一种低剖面宽带无反射贴片天线

本发明涉及一种微波通信器件，尤其涉及一种无反射贴片天线。

背景技术：

1、无反射贴片天线是能够在工作频带内、外都呈现匹配状态的贴片天线，能够在不加入隔离器、环形器的条件下，抑制带外信号的反射，避免带外反射信号影响或破坏有源器件，因此能在一定程度上简化系统，减少系统的器件数、降低损耗及成本。同时，随着无线系统速率及容量的提升，无反射贴片天线的带宽亦需要提升。然而，贴片天线的带宽通常与天线的剖面高度及复杂度相挂钩，无反射贴片天线也面临同样的问题。因此，在低剖面的条件下实现宽带贴片天线辐射功能和宽带无反射功能，将会使此类无反射贴片天线更具优势。

2、现有的宽带无反射贴片天线的设计方法主要有三种。第一种是采用双支节谐振器和一对槽加载贴片，结合u形缺陷微带与u型缺陷地组成的带阻滤波器，实现无反射贴片天线，但是存在辐射带宽及无反射带宽窄的问题，并且多个缺陷地结构增加了结构复杂度。第二种是采用u形槽加载贴片与其下方的一对四分之一波长微带耦合线，通过双天线形式，实现双频无反射贴片天线，但是辐射带宽依然较窄，并且双天线结构的尺寸较大，结构复杂。第三种是采用层叠贴片，结合耳形缺陷地实现的带阻滤波器，实现宽带无反射贴片天线，但是整体的无反射带宽依然有待提高，并且存在剖面高、地不完整、结构复杂等问题。因此，有必要提出一种低剖面条件下的宽带无反射贴片天线，在实现宽的辐射频带、宽的带外无反射频带及低剖面的同时，兼顾地的完整性、结构复杂度及尺寸。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种低剖面宽带无反射贴片天线，实现宽的辐射频带、宽的带外无反射频带及低剖面。

2、技术方案：一种低剖面宽带无反射贴片天线，包括依次层叠设置的顶层金属结构、上层介质基板、中间层金属大地、下层介质基板、底层结构；

3、顶层金属结构包括一个倒u形金属贴片和一个阶梯型金属条带；阶梯型金属条带竖直位于倒u形金属贴片的缺口中央，其顶部窄边紧邻倒u形金属贴片的中间窄线段，两者之间留有耦合间隙；

4、底层结构包括第一竖直金属条带、第二竖直金属条带、第一水平金属条带、第三竖直金属条带、一个电阻以及金属盘；其中，第三竖直金属条带在长度方向上内嵌两个交指结构；第一竖直金属条带正对所述阶梯型金属条带设置，第二竖直金属条带串接在第一竖直金属条带的顶部；第一水平金属条带的右端并联在所述第一竖直金属条带和第二竖直金属条带的连接处；第一水平金属条带的左侧沿竖直方向依次串接第三竖直金属条带、电阻以及金属盘；所述金属盘通过金属化盲孔连接中间层金属大地；所述第二竖直金属条带的顶端通过金属化过孔连接阶梯型金属条带的顶端。

5、进一步的，所述倒u形金属贴片的水平长度在0.50 λ0-0.53 λ0之间，上下长度在0.21 λ0-0.23 λ0之间，内侧缺口的水平长度在0.20 λ0-0.22 λ0之间；所述阶梯型金属条带为顶部收窄的金属条带，总长度在0.23 λ0-0.24 λ0之间，底部宽边的宽度在0.05 λ0-0.06 λ0之间。

6、进一步的，两个交指结构嵌入所述第三竖直金属条带构成宽带带阻滤波器；所述交指结构的长度在0.06 λ0-0.08 λ0之间，整体宽度占所述第三竖直金属条带线宽的88%-90%之间，两个交指结构的间距在0.03 λ0-0.05 λ0之间。

7、进一步的，所述第二竖直金属条带的长度在0.11 λ0-0.12 λ0之间，所述第一水平金属条带的长度在0.25 λ0-0.27 λ0之间。

8、进一步的，所述交指结构的等效自电感与自电容形成带阻型自谐振，并通过两个交指结构之间的距离调整带阻型自谐振之间的耦合，从而调控带阻响应的带外抑制水平。

9、进一步的，通过所述交指结构的长度调控所述带阻滤波器的谐振频率。

10、有益效果：现有的无反射贴片天线普遍存在无法在低剖面条件下同时实现宽的辐射频带、宽的无反射频带，同时天线复杂度较高，部分设计还存在地的不完整或尺寸较大的问题。本发明的关键点在于，倒u形金属贴片和阶梯型金属条带耦合支持的宽带边向辐射与内嵌交指结构支持的宽带带阻滤波器，通过接地电阻与支持匹配调节的第二竖直微带线与第一水平微带线相结合，实现低剖面宽带无反射贴片天线，具有宽带的辐射工作带宽及宽带的无反射带宽，结构简单，同时兼顾地的完整性及小尺寸。

11、具体的，工作时，倒u形金属贴片左右侧为同向竖直电流，而后向中间水平部分延伸形成水平部分的反向电流，整体为全波电流；阶梯型金属条带中具有半波竖直电流；两者通过竖直方向上的缝隙进行耦合，实现两个沿竖直方向极化的谐振点，获得宽频带边射辐射。

12、两个交指结构嵌入的第三竖直金属条带构成了宽带带阻滤波器，交指结构的等效自电感与自电容形成带阻型自谐振，两者之间的距离有利于调控带外抑制水平，交指长度可以调控带阻滤波器的谐振频率，提高交指结构整体宽度在第三竖直金属条带线宽上的占比有利于减小带阻滤波器的长度以及实现较宽的阻带带宽。

13、第二竖直微带线与第一水平微带线相连，两者的另一端分别连接阶梯型金属条带和交指结构构成的带阻滤波器，第二竖直微带线和第一水平金属条带两者可以调节顶层宽带辐射体与底层端接电阻的宽带带阻滤波器之间的阻抗匹配，实现辐射频带内的正常宽频匹配以及宽范围的带外无反射覆盖范围。

技术特征：

1.一种低剖面宽带无反射贴片天线，其特征在于，包括依次层叠设置的顶层金属结构（1）、上层介质基板（2）、中间层金属大地（3）、下层介质基板（4）、底层结构（5）；

2.根据权利要求1所述的低剖面宽带无反射贴片天线，其特征在于，所述倒u形金属贴片（101）的水平长度在0.50λ0-0.53λ0之间，上下长度在0.21λ0-0.23λ0之间，内侧缺口的水平长度在0.20λ0-0.22λ0之间；所述阶梯型金属条带（102）为顶部收窄的金属条带，总长度在0.23λ0-0.24λ0之间，底部宽边的宽度在0.05λ0-0.06λ0之间。

3.根据权利要求2所述的低剖面宽带无反射贴片天线，其特征在于，两个交指结构（505）嵌入所述第三竖直金属条带（504）构成宽带带阻滤波器；所述交指结构（505）的长度在0.06λ0-0.08λ0之间，整体宽度占所述第三竖直金属条带（504）线宽的88%-90%之间，两个交指结构（505）的间距在0.03λ0-0.05λ0之间。

4.根据权利要求2或3所述的低剖面宽带无反射贴片天线，其特征在于，所述第二竖直金属条带（502）的长度在0.11λ0-0.12λ0之间，所述第一水平金属条带（503）的长度在0.25λ0-0.27λ0之间。

5.根据权利要求3所述的低剖面宽带无反射贴片天线，其特征在于，所述交指结构（505）的等效自电感与自电容形成带阻型自谐振，并通过两个交指结构（505）之间的距离调整带阻型自谐振之间的耦合，从而调控带阻响应的带外抑制水平。

6.根据权利要求3所述的低剖面宽带无反射贴片天线，其特征在于，通过所述交指结构（505）的长度调控所述带阻滤波器的谐振频率。

技术总结本发明公开了一种低剖面宽带无反射贴片天线，将倒U形金属贴片和阶梯型金属条带耦合支持的宽带边向辐射与内嵌交指结构支持的宽带带阻滤波器，通过接地电阻与支持匹配调节的第二竖直微带线与第一水平微带线相结合，实现低剖面宽带无反射贴片天线，具有宽带的辐射工作带宽及宽带的无反射带宽，结构简单，同时兼顾地的完整性及小尺寸。技术研发人员：施金,韩平,徐凯,姜芮芮,张凌燕,郁梅受保护的技术使用者：南通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14