳董秀;侯超;姚鵬;張懿;胡航;陳永明
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q13/10
• 代理公司: 北京華際知識產(chǎn)權代理有限公司 11676
• 代理人: 俞璇

本發(fā)明涉及微波與天線技術領域，尤其涉及一種基于多模諧振的低剖面寬帶貼片天線，包括從上到下依次設置的矩形貼片、介質(zhì)基板和金屬地面，矩形貼片的輻射邊加載第一短路壁，矩形貼片的非輻射邊加載相對的第二短路壁和第三短路壁，矩形貼片的下方設置有短路銷釘組成的陣列，短路銷釘貫穿介質(zhì)基板。本發(fā)明低剖面，但中心帶寬可以達到21.7％的，通過加載短路壁使得天線的輻射方向圖有所改善，E面旁瓣降低，有效減小H面交叉極化。

技術領域

本發(fā)明涉及微波與天線技術領域，尤其涉及一種基于多模諧振的低剖面寬帶貼片天線。

背景技術

微帶貼片天線是微帶天線中最基本、最常見的形式。微帶貼片天線結構簡單，由底層的導體接地板，中間層的介質(zhì)基板和上層的導體貼片構成，因為介質(zhì)基板厚度相比波長很小，所以能實現(xiàn)小型化。微帶天線的低剖面平面結構是其最顯著的特點，所以易與柱面、曲面等形狀的載體共形。但是低剖面結構也導致了微帶貼片天線形如漏波空腔，諧振特性近似RLC并聯(lián)諧振電路，Q值高，因此天線的阻抗帶寬很窄。

目前雙模諧振低剖面寬帶貼片天線，分別采用差分饋電和孔徑耦合饋電，通過增加短路銷釘能有效增強工作帶寬至13％，但也由于一種模式諧振頻率增加，使得E面副瓣急劇上升到0dB附近。

目前主要有以下一些方法展寬微帶天線帶寬：

(1)使用高厚度或者使用低介電常數(shù)的介質(zhì)基板來降低等效電路Q值，從而增加阻抗帶寬，但是這種平面天線中的表面波泄漏增加，導致輻射效率較差；

(2)改進饋電方式，例如采用電磁耦合饋電，使用L形探針饋電等方式，但是天線輻射模式會隨頻率變化，而且交叉極化較高；

(3)用寄生元件組合多種耦合諧振模式增加帶寬，但其體積會增大很多，會破壞微帶貼片天線的低剖面特性。

另外在輻射貼片上蝕刻U形槽，在主諧振點附近引入了額外的諧振模式來展寬帶寬，但天線的厚度較大；類似結構還有單層E形微帶天線、層疊E形微帶天線等。

在矩形貼片上加載多縫隙來同時激發(fā)兩個正交模式，實現(xiàn)帶寬增強和結構緊湊，在0.01λ₀的低剖面基礎上實現(xiàn)了3.8％的阻抗帶寬，但因使用高損耗的FR-4基材和蝕刻多縫隙，導致天線增益偏低，交叉極化高達-5dB。

在圓形貼片上加載短路針，重構了兩種模式的諧振頻率，在單極子輻射模式下實現(xiàn)了18％的寬阻抗帶寬，能保持0.024λ₀的低剖面特性，缺點是在工作頻帶內(nèi)輻射峰值不能穩(wěn)定；

在等邊三角形貼片下放置短路銷釘并蝕刻V形縫隙，激發(fā)兩種模式，使天線帶寬達到32％，但天線厚度也增加到0.09λ₀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于多模諧振的低剖面寬帶貼片天線，同時具有增強帶寬和改善輻射特性的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，一種基于多模諧振的低剖面寬帶貼片天線，包括從上到下依次設置的矩形貼片、介質(zhì)基板和金屬地面，矩形貼片的輻射邊加載第一短路壁，矩形貼片的非輻射邊加載相對的第二短路壁和第三短路壁，矩形貼片的下方設置有短路銷釘組成的陣列，短路銷釘貫穿介質(zhì)基板。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，矩形貼片上設置有條形縫隙，條形縫隙與短路銷釘組成的陣列平行。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，條形縫隙開設在TM_3/2，0模式的零電流位置處，短路銷釘組成的陣列開設在TM_3/2，0模式電場節(jié)點處。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，單個短路銷釘在矩形貼片的中心平面處沿x方向距離第一短路壁11距離Pin_x為：

Pin_x＝0.75P_x