本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種多層PCB電小惠更斯源天線。

背景技術(shù)：

隨著無線通信的飛速發(fā)展，通信設(shè)備對天線的高型能和小型化要求越來越高。電小惠更斯源天線因其天生具有的高方向性，寬波束，小尺寸等特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，考慮到電小惠更斯源天線必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)電偶極子和磁偶極子的同幅同相激勵(lì)，因而具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)難度。目前的電小惠更斯源天線的設(shè)計(jì)包括兩大類：一是利用雙端口雙天線的結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)，這樣的設(shè)計(jì)方式無法避免兩個(gè)端口間的隔離度問題，并且雙端口雙天線不易于匹配，不易與后端設(shè)備集成；二是利用單個(gè)端口直接激勵(lì)，但是目前的單端口饋電設(shè)計(jì)的電小惠更斯源天線都是3-D立體結(jié)構(gòu)，不易加工，需要繁瑣的安裝流程，且機(jī)械性能差。考慮到電小惠更斯源天線的發(fā)展史，一款平面結(jié)構(gòu)的，高方向性的邊射電小惠更斯源天線設(shè)計(jì)具有重要的科研和工程意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供具有高定向輻射特性的多層PCB惠更斯源天線。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種多層PCB電小惠更斯源天線，包括：上層介質(zhì)基板，其上設(shè)置有第一轉(zhuǎn)接孔和第二轉(zhuǎn)接孔；第一中層介質(zhì)基板，其上設(shè)置有第三轉(zhuǎn)接孔和第四轉(zhuǎn)接孔；下層介質(zhì)基板，其上設(shè)置有第一饋線通孔和第二饋線通孔；第一半固化片，位于所述上層介質(zhì)基板和所述第一中層介質(zhì)基板之間，其上設(shè)置有第五轉(zhuǎn)接孔和第六轉(zhuǎn)接孔；第二半固化片，設(shè)置在所述第一中層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板之間；上層磁偶極子貼片，貼設(shè)于所述上層介質(zhì)基板的上表面；第一下層磁偶極子貼片和第二下層磁偶極子貼片，貼設(shè)于所述第一中層介質(zhì)基板的下表面且二者之間具有間隙，所述第一下層磁偶極子貼片通過所述第三轉(zhuǎn)接孔、所述第五轉(zhuǎn)接孔和所述第一轉(zhuǎn)接孔連接于所述上層磁偶極子貼片，所述第二下層磁偶極子貼片通過所述第四轉(zhuǎn)接孔、第六轉(zhuǎn)接孔和第二轉(zhuǎn)接孔連接于所述上層磁偶極子貼片；電偶極子貼片，貼設(shè)于所述第一中層介質(zhì)基板的上表面；第一激勵(lì)條帶和第二激勵(lì)條帶，設(shè)置在所述下層介質(zhì)基板上。

可選地，所述上層磁偶極子貼片為正方形，所述第一下層磁偶極子貼片和所述第二下層磁偶極子貼片為矩形。

可選地，所述上層磁偶極子貼片的邊長為1.2mm-1.8mm。

可選地，所述電偶極子貼片為工字形，并且包括主臂和位于該主臂兩端的兩個(gè)支臂，所述主臂的中心與所述上層磁偶極子貼片的中心對齊，且所述主臂的長度不小于所述上層磁偶極子貼片的邊長。

可選地，所述第一轉(zhuǎn)接孔、所述第二轉(zhuǎn)接孔、所述第三轉(zhuǎn)接孔、所述第四轉(zhuǎn)接孔、所述第五轉(zhuǎn)接孔以及所述第六轉(zhuǎn)接孔的數(shù)量均為兩個(gè)。

可選地，還包括位于所述第二半固化片和所述下層介質(zhì)基板之間的第二中間介質(zhì)基板和第三半固化片，所述第三半固化片位于所述第二中間介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板之間。

可選地，所述上層介質(zhì)基板、所述第二中間介質(zhì)基板以及所述下層介質(zhì)基板厚度相同，所述第二中間介質(zhì)基板的厚度大于所述上層介質(zhì)基板的厚度。

可選地，所述第一激勵(lì)條帶包括貼設(shè)在所述下層介質(zhì)基板上表面的第一饋線和開設(shè)在所述下層介質(zhì)基板的第一饋線通孔，所述第一饋線與所述第一饋線通孔相連；所述第二激勵(lì)條帶包括貼設(shè)在所述下層介質(zhì)基板上表面的第二饋線和開設(shè)在所述下層介質(zhì)基板的第二饋線通孔，所述第二饋線的一端與所述第二饋線通孔相連。

可選地，所述第一饋線通孔與同軸電纜的外導(dǎo)體相連，所述第二饋線通孔與同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體相連。

可選地，所述第一下層磁偶極子貼片和所述第二下層磁偶極子貼片之間的間隙為0.1mm-0.3mm。

通過上述技術(shù)方案，一方面，該電小惠更斯源天線采用多層PCB工藝，制作簡單，重量輕，易于加工，制作成本低；另一方面，該電小惠更斯源天線利用近場寄生耦合饋電的方式，將電偶極子貼片嵌入到兩層磁偶極子貼片中，并利用下層介質(zhì)基板上的激勵(lì)條帶激勵(lì)電偶極子和磁偶極子協(xié)同工作，盡可能地實(shí)現(xiàn)了電小惠更斯源天線的平面邊射特性設(shè)計(jì)和電小特性設(shè)計(jì)，該電小惠更斯源天線方向性、前后比較高并且具有非常良好的定向輻射特性和較高的輻射效率。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線介質(zhì)基板的爆炸圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的上層介質(zhì)基板的俯視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的第一中間介質(zhì)基板的俯視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的第一中間介質(zhì)基板的仰視圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的下層介質(zhì)基板的俯視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的反射系數(shù)|S₁₁|和頻率的關(guān)系曲線圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層PCB電小惠更斯源天線的諧振點(diǎn)的仿真輻射特性。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1和圖6所示，本發(fā)明提供的一種多層PCB電小惠更斯源天線，包括：由上到下依次設(shè)置的上層介質(zhì)基板1、第一中層介質(zhì)基板2、第二中層介質(zhì)基板3、下層介質(zhì)基板4，相鄰兩層介質(zhì)基板之間均設(shè)置有半固化片，以用于粘連相鄰的兩層介質(zhì)基板。其中，上層介質(zhì)基板1上設(shè)置有第一轉(zhuǎn)接孔11和第二轉(zhuǎn)接孔12；第一中層介質(zhì)基板2上設(shè)置有第三轉(zhuǎn)接孔21和第四轉(zhuǎn)接孔22；下層介質(zhì)基板4上設(shè)置有第一饋電孔43和第二饋電孔44；本發(fā)明中，第一半固化片5位于上層介質(zhì)基板1和第一中層介質(zhì)基板2之間，其上設(shè)置有第五轉(zhuǎn)接孔51和第六轉(zhuǎn)接孔52；第二半固化片6設(shè)置在第一中層介質(zhì)基板3和下層介質(zhì)基板4之間。另外，在本發(fā)明中，第一中間介質(zhì)基板2與下層介質(zhì)基板4中間還設(shè)置有第二中間介質(zhì)基板3，這里，第二中間介質(zhì)基板3主要的用于調(diào)節(jié)第一中間介質(zhì)基板2與下層介質(zhì)基板4的間隔距離，即，調(diào)節(jié)激勵(lì)條帶與偶極子的耦合距離。相應(yīng)地，第二半固化片6設(shè)置在第一中間介質(zhì)基板2與第二介質(zhì)基板3之間，并且第二中間介質(zhì)基板3與下層介質(zhì)基板4之間設(shè)置有第三半固化片7。

如圖2、圖3所示，上層介質(zhì)基板1的上表面貼設(shè)有上層磁偶極子貼片13，第一中間介質(zhì)基板2的下表面貼設(shè)有第一下層磁偶極子貼片23和第二下層磁偶極子貼片24，并且第一下層磁偶極子貼片23和第二下層磁偶極子貼片24之間可以具有一定距離的間隙，該間隙的設(shè)計(jì)是基于容性裂口諧振環(huán)的原理。另外，第一下層磁偶極子貼片23通過第三轉(zhuǎn)接孔21、第五轉(zhuǎn)接孔51和第一轉(zhuǎn)接孔11連接于上層磁偶極子貼片13，第二下層磁偶極子貼片24通過第四轉(zhuǎn)接孔22、第六轉(zhuǎn)接孔52和第二轉(zhuǎn)接孔12連接于上層磁偶極子貼片13；即，磁偶極子是由貫穿上層介質(zhì)基板1和第一中層介質(zhì)基板2的轉(zhuǎn)接孔連接位于上層介質(zhì)基板1的上表面和第一中層介質(zhì)基板2的下表面金屬貼片而得到。這里，需要說明的是，本發(fā)明中，所有轉(zhuǎn)接孔均為金屬過孔，即，可以在介質(zhì)基板的通孔的內(nèi)壁表面貼設(shè)有金屬貼片以形成金屬過孔。第一轉(zhuǎn)接孔11、第二轉(zhuǎn)接孔12、第三轉(zhuǎn)接孔21、第四轉(zhuǎn)接孔22、第五轉(zhuǎn)接孔51和第六轉(zhuǎn)接孔52、上層磁偶極子貼片13、第一下層磁偶極子貼片23和第二下層磁偶極子貼片24共同組成磁偶極子。

電偶極子貼片25貼設(shè)于第一中層介質(zhì)基板2的上表面，即電偶極子貼片25相當(dāng)于嵌套在上層磁偶極子13和下層磁偶極子之間。另外，本發(fā)明中還設(shè)置有第一激勵(lì)源和第二激勵(lì)源，設(shè)置在下層介質(zhì)基板4上。

具體地，在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施方式中，如圖2和圖3所示，上層磁偶極子貼片13可以為正方形貼片，第一下層磁偶極子貼片23和第二下層磁偶極子貼片24可以為相同大小的矩形；在惠更斯源天線實(shí)際制造過程中，為了加工方便，節(jié)省時(shí)間，可以優(yōu)先選用兩片尺寸相同的正方形貼片，并且，第一中間介質(zhì)基板2下表面的正方形貼片可以沿豎直中心線方向開設(shè)溝槽以形成矩形結(jié)構(gòu)的第一下層磁偶極子貼片23和第二下層磁偶極子貼片24，本發(fā)明中，上層磁偶極子貼片13的邊長為1.2mm-1.8mm，第一下層磁偶極子貼片23和第二下層磁偶極子貼片24之間的間隙為0.1mm-0.3mm，電偶極子貼片25為工字形的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且包括主臂和位于該主臂兩端的兩個(gè)支臂，主臂的中心與上層磁偶極子貼片13的中心對齊，且主臂的長度不小于上層磁偶極子貼片13的邊長，這里。電偶極子貼片25的主臂伸出上層磁偶極子13和兩個(gè)下層磁偶極子的兩個(gè)支臂為主要的輻射部分，這里，兩個(gè)支臂也可以做成半圓形，其原理與目的類似以上描述，此處不再一一贅述。

另外，在本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施方式中，如圖2和圖3所示，第一轉(zhuǎn)接孔11、第二轉(zhuǎn)接孔12、第三轉(zhuǎn)接孔21、第四轉(zhuǎn)接孔22、第五轉(zhuǎn)接孔51以及第六轉(zhuǎn)接孔52的數(shù)量均為兩個(gè)，這里，由于磁偶極子的設(shè)計(jì)采用的是基片集成波導(dǎo)技術(shù)，并且受到惠更斯源天線本身結(jié)構(gòu)尺寸的限制，所以作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，轉(zhuǎn)接孔的數(shù)量均設(shè)置為兩個(gè)孔，其他的變形方式中，如果將該惠更斯源天線應(yīng)用在低頻段，轉(zhuǎn)接孔也可以設(shè)計(jì)為多個(gè)，其目的與原理類似以上描述，此處不再一一贅述。另外，上層磁偶極子貼片13、第一下層磁偶極子貼片23、第二下層磁偶極子貼片24、以及電偶極子貼片25均采用金屬貼片，具體可以均為厚度相同的覆銅薄膜。

具體地，如圖4所示，第一激勵(lì)條帶包括貼設(shè)在下層介質(zhì)基板4上的第一饋線41和貫穿下層介質(zhì)基板4的第一饋線通孔43，第一饋線41與第一饋線通孔43相連；第二激勵(lì)條帶包括下層介質(zhì)基板4上的第二饋線42和貫穿下層介質(zhì)基板4的第二饋線通孔44，第二饋線42與第二饋線通孔44相連，這里，第一饋線41為與第二饋線42均為金屬貼片，該金屬貼片由半圓形金屬貼片和矩形金屬貼片構(gòu)成；第一饋線通孔43與第二饋線通孔44亦為金屬通孔，并且第一饋線通孔43與同軸電纜8的外導(dǎo)體相連，第二饋線通孔44與同軸電纜8的內(nèi)導(dǎo)體相連，第一饋線通孔43和第二饋線通孔44大小的設(shè)計(jì)可以根據(jù)具體的同軸電纜8的接頭型號進(jìn)行設(shè)計(jì)。

如圖1和圖6所示，本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施方式中，上層介質(zhì)基板1、第二中層介質(zhì)基板3、下層介質(zhì)基板4厚度相同，并且，第一中間介質(zhì)基板2厚度大于上層介質(zhì)基板1，這樣，可以保證電偶極子和磁偶極子的相位中心盡可能的靠近，上層介質(zhì)基板1與第一中間層介質(zhì)基板2的厚度比具體可以根據(jù)實(shí)際工作需要合理地配置。

通過上述技術(shù)方案，一方面，該電小惠更斯源天線采用多層PCB工藝，制作簡單，重量輕，易于加工，制作成本低；另一方面，該電小惠更斯源天線利用近場寄生耦合饋電的方式，將電偶極子貼片嵌入到兩層磁偶極子貼片中，并利用下層介質(zhì)基板上的激勵(lì)條帶激勵(lì)電偶極子和磁偶極子協(xié)同工作，盡可能地實(shí)現(xiàn)了電小惠更斯源天線的平面邊射特性設(shè)計(jì)和電小特性設(shè)計(jì)，該電小惠更斯源天線方向性、前后比較高并且具有非常良好的定向輻射特性和較高的輻射效率。

本發(fā)明的提供一個(gè)具體實(shí)施例，上層介質(zhì)基板1、第二中間介質(zhì)基板3、下層介質(zhì)基板4厚度均為0.127mm，第一中間介質(zhì)基板2的厚度為0.387mm，第一半固化片5、第二半固化片6以及第三半固化片7采用厚度為0.9mm的Fastrise FR-27半固化片進(jìn)行粘連，第一轉(zhuǎn)接孔11、第二轉(zhuǎn)接孔12、第三轉(zhuǎn)接孔21、第四轉(zhuǎn)接孔22、第五轉(zhuǎn)接孔51以及第六轉(zhuǎn)接孔52半徑均為0.2mm，其他尺寸參數(shù)可以參照表1，根據(jù)上述參數(shù)，可以使用HFSS13.0對所設(shè)計(jì)的多層PCB惠更斯源天線的反射系數(shù)|S₁₁|的特性參數(shù)進(jìn)行仿真分析，給出了該多層PCB惠更斯源天線工作在28GHz附近的一個(gè)仿真實(shí)施例。

參數(shù)曲線如圖6和圖7所示，該天線的10-dB相對阻抗帶寬為2.58％，通帶內(nèi)的輻射效率在84.22％-93.18％之間，峰值可實(shí)現(xiàn)增益在3.28-4.61dB之間，前后比在3.18-14.77dB之間，可見該多層PCB惠更斯源天線在具有緊湊結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還具有良好的輻射性能以及較高方向性和較高的前后比，并且該多層PCB惠更斯天線可以運(yùn)用于5G通信的Ka頻段。

表1各參數(shù)最佳尺寸表

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。