專利名稱：一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貼片天線，特別是一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線。
背景技術(shù)：
微帶天線通常由介質(zhì)板材經(jīng)過光刻或蝕刻工藝制成。介質(zhì)板材通常由三部分組成中 間為一層較厚的介質(zhì)基板(通常由聚四氟乙烯玻璃纖維或陶瓷粉等制成)，外層為兩面的 金屬皮(通常為銅)。在一面金屬皮上刻出一個(gè)正方形(或長(zhǎng)方形、圓形)，其余金屬部 分被去掉(即露出介質(zhì)材料)，則留下來的正方形金屬片即為微帶天線中的輻射貼片，而 另一面金屬皮即是微帶天線的接地板。采用完整正方形貼片設(shè)計(jì)的微帶天線通常為線極化 天線，但若將輻射貼片表面開槽或切掉兩個(gè)角，則此時(shí)的微帶天線也可作為圓極化天線來 使用。微帶天線的饋電方式有很多種，最常用的四種分別是微帶線、同軸探針、口面耦合、
近耦合。在微帶天線的某些應(yīng)用中，如機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線系統(tǒng)，要求在方位角360度、仰角 5度到卯度范圍內(nèi)保持很好的覆蓋。這對(duì)天線的低仰角增益性能提出了很高的要求，而常規(guī) 的微帶天線并不能很好的解決這個(gè)問題。
電磁帶隙結(jié)構(gòu)是一種介質(zhì)材料在另一種介質(zhì)材料中周期分布所組成的周期結(jié)構(gòu)。這樣 可以抑制由輻射元激勵(lì)而在基底中傳播的表面波，增加天線耦合到空間的電磁波輻射功率。 對(duì)表面波的抑制不僅可以提高天線的效率，而且可以削弱由表面波在天線基底周圍繞射而 產(chǎn)生的旁瓣電平。但傳統(tǒng)電磁帶隙結(jié)構(gòu)對(duì)天線低仰角性能的改善效果卻并不能讓人滿意。 同時(shí)，傳統(tǒng)的電磁帶隙結(jié)構(gòu)需要在介質(zhì)材料中摻雜其他材料或打孔(稱為基底打孔型)，制
作與分析都比較復(fù)雜(參見朱方明,林青春.新型電磁(光子)晶體貼片天線的研究進(jìn)展.電
波科學(xué)學(xué)報(bào)，2002年4月,第17巻第2期)。盡管在1998年， 一種針對(duì)微帶線的新型電磁帶隙 結(jié)構(gòu)被提出(參見Yasushi Horri， Makoto Tsutsumi. Harmonic control by photonic band-gap on microstrip patch antenna. IEEE Microwave and Guided wave Letters, 1999, 9(1): 13 15)， 它 不需要在介質(zhì)基板上打孔，只需在接地金屬板上蝕刻出周期結(jié)構(gòu)(稱為高阻抗表面型)， 就可實(shí)現(xiàn)光子晶體的性能，這大大降低了工作的難度，但此種電磁帶隙對(duì)天線低仰角性能 的改善也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以提高天線低仰角性能的 帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線。
本發(fā)明的技術(shù)方案 一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線，中間為一層介質(zhì)基板，外 層為兩面的金屬皮， 一面為天線輻射貼面，另一面為接地板，其特點(diǎn)在于在所述的天線 輻射貼片所在的金屬面上，制出若干不饋電的正方形小貼片稱為周期單元，組成不完整的n Xn的正方形塊陣，所謂不完整塊陣指nXn的正方形塊陣的中心部分并不放置周期單元，空
出來的位置被有饋電的輻射帖片所代替。
當(dāng)圍繞輻射貼片的不完整帶隙周期單元數(shù)m^5時(shí)，同時(shí)將接地板邊緣去掉某個(gè)寬度的方 形環(huán)。
本發(fā)明原理本發(fā)明中的不完整帶隙結(jié)構(gòu)，既不同于傳統(tǒng)的基底打孔型，也不同于高
阻抗表面型。它是在天線輻射貼片所在的金屬面上，用與制備輻射貼片相同的方法，制出
若干不饋電的正方形小貼片稱為周期單元，組成不完整的一個(gè)nXn的正方形塊陣。所謂不 完整塊陣指的是這個(gè)nXn的正方形塊陣的中心部分并不放置周期單元，空出來的位置被有 饋電的輻射帖片所代替。這樣，當(dāng)電磁波被饋電系統(tǒng)(例如微帶線饋電、詞軸電纜饋電) 注入到輻射貼片中時(shí)，在輻射貼片將其諧振產(chǎn)生的一部分電磁波輻射到自由空間(天線系 統(tǒng)上方的空氣)中時(shí)，另一部分電磁波經(jīng)由介質(zhì)板傳遞到輻射貼片周圍的正方形周期單元 中。因此，盡管周期單元不被饋電，但仍有電磁波經(jīng)由它們輻射到自由空間中。由于微帶 天線系統(tǒng)的低仰角增益就是介質(zhì)板上方且靠近介質(zhì)板位置的增益，所以正是由周期單元輻 射出去的這部分電磁波改善了天線系統(tǒng)的低仰角增益性能。
本發(fā)明與現(xiàn)有相比的優(yōu)點(diǎn)在于由于本發(fā)明在傳統(tǒng)貼片天線基礎(chǔ)上，在輻射貼片所在 平面上附加與輻射貼片共面且材質(zhì)相同的周期性正方形貼片單元(不對(duì)其進(jìn)行饋電，數(shù)目 可根據(jù)具體應(yīng)用條件而增減)，提高了傳統(tǒng)貼片天線的低仰角增益性能；同時(shí)當(dāng)圍繞輔射 貼片的周期單元數(shù)較多時(shí)(天線工作在X頻段時(shí)，m值為5)，可將接地板邊緣蝕刻掉某個(gè) 寬度的方形環(huán)，形成不完整地板結(jié)構(gòu)。這樣，介質(zhì)板的兩面金屬皮都有覆蓋不住的介質(zhì)板 部分。這部分裸露的介質(zhì)板與介質(zhì)天線的工作原理類似，同樣產(chǎn)生輻射，因此可以進(jìn)一步 提高天線系統(tǒng)的低仰角增益。


圖1為本發(fā)明帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的微帶天線的正面圖(同軸線饋電)； 圖2為本發(fā)明帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的微帶天線的背面圖(同軸線饋電)； 圖3為本發(fā)明帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的微帶天線的側(cè)面圖(同軸線饋電)； 圖4為當(dāng)本發(fā)朋采取不完整接地板結(jié)構(gòu)，即將貼片天線的金屬接地板邊緣去掉某個(gè)寬
度的方形環(huán)時(shí)的天線背面圖5為本發(fā)明對(duì)于圍繞輻射貼片的不完整帶隙周期單元為5圈(即111=5)時(shí)的正面示意圖； 圖6為(1>=0°平面內(nèi)，傳統(tǒng)天線與單純加入不完整帶隙結(jié)構(gòu)天線的右旋增益情況(頻率
為X頻段某值)示意圖7為(1>=0°平面內(nèi)，傳統(tǒng)天線與本發(fā)明天線的右旋增益情況(頻率為X頻段某值)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l、 2、 3所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括中間為介質(zhì)基板，外層為兩面的金屬皮， 一面 為采用與制備傳統(tǒng)輻射貼片相同的方法制出若干不饋電的正方形小貼片稱為周期單元，組
成不完整的nXn的正方形塊陣，所謂不完整塊陣指nXn的正方形塊陣的中心部分并不放置 周期單元，空出來的位置被有饋電的輻射帖片所代替。n通常大于l。
如圖4、 5、 6所示，同時(shí)本發(fā)明在周期結(jié)構(gòu)較多，即m值較大,如n^5時(shí)時(shí)，將貼片天線 的金屬接地板邊緣去掉某個(gè)寬度的方形環(huán)，形成不完整地板結(jié)構(gòu)。m值的一般確定方法為-在具體的工程要求下，通過仿真軟件(如AnsoftHFSS)考察其性能，決定是否需要附加不 完整地板結(jié)構(gòu)。
如圖6、 7所示，本發(fā)明的仿真結(jié)果表明，在L頻段和X頻段，對(duì)貼片天線的低仰角性能有明 顯的改善。例如在X頻段，附加5圈不完整帶隙結(jié)構(gòu)的天線的70度低仰角增益要比傳統(tǒng)貼片 天線平均高出2dB左右；而進(jìn)一步采用不完整接地板結(jié)構(gòu)的天線又比單純采用附加周期輻射 單元的天線在相同條件下的增益平均提高ldB左右。
權(quán)利要求
1、一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線，中間為一層介質(zhì)基板，外層為兩面的金屬皮，一面為天線輻射貼面，另一面為接地板，其特征在于在所述的天線輻射貼片所在的金屬面上，制出若干不饋電的正方形小貼片稱為周期單元，組成不完整的n×n的正方形塊陣，所謂不完整塊陣指n×n的正方形塊陣的中心部分并不放置周期單元，空出來的位置被有饋電的輻射帖片所代替。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線，其特征在于所述的n 大于l。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線，其特征在于當(dāng)圍繞輻射貼片的不完整帶隙周期單元數(shù)m》5時(shí)，同時(shí)將接地板邊緣去掉某個(gè)寬度的方形環(huán)。
全文摘要
一種帶有不完整帶隙結(jié)構(gòu)的貼片天線，在天線輻射貼片所在的金屬面上，制出若干不饋電的正方形小貼片稱為周期單元，組成不完整的n×n的正方形塊陣，所謂不完整塊陣指n×n的正方形塊陣的中心部分并不放置周期單元，空出來的位置被有饋電的輻射帖片所代替；此外，當(dāng)圍繞輻射貼片的不完整帶隙周期單元數(shù)較多時(shí)，同時(shí)將接地板邊緣去掉某個(gè)寬度的方形環(huán)，形成不完整地板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可有效地提高傳統(tǒng)貼片天線的低仰角增益性能。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101183744SQ20071017839
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者呂善偉, 趙曉紀(jì) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)