阅读说明：本技术 一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线 (Multi-frequency microstrip slot antenna with ground plate loaded split ring resonator slot ) 是由 李海雄 张雅琼 崔娟娟 冯治东 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线,包括金属接地板,金属接地板的上端面设置有介质基板,介质基板的上端面设置有一个矩形微带信号线,矩形微带信号线的窄边与介质基板的一边重合；金属接地板的下端面开设有一个矩形辐射缝隙,矩形辐射缝隙的长边与矩形微带信号线的长边正交设置,且矩形辐射缝隙的两个窄边相对于矩形微带信号线的两个窄边中心的连接线对称；金属接地板的下端面还开设有一个第一开口环谐振器缝隙和一个第二开口环谐振器缝隙,第一开口环谐振器缝隙位于矩形辐射缝隙一端的一侧,第二开口环谐振器缝隙位于矩形辐射缝隙另一端的另一侧。本发明的多频微带缝隙天线能够同时工作在三个频点处,能够应用于无线移动通信系统中,尤其是移动通信设备中,有效减小设备的复杂度,提升设备的可靠性。(The invention discloses a multi-frequency microstrip slot antenna with a ground plate loaded with split ring resonator slots, which comprises a metal ground plate, wherein a dielectric substrate is arranged on the upper end surface of the metal ground plate, a rectangular microstrip signal line is arranged on the upper end surface of the dielectric substrate, and the narrow edge of the rectangular microstrip signal line is superposed with one edge of the dielectric substrate; the lower end face of the metal grounding plate is provided with a rectangular radiation gap, the long edge of the rectangular radiation gap is orthogonal to the long edge of the rectangular microstrip signal line, and the two narrow edges of the rectangular radiation gap are symmetrical relative to the connecting line at the centers of the two narrow edges of the rectangular microstrip signal line; the lower end face of the metal grounding plate is also provided with a first split ring resonator gap and a second split ring resonator gap, the first split ring resonator gap is positioned on one side of one end of the rectangular radiation gap, and the second split ring resonator gap is positioned on the other side of the other end of the rectangular radiation gap. The multi-frequency microstrip slot antenna can work at three frequency points simultaneously, can be applied to a wireless mobile communication system, particularly mobile communication equipment, effectively reduces the complexity of the equipment and improves the reliability of the equipment.)

一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线

技术领域

本发明属于微带天线技术领域，具体涉及一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线。

背景技术

信息技术的快速发展在给人类生活带来了极大便利的同时，也在改变着人们的传统生产生活方式。尤其是以高速率、低延时和大容量为代表特征的第五代无线通信技术到来之后，能够将社会上的所有东西全部接入互联网，而且获得智能或者被远程控制，形成物联网系统。从此人类社会进入了智能和智慧时代。物联网就是通过射频识别(RadioFrequencyidentification,RFID)、红外感应器、无线传感技术、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备，把任何物品与Internet连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。在该网络中，无线射频识别技术是最重要的一种物品识别和信息感知技术。无线射频识别技术是一种非接触式的无线自动识别技术。于是发现，能够实现未来美好生活的很多技术都通过无线方式实现的。在无线通信系统中，天线是必须而且是最重要的设备之一，天线性能的高低对整个无线通信系统性能的优劣有重要影响。天线是无线通信系统的基本元件，实现将导线中的高频电流转换成空间传播的电磁波或相反，将空间传播的电磁波转换为导线中高频电流。

随着无线通信技术的发展，无线移动通信设备以及RFID系统中的读写器和电子标签的智能化程度越来越高。对于智能通信设备而言，无线Wi-Fi、蓝牙、智能语音、数据传输等新的功能不断被集成，于是无线移动通信设备的组成越来越复杂，而且无线通信设备在便携式的要求下不断向小型化方向发展，这就要求组成的无线移动通信设备的元器件也应该尽可能地完成多个功能，天线作为无线通信系统的基本元器件，也就需要尽可能地在多个不同频点上完成多种不同信号的接收或者发射任务。

微带天线是近年来无线移动通信设备中被广泛使用的一类天线结构形式，因为其相比偶极子天线、喇叭天线等类型，微带天线具有低剖面、易于与电路板上其他器件集成、容易实现圆极化、非全向辐射、易共形、可采用电路板印刷技术加工、成本低等各种优点。但现有的微带天线工作频点单一，在智能无线通信设备中集成天线的数量较多，导致智能无线移动通信设备的可靠性低。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线，能够实现多频点辐射，使得能够在智能无线通信设备中尽可能地减少集成天线的数量，提高智能无线移动通信设备的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以解决：

一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线，包括金属接地板，所述金属接地板的上端面设置有介质基板，所述介质基板的上端面设置有一个矩形微带信号线，所述矩形微带信号线的窄边与所述介质基板的一边重合；所述金属接地板的下端面开设有一个矩形辐射缝隙，所述矩形辐射缝隙的长边与所述矩形微带信号线的长边正交设置，且所述矩形辐射缝隙的两个窄边相对于所述矩形微带信号线的两个窄边中心的连接线对称；所述金属接地板的下端面还开设有一个第一开口环谐振器缝隙和一个第二开口环谐振器缝隙，所述第一开口环谐振器缝隙位于所述矩形辐射缝隙一端的一侧，所述第二开口环谐振器缝隙位于所述矩形辐射缝隙另一端的另一侧；所述第一开口环谐振器缝隙和所述第二开口环谐振器缝隙分别为边长相等的回字形结构，且回字形结构外框的一边设有开口，内框上远离外框开口的一边设有开口，外框上的开口和内框上的开口正对设置；所述第一开口环谐振器缝隙外框上的开口正对所述矩形辐射缝隙的一边，所述第一开口环谐振器缝隙与所述矩形辐射缝隙不连接，所述第二开口环谐振器缝隙外框上的开口正对所述矩形辐射缝隙的另一边，且其外框上的开口的一个接头与所述矩形辐射缝隙连接，另一个接头与其内框连接。

进一步地，所述矩形微带信号线的长度远大于宽度，所述矩形辐射缝隙的长度远大于宽度。

进一步地，所述介质基板为正方形结构，所述金属接地板的大小与所述介质基板的大小相同。

进一步地，所述矩形微带信号线的窄边中点与所述介质基板的一边中点重合，所述矩形微带信号线的其它三边分别与所述介质基板的其它三边对应平行，所述矩形微带信号线的长边长度大于所述介质基板的边长的一半。

进一步地，所述矩形辐射缝隙的中心与所述金属接地板的中心重合。

进一步地，所述矩形微带信号线采用铜或银制作。

进一步地，所述介质基板采用FR4环氧树脂，FR4环氧树脂的介电常数为4.4±5％，损耗角正切为0.02±5％。

进一步地，回字形结构的所述第一开口环谐振器缝隙的内框中心与其外框中心重合，回字形结构的所述第二开口环谐振器缝隙的内框中心与其外框中心重合。

进一步地，回字形结构的所述第一开口环谐振器缝隙的内框上的开口与其外框上的开口大小相同，回字形结构的所述第二开口环谐振器缝隙的内框上的开口与其外框上的开口大小相同。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线，解决了微带缝隙天线工作频点单一的问题，实现微带缝隙天线的多频工作，在微带缝隙天线辐射缝隙两侧加载两个开口环谐振器缝隙结构，使一个双频工作的微带缝隙天线变成一个三谐振点工作的天线，而且也降低了天线的原工作频点，实现了天线的小型化。也就是说，通过加载两个开口环谐振器缝隙，能够在三个不同频点上实现辐射，分别为f₀₁＝2.17±3％GHz，f₀₂＝3.45±3％GHz和f₀₃＝5.69±3％GHz，这些频点覆盖了5G无线移动通信的工作频段、WLAN的工作频段以及射频识别系统(RFID)的工作频点，能够完成智能无线终端多种不同数据的传输，其中第二个工作频段相对带宽达到18.8％，第一个和第三个谐振频点处，端口匹配效果很好，S11最小值分别达-21.0±5％dB和-24.4±5％dB。除此之外，该微带缝隙天线能够在垂直于天线平面的两个方向上产生最大辐射，实现了双向辐射。

总之，本发明设计的多频微带缝隙天线能够同时工作在三个频点处，能够应用于无线移动通信系统中，尤其是移动通信设备中，有效减小设备的复杂度，提升设备的可靠性。同时还能应用在RFID系统的读写器中，使读写器在完成射频识别功能的同时也能够实现无线通信。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明设计的接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线的透视图；

图2为本发明设计的接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线的侧视图；

图3为本发明设计的接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线的背视图；

图4为本发明设计的接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线端口反射系数随频率变化曲线；

图5为本发明设计的接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线第二谐振频点f₀₂＝3.45±3％GHz处垂直于信号线所在平面上远场辐射方向图。

图中：10-金属接地板；11-矩形微带信号线；12-第一开口环谐振器缝隙；13-矩形辐射缝隙；14-第二开口环谐振器缝隙；15-介质基板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

结合图1、图2和图3所示，作为本发明的某一具体实施方式，一种接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线，包括金属接地板10，金属接地板10的上端面设置有介质基板15，金属接地板10的大小与介质基板15的大小相同。介质基板15为正方形结构，介质基板15具有一定的厚度，介质基板15的上端面设置有一个矩形微带信号线11，矩形微带信号线11也就是缝隙天线的激励馈电线，矩形微带信号线11的长度远大于其宽度，矩形微带信号线11的窄边与介质基板15的一边缘重合，且矩形微带信号线11的窄边中点与介质基板15的一边中点重合，矩形微带信号线11的其它三边分别与介质基板15的其它三边对应平行，矩形微带信号线11的两个窄边的中点连线经过介质基板15上表面的中心，矩形微带信号线11的长边长度大于介质基板15的边长的一半。

本实施方式中，介质基板15采用FR4环氧树脂，FR4环氧树脂的介电常数为4.4±5％，损耗角正切为0.02±5％，FR4环氧树脂是一个广泛应用于电路板加工的材料，成本低，价格便宜。矩形微带信号线11的材料采用导电性较好的铜或银制作，其厚度可以忽略不计。

金属接地板10的下端面开设有一个矩形辐射缝隙13，矩形辐射缝隙13的长度远大于宽度，矩形辐射缝隙13的长边与矩形微带信号线11的长边正交设置，且矩形辐射缝隙13的两个窄边相对于矩形微带信号线11的两个窄边中心的连接线对称。矩形辐射缝隙13的中心与金属接地板10的中心重合，也就是说，矩形辐射缝隙13的两短边中点连线和两长边中点连线的交点都与正方形介质基板15上表面中心位于同一竖直方向。

如图1所示，从上往下看，矩形微带信号线11与金属接地板10上的矩形辐射缝隙13将正方形的介质基板15表面分为四个区域，与直角坐标系中的四个象限类似。在金属接地板10上的第二象限和第四象限分别对应加载设置有一个第一开口环谐振器缝隙12和一个第二开口环谐振器缝隙14。再结合图1和图3所示，也就是说，金属接地板10的下端面还开设有一个第一开口环谐振器缝隙12和一个第二开口环谐振器缝隙14，第一开口环谐振器缝隙12位于矩形辐射缝隙13一端的一侧，第二开口环谐振器缝隙14位于矩形辐射缝隙13另一端的另一侧。

第一开口环谐振器缝隙12和第二开口环谐振器缝隙14分别为边长相等的回字形结构，也就是说回字形结构的外框四条边的长度相等，内框四条边的长度相等；回字形结构的第一开口环谐振器缝隙12的内框中心与其外框中心重合，回字形结构的第二开口环谐振器缝隙14的内框中心与其外框中心重合，也就是说回字形结构的内框各边距离对应的外框各边的距离是相等的。

回字形结构外框的一边开设有开口，内框上远离外框开口的一边也开设有开口，外框上的开口和内框上的开口正对设置。回字形结构的第一开口环谐振器缝隙12的内框上的开口与其外框上的开口大小相同，回字形结构的第二开口环谐振器缝隙14的内框上的开口与其外框上的开口大小相同。如图1和图3所示，第一开口环谐振器缝隙12外框上的开口正对矩形辐射缝隙13的一边，但第一开口环谐振器缝隙12与矩形辐射缝隙13不连接；第二开口环谐振器缝隙14外框上的开口正对矩形辐射缝隙13的另一边，且其外框上的开口的一个接头与矩形辐射缝隙13连接，另一个接头与其内框连接。如图1所示，也就是说，第一开口环谐振器缝隙12和第二开口环谐振器缝隙14的外环开口都指向金属接地板10上的矩形辐射缝隙13。第二区域中的第二开口环谐振器缝隙14的外环缝隙的开口处的两个接头分别与其内环缝隙和矩形辐射缝隙13相连，具体的，左端接头与矩形辐射缝隙13相连，右端接头与其内环缝隙相连。

本发明接地板加载开口环谐振器缝隙的多频微带缝隙天线的制作方法为：

在厚度为h，边长为L的正方形的介质基板15的上表面，采用电路板印刷技术，印刷一个矩形金属贴片，即矩形微带信号线11，该矩形金属贴片两个短边连线过介质基板15上表面的中心。矩形金属贴片的一个短边与介质基板15的上表面的下边缘重合，而且两个边的中心也重合。

在介质基板15的下表面全部区域印刷金属结构，即天线的金属接地板10，然后再在金属接地板10的中心位置处刻蚀一个矩形辐射缝隙13，该矩形辐射缝隙13的长边与矩形微带信号线11的长边正交。在矩形辐射缝隙13的上方、矩形微带信号线11的左方刻蚀一个第二开口环谐振器缝隙14，第二开口环谐振器缝隙14的开口正对着矩形辐射缝隙13，第二开口环谐振器缝隙14外框上的开口的一个接头与矩形辐射缝隙13连接，另一个接头与其内框连接。在矩形辐射缝隙13的下方、矩形微带信号线11的右方刻蚀另一个第一开口环谐振器缝隙12，该第一开口环谐振器缝隙12的外侧开口同样正对矩形辐射缝隙13。

上述正方形介质基板15的组成材料为环氧树脂FR4，正方形介质基板15上下两个表面的所有金属结构采用的材料为铜或银。

基于上述实施方式，给出一具体实施例如下：

选厚度h＝(1.6±3％)mm，边长L＝(80±5％)mm，材料为FR4的正方形介质板为天线的介质基板，图中的15，在介质基板上表面，采用电路板印刷技术，印刷一个长度为(60±5％)mm，宽度为(4±2％)mm的铜质矩形金属贴片，图中的11，矩形金属贴片的一个短边与介质基板上表面下边沿重合，而且两个边缘的中心也重合，两个短边中心点连线与矩形金属贴片两个长边平行，同时也过介质基板上表面中心点。

介质基板全部表面上，印刷铜质金属层，图中的10，在介质基板下表面的金属接地板的中心附近，刻蚀一个长度为(50±5％)mm，宽度为(4±2％)mm的矩形辐射缝隙，图中的13。该矩形辐射缝隙的长边与上表面矩形金属贴片(矩形微带信号线)线长边正交。

矩形辐射缝隙13的上方、矩形微带信号线11左方的介质基板下表面，刻蚀一个宽度为(2±3％)mm，内外缝隙间距为(2±3％)mm的开口环谐振器缝隙，图中的14。该开口环谐振器缝隙左边距离介质基板上表面左边沿(10±4％)mm，开口环谐振器缝隙下边沿距离矩形辐射缝隙(图中的13)边沿(3±2％)mm，而且开口环谐振器缝隙的外侧开口环朝向矩形辐射缝隙，开口左侧通过一个宽度为1mm的缝隙与矩形辐射缝隙13连接起来，开口右端同样通过一个宽度为(1±3％)mm的缝隙与内侧开口环缝隙连接，最终形成一个与中心主辐射缝隙(矩形辐射缝隙)相连通的内外连通的开口环谐振器缝隙。

矩形辐射缝隙13的下方、矩形微带信号线11右侧的介质基板下表面，刻蚀另一个宽度为(2±3％)mm，内外开口环间距为(2±3％)mm的开口环谐振器缝隙，图中的12。该开口环谐振器缝隙右侧边缘距离下表面右侧边也是(10±5％)mm，外侧开口环缝隙的开口方向也超向矩形辐射缝隙13，开口环谐振器缝隙上边沿距离矩形辐射缝隙也是(3±2％)mm。

用专业电磁仿真软件HFSS对上述接地板加载开口环谐振器缝隙的多频天线进行仿真分析。如图4所示，给出了该天线在几何参数取某特定值时，端口反射系数随频率变化曲线。从图中可以得知，本发明设计的天线能够在三个频段上发生谐振，分别为2.08GHz～2.25GHz，3.28GHz～3.96GHz和5.43GHz～5.87GHz。其中第二个频段的绝对带宽为0.68±3％GHz，相对带宽达到18.8％，而且该频段将中国目前已经商用的5G无线移动通信系统三个工作频段3.40GHz～3.50GHz，3.50GHz～3.60GHz，3.80GHz～3.90GHz完整覆盖。第三个谐振频点带宽覆盖了中国当前微波频段RFID系统的工作频率，5.725GHz～5.875GHz。

如图5所示是本发明设计天线频点f＝3.45±3％GHz处平行于主辐射缝隙(矩形辐射缝隙)平面方向上的远场辐射方向图。由图5可知，该天线能够在垂直于天线平面所在的两个方向上产生最大辐射。总之，本发明设计的接地板加载开口环谐振器缝隙结构的微带缝隙天线是一个具有三个工作频点，两个最大辐射方向的平面天线。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。