本发明属于无线通讯领域，涉及一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线。
背景技术：
无线通信技术在近年来得到飞速发展，已经从最初的模拟无线通信发展到现在的5g无线通信。而且人们对无线通信的依赖性越来越强，当前人们的生产生活已经无法离开无线通信。作为无线电子通信设备的重要组成部件，天线承担着无线电波的接收和发射功能，实现高频电流和电磁波间的相互转换。人们对无线通信设备的要求越来越高，尤其是移动无线通信设备中的天线也需要不断的更新换代。
毫米波是一种波长在1～10mm范围内的电磁波。相比于低频段微波，毫米波应用于无线通信系统中的重要优势是毫米波拥有相当大的可用带宽，而不利影响是空气中的水蒸气等会造成强烈的吸收。例如，在3～300ghz的频谱范围内，57～64ghz是氧气吸收带，164～200ghz是水蒸气吸收带，但是潜在的可用带宽仍然有252ghz。目前，己制定技术标准或正在研究的毫米波频段主要包括60ghz、28ghz、38ghz，在60ghz频段内，全球无需许可即可使用的带宽可达7ghz～9ghz。
毫米波频段电磁波具有不少优秀的特征，所以被5g无线移动通信系统作为备选频带，在未来5g甚至是6g技术中将会得到广泛的应用。
宽带无线通信技术具有诸多技术优势，因而能获得广泛关注并被大量应用到许多军民用电子通信设备中。这些技术优点包括：1)传输速率高，宽带信号带宽达数g赫兹，可以提供较大的系统容量。2)穿透能力强，宽带电磁波具有很强的穿透树叶等障碍物的能力，宽带技术还能用于探地雷达和实现隔墙成像等。3)隐蔽性好，由于超宽带信号的发射功率十分低，信号被隐蔽在环境噪声以及其他信号中，很难被敌方检测到，因此超宽带信号被拦截和侦察到的概率很低，可以应用于隐身电子设备或安全保密通信。4)多径分辨能力很强，超宽带信号为持续时间很短的脉冲并且占空比很低，多径分量在时间上是能够分离的。在接收端宽带系统能够实现多径信号的分集接收，降低由于多径干扰引起的性能损失。5)定位能力强，信号的距离分辨能力和信号的带宽成正比。超宽带系统的距离分辨精度可以达到其他系统的成百上千倍。6)系统结构简单，且成本低，容易数字化。正是由于宽带技术具有上面诸多优点，宽带无线通信技术被广泛地应用于无线通信、雷达、探测成像、高精度定位甚至医学应用等领域。宽带无线通信技术具有重要的应用前景和理论研究价值，被学术界和工业界人士普遍看好。
宽带天线作为宽带无线电子通信系统的关键部件，其性能直接决定了整个宽带无线电子通信系统的性能，然而目前常用的宽带天线的频带均较窄，因此设计一种性能优异的宽带天线就显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术中，x波段现有天线技术中频带宽度较窄、天线增益不高且天线结构较复杂的缺点，提供一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，包括介质基板和安装在介质基板下表面的接地板，介质基板的上表面安装有馈电传输线和辐射贴片，辐射贴片为非对称矩形结构，辐射贴片短边一侧的中点刻蚀有一个矩形缺口，馈电传输线设置在边缘线的延伸线上，边缘线为辐射贴片上与矩形缺口开口侧平行的一条侧边；辐射贴片上表面刻蚀有若干个缝隙。
优选地，缝隙设有两个时，包括第一缝隙和第二缝隙；其中第一缝隙位于辐射贴片的几何中心，第二缝隙的开口位于辐射贴片上馈电传输线的安装侧。
优选地，所述第一缝隙和第二缝隙均为矩形；第二缝隙的长边侧与边缘线之间的垂直距离大于等于馈电传输线的宽度。
进一步优选地，所述第一缝隙的尺寸与矩形缺口的尺寸相同；所述第二缝隙的尺寸小于第一缝隙的尺寸。
优选地，介质基板为矩形；介质基板的厚度大于其长度和宽度之和。
优选地，馈电传输线为矩形金属结构，竖直安装在介质基板上表面下侧边缘，馈电传输线一端的短边中点与介质基板下侧边缘中心点重合，两侧竖直长边与介质基板的两侧边平行。
优选地，接地板为矩形，接地板的长度与介质基板的长度相同，接地板的宽度与介质基板的宽度相同。
优选地，接地板由金属材料制备而成；介质基板由聚四氟乙烯材料制备而成；辐射贴片由金属材料制备而成。
优选地，馈电传输线的宽度为2±2％mm，长度为20±3％mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，包括介质基板和接地板，介质基板上安装有辐射贴片，利用介质基板上表面的非对称矩形辐射贴片，结构极大以及金属贴片的不同位置加载若干个缝隙，不但缩小了天线的几何尺寸、提高了天线的增益同时还极大地拓展了天线的频带宽度，与此同时，天线的结构也非常简单，解决了当前毫米波天线设计中存在的部分问题。本发明的微带天线具有宽频带谐振、高远场辐射增益，并且天线结构非常简单，易于大规模商业应用。
进一步地，所述介质基板和接地板的结构均为矩形，所述接地板的长度与介质基板相同，所述接地板的宽度与介质基板相同。为了尽可能增大接地板的面积，将电磁能量尽可能向一个方向辐射，实现单向辐射，同时还可以减小接地板对介质基板上表面辐射结构的辐射特性。
进一步地，在辐射贴片中刻蚀多个矩形缝隙，形成多缝隙加载的微带贴片天线结构，使得本天线的谐振频带宽度展开、辐射增益提高并且具有相对简单的辐射结构。
附图说明
图1为本发明x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线的俯视结构示意图；
图2为本发明x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线的侧视结构示意图；
图3为本发明x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线的仰视结构示意图；
图4为利用三维电磁仿真软件对本发明x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线分析所得端口反射参数(s11)随频率变化曲线图。
其中：10-介质基板；11-辐射贴片；12-矩形缺口；13-第一缝隙；14-第二缝隙；15-馈电传输线；16-接地板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
为了解决毫米波天线结构复杂、谐振频带宽度有限以及远场辐射增益不高的问题，本发明基于微带结构设计了一个相对于馈电传输线非对称的矩形金属贴片作为辐射结构。
参见图1-3，一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，有一块矩形结构的介质基板10、介质基板10整个下表面覆盖着的接地板16、介质基板10上表面的馈电传输线15和介质基板10上表面右侧区域的辐射贴片11。在矩形介质基板10上表面下边沿中点处，利用电路板印刷技术，加工一个矩形金属结构作为辐射贴片11，为本发明的天线进行馈电。馈电传输线15的长边竖直放置、下侧短边水平放置并且中点与介质基板10上表面下侧边沿的中心点重合。介质基板10上表面右侧区域加工一个辐射贴片11，辐射贴片11的四个边分别与介质基板10上表面的四个边沿平行，左侧边沿与馈电传输线15的左侧边连接并在一条直线上。辐射贴片11的下侧边沿与馈电传输线15上侧边沿重合。辐射贴片11的不同位置处，利用电路板雕刻技术，刻蚀几个缝隙。辐射贴片11的右侧边沿处刻蚀一个矩形缺口12，矩形缺口12左侧边缘中点正好位于矩形金属贴片11水平中线上。辐射贴片11的中点处刻蚀第一缝隙13，第一缝隙13的几何中心与辐射贴片11的几何中心重合，且长边竖直、短边水平。沿馈电传输线15右侧竖直边延迟线，即距离辐射贴片11左下角w处，刻蚀一个第二缝隙14，第二缝隙14的左侧边缘与馈电传输线15的右侧边在一条直线上。第二缝隙14的左侧边缘与辐射贴片11左侧边界间距等于馈电传输线15的宽度。
实施例2
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
介质基板10的厚度远远小于长度和宽度。辐射贴片11、馈电传输线15和接地板16的厚度可以忽略不计，都可以是铜、银或金等导电性能较好的金属材料制备而成。
本发明天线结构的具体制作过程如下：
如图1所示，首先，选择一块长度为w＝50±3％mm，宽度为l＝50±3％mm、厚度为h＝1.6±2％mm，组成材料为聚四氟乙烯fr4的矩形介质板作为本天线的介质基板10。材料聚四氟乙烯fr4的相对介电常数为4.4±2％，损耗角正切为0.02±2％。利用电路板印刷技术，在介质基板10下表面印刷一层厚度可忽略不计的金属层作为本发明天线的接地板16。接地板16的金属厚度可以忽略不计，金属材料可以是铜、银或者金等导电性良好的材料。在介质基板10上表面下侧边沿中心附近印刷一个矩形馈电传输线15，馈电传输线15的宽度为2±2％mm，长度为20±3％mm，馈电传输线15下端边沿中线与介质基板10上表面下侧边缘重合。在介质基板10上表面中心附近，印刷一个长度为20±3％mm，宽度也是20±3％mm的辐射贴片11，辐射贴片11的厚度可以忽略不计。利用电路板雕刻技术，辐射贴片11右侧边沿中点附近刻蚀一个长10±3％mm，宽4±2％mm的矩形缺口12，矩形缺口12正好位于辐射贴片11上表面右侧边沿中点处。辐射贴片11的几何中心处，刻蚀一个长10±3％mm，宽4±2％mm的第一缝隙13，第一缝隙13的大小、方向与矩形缺口12完全相同。馈电传输线15右上侧边沿附近，辐射贴片11中刻蚀一个长度为5±2％mm，宽度为1±2％mm的第二缝隙14。细长矩形缝隙14左侧边沿距离辐射贴片11左侧边界2±2％mm，即细长矩形缝隙14左侧边沿与矩形馈电贴片15右侧边沿在同一条直线上。即完成了本发明设计天线的加工制作。
上述中，所有贴片结构的金属材料可以是铜、银或金等导电性能较好的材料。
利用三维电磁仿真软件hfss对本发明x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线进行仿真分析得知，结果如图4所示，结果表明，本发明的毫米波微带天线能够在8.56±2％ghz～11.27±2％ghz频带内用于无线信号发射，相对带宽达27.3±1％。本天线能够在工作频带内的四个频率点处谐振，而且在第四个谐振频点处，天线的远场辐射增益达到11.06±2％dbi。即本发明毫米波天线是一个宽频带高增益天线。同时本发明设计的天线是微带结构天线，具有单向辐射的特征，这也是获得高远程辐射增益的原因之一。
综上所述，本发明设计的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线是微带结构天线，结构比较简单，宽频带高增益天线，使用介质基板材料也比较常用，商用成本非常低，加工误差较小，是一个性能良好可大规模得到应用的毫米波微带结构天线。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
1.一种x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，包括介质基板(10)和安装在介质基板(10)下表面的接地板(16)，介质基板(10)的上表面安装有馈电传输线(15)和辐射贴片(11)，辐射贴片(11)为非对称矩形结构，辐射贴片(11)短边一侧的中点刻蚀有一个矩形缺口(12)，馈电传输线(15)设置在边缘线的延伸线上，边缘线为辐射贴片(11)上与矩形缺口(12)开口侧平行的一条侧边；辐射贴片(11)上表面刻蚀有若干个缝隙。
2.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，缝隙设有两个时，包括第一缝隙(13)和第二缝隙(14)；其中第一缝隙(13)位于辐射贴片(11)的几何中心，第二缝隙(14)的开口位于辐射贴片(11)上馈电传输线(15)的安装侧。
3.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，所述第一缝隙(13)和第二缝隙(14)均为矩形；第二缝隙(14)的长边侧与边缘线之间的垂直距离大于等于馈电传输线(15)的宽度。
4.根据权利要求2所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，所述第一缝隙(13)的尺寸与矩形缺口(12)的尺寸相同；所述第二缝隙(14)的尺寸小于第一缝隙(13)的尺寸。
5.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，介质基板(10)为长方体结构；介质基板(10)的厚度大于其长度和宽度之和。
6.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，馈电传输线(15)为矩形金属结构，竖直安装在介质基板(10)上表面下侧边缘，馈电传输线(15)一端的短边中点与介质基板下侧边缘中心点重合，两侧竖直长边与介质基板(10)的两侧边平行。
7.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，接地板(16)为矩形，接地板(16)的长度与介质基板(10)的长度相同，接地板(16)的宽度与介质基板(10)的宽度相同。
8.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，接地板(16)由金属材料制备而成；介质基板(10)由聚四氟乙烯材料制备而成；辐射贴片(11)由金属材料制备而成。
9.根据权利要求1所述的x波段多缝隙加载宽带毫米波微带天线，其特征在于，馈电传输线(15)的宽度为2±2％mm，长度为20±3％mm。
技术总结