1.本发明属于天线技术领域，具体是一种多频带矩形环缝隙天线。
背景技术：2.全球卫星导航系统是一个国家科技实力和综合国力的象征，随着北斗卫星导航系统组网成功，我国成为继美国，俄罗斯之后第三个拥有全球卫星导航系统的国家；对我国国防事业和民用领域具有重要作用；目前世界上有四个全球卫星导航系统，美国的gps，俄罗斯的glonass，中国的bds，欧盟的galileo；各个卫星导航系统都有相应的导航频段，北斗卫星导航系统的导航频段包括： b1：1561.098
±
2.046mhz,b2:1207.14
±
2.046mhz；圆极化波具有不受 faraday旋转效应的影响，传播过程中损耗小的特点，因此圆极化天线是卫星发射信号或者用户接收信号必不可少的器件；同时随着无线通信技术的发展，wlan,4g,5g网络在人们生活中广泛应用；因此我们设计了一款可以用于北斗，4g,5g和wlan频段的多频带矩形环缝隙天线。
技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种多频带矩形环缝隙天线，此天线能够在通信频率1ghz-5ghz范围内产生5个通频带，其中第一个通频带和第二个通频带可以覆盖北斗应用频段并且具有圆极化特征，可以实现在卫星通信频段的应用，第三个通频带在4g和wlan频段；第四个频段和第五个频段应用于5g频段；本发明采用微带线馈电方式，结构简单，加工难度小，成本低。
4.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
5.一种多频带矩形环缝隙天线，该天线由介质基板，辐射贴片，接地板组成，所述天线从下到上依次包括接地层、介质层、贴片层；其中所述接地层用于和微带贴片层激励起高频电磁场，并通过其与微带贴片四周的缝隙向外辐射；所述介质层用于形成空腔谐振器；所述贴片层通过光刻工艺制作具有特定形状的金属薄层作为辐射体。
6.进一步的，所述贴片层包括矩形馈线和三个未封口的谐振环，所述矩形馈线用于激励和辐射有效电场，谐振环用于产生微扰，激起圆极化辐射。
7.进一步的，所述接地层和贴片层的厚度为0mm-0.035mm，金属材料可为金、银、铜等，也可以是具有与金、银、铜相当导电率的导电材料。
8.进一步的，所述的介质层尺寸为80mm
×
80mm
×
1.6mm，材料采用介电常数为4.4的fr4材料，损耗正切值为0.02。
9.进一步的，所述贴片层馈电矩形长度为40mm，宽度为3mm；三个未封口的谐振环长度和宽度分别为53.8mm,4mm；37.2mm,3mm；23mm,3mm。
10.进一步的，所述接地层为长度为80mm，宽度为80mm的方形贴片；在贴片上刻三个矩形环和一个矩形缝隙用于产生多频带，由外到内矩形环的长度和宽度分别为55mm,0.5mm；45.8mm，4mm；31.2mm，4mm；矩形缝隙的长度和宽度分别为13mm,2mm。
11.进一步的，所述一种多频带矩形环缝隙天线，具备5个通频带 (1.14ghz-1.26ghz，1.50ghz-1.75ghz，2.37ghz-2.66ghz，3.17-3.85ghz， 4.48-4.59ghz)，其中第一个通频带和第二个通频带在北斗频段，第三个通频带在4g和wlan频段，第四和第五个通频带在5g频段；并且天线在 1.20ghz-1.22ghz，1.55ghz-1.57ghz内轴比小于3db具有圆极化特征，并且在这两个频带内具有右旋圆极化特征，可用于北斗卫星导航系统。
12.本发明具有以下有益效果：
13.1、本发明将矩形馈电枝节，谐振环与带有矩形环缝隙的接地板结合产生两个通频带在北斗频段，一个通频带4g和wlan频段，两个通频带在5g 频段的多频带天线。
14.2、本发明在微带贴片天线的理论基础上通过等效电路的方法对天线的尺寸，贴片金属的尺寸，贴片金属的形状和介质的厚度进行设计，可用同一电路对工作于不同频带的天线进行设计。
15.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
17.图1为本发明一种多频带矩形环缝隙天线的三维结构示意图；
18.图2为本发明一种多频带矩形环缝隙天线的俯视图；
19.图3为本发明一种多频带矩形环缝隙天线的反射系数仿真图；
20.图4为本发明一种多频带矩形环缝隙天线的轴比仿真图；
21.图5为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在1.2ghz时e面的左旋和右旋圆极化辐射方向图；
22.图6为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在1.2ghz时h面的左旋和右旋圆极化辐射方向图；
23.图7为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在1.56ghz时e面的左旋和右旋圆极化辐射方向图；
24.图8为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在1.56ghz时h面的左旋和右旋圆极化辐射方向图；
25.图9为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在2.5ghz时的e面的天线辐射方向图；
26.图10为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在2.5ghz时的h面的天线辐射方向图；
27.图11为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在3.6ghz时的e面的天线辐射方向图；
28.图12为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在3.6ghz时的h面的天线辐射方向图；
29.图13为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在4.5ghz时的e面的天线辐射方向图；
30.图14为本发明一种多频带矩形环缝隙天线在4.5ghz时的h面的天线辐射方向图；
31.图15为本发明一种多频带矩形环缝隙天线加工实物辐射贴片层图；
32.图16为本发明一种多频带矩形环缝隙天线加工实物接地层图。
33.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
34.1、贴片层；2、介质层；3、接地层。
具体实施方式
35.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”、“下”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.此多频带矩形环缝隙天线，其三维结构如图1所示，从下到上依次包括接地层(3)、介质层(2)、贴片层(1)；所述贴片层包括矩形馈电枝节和三个谐振环，所述矩形馈电枝节对天线进行馈电，谐振环用于激起圆极化辐射。
38.工作原理：当电源通过sma转接头接入馈电线对天线进行馈电时，介质层提供空腔谐振器，接地层和微带贴片层间产生等效lc谐振，激励并辐射有效电场；在1.2ghz时，电流主要分布在贴片层最大的谐振环和接地层最大的矩形环槽周围，这表明最大的谐振环和矩形槽是低频段 1.14ghz-1.26ghz的主要辐射单元；在1.56ghz时在接地层两个宽度较大的矩形环槽之间有较大的表面电流分布，这表明内侧两个矩形环槽是 1.50ghz-1.75ghz的主要辐射单元；在2.5ghz时在中间的谐振环和其下方的接地层有较大的表面电流分布，这表明中间的谐振环是中高频段 2.37ghz-2.66ghz的主要辐射单元；3.6ghz时接地层最外侧矩形环上有较大电流分布，这表明接地层最外侧矩形环槽是高频段3.17ghz-3.85ghz的主要辐射单元。
39.如图3所示，激励产生的电场形成了五个有效的通频带，五个通频带分别为1.14ghz-1.26ghz，1.50ghz-1.75ghz，2.37ghz-2.66ghz，
40.3.17-3.85ghz，4.48-4.59ghz；其中第一个通频带在北斗b2频段，第二个通频带在北斗b1频段，第三个通频带在4g和wlan频段，第四和第五个通频带在5g频段。
41.如图4所示，在1.20ghz-1.22ghz,1.55ghz-1.57ghz处轴比小于3db，具有圆极化特性，可以完全覆盖北斗b1：1561.098
±
2.046mhz,b2:1207.14
ꢀ±
2.046mhz频段。
42.如图5所示，当频率为1.2ghz时，天线e面左旋和右旋圆极化方向图，从图中可以看出天线在1.2ghz，+z方向呈右旋圆极化辐射。
43.如图6所示，当频率为1.2ghz时，天线h面辐射方向图，+z方向呈右旋圆极化辐射。
44.如图7所示，当频率为1.56ghz时，天线e面左旋和右旋圆极化方向图，从图中可以看出天线在1.56ghz，+z方向呈右旋圆极化辐射。
45.如图8所示，当频率为1.56ghz时，天线h面辐射方向图，+z方向呈右旋圆极化辐射。
46.如图9所示，当频率为2.5ghz时，天线的e面方向图。
47.如图10所示，当频率为2.5ghz时，天线的h面方向图。
48.如图11所示，当频率为3.6ghz时，天线的e面方向图。
49.如图12所示，当频率为3.6ghz时，天线的h面方向图。
50.如图13所示，当频率为4.5ghz时，天线的e面方向图。
51.如图14所示，当频率为4.5ghz时，天线的h面方向图。
52.从仿真结果分析：
53.1、在反射系数－10db以下，产生了1.14ghz-1.26ghz，
54.1.50ghz-1.75ghz，2.37ghz-2.66ghz，3.17-3.85ghz，4.48-4.59ghz五个通频带，此天线低频通带1.20ghz-1.22ghz完全覆盖北斗b1频段(1561
±ꢀ
2.046mhz),b2频段(1207
±
2.046mhz)；此天线中低频通带2.37ghz-2.66ghz 可以用于中国移动，联通，电信三大运营商的4g频段，同时可以用于wlan 的2.4ghz频段；此天线的高频段3.17-3.85ghz可以完全覆盖5g中n78频段(3.3-3.8ghz)；第五个频段4.48-4.59ghz可用于5g中的n79频段。
55.2、当频率为1.2ghz、1.56ghz时，轴比小于3db，天线辐射圆极化波，并且天线在电磁波传播方向即+z呈右旋圆极化辐射。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
技术特征：1.一种多频带矩形环缝隙天线，可以用于北斗，4g,5g和wlan频段，该天线由介质基板，辐射贴片，接地板组成，其特征在于：所述天线从下到上依次包括接地层(3)、介质层(2)、贴片层(1)；其中所述接地层(3)通过在上面蚀刻三个矩形环缝隙用于产生多个频带；所述介质层(2)用于形成空腔谐振器；所述贴片层(1)通过矩形馈线馈电，借助未封口的谐振环产生微扰，激发圆极化辐射。2.根据权利要求1所述的一种多频带矩形环缝隙天线，其特征在于：所述贴片层(1)包括矩形馈线和三个未封口的谐振环，所述矩形馈线用于激励和辐射有效电场，谐振环用于产生微扰，激发圆极化辐射。3.根据权利要求1所述的一种多频带矩形环缝隙天线，其特征在于：所述接地层(3)和贴片层(1)的厚度为0-0.035mm，金属材料可为金、银、铜等，也可以是具有与金、银、铜相当导电率的导电材料。4.根据权利要求1所述的一种多频带矩形环缝隙天线，其特征在于：所述接地层(3)为长度为80mm，宽度为80mm的矩形贴片；在上面刻蚀三个矩形环和一个矩形缝隙；矩形缝隙长度为13mm，宽度为2mm；矩形环缝隙由外到内长度和宽度分别为55mm,0.5mm；45.8mm，4mm；31.2mm，4mm。5.根据权利要求1所述的一种多频带矩形环缝隙天线，其特征在于：所述的介质层(2)尺寸为80mm
×
80mm
×
1.6mm，材料采用介电常数为4.4的fr4材料，损耗正切值为0.02。6.根据权利要求1所述的一种多频带矩形环缝隙天线，其特征在于：所述贴片层(1)馈电矩形长度为40mm，宽度为3mm，三个未闭合的谐振环对应的长度和宽度分别为53.8mm,4mm；37.2mm,3mm；23mm,3mm。7.根据权利要求1所述的一种多频带矩形环缝隙天线，其特征在于：具备五个通频带(1.14ghz-1.26ghz，1.50ghz-1.75ghz，2.37ghz-2.66ghz，3.17-3.85ghz，4.48-4.59ghz)，其中第一个通频带和第二个通频带在北斗频段，第三个通频带在4g和wlan频段，第四和第五个通频带在5g频段；并且天线在1.20ghz-1.22ghz，1.55ghz-1.57ghz内轴比小于3db具有圆极化特征，并且在这两个频带内具有右旋圆极化特征，可用于北斗卫星导航系统。
技术总结本发明公开一种多频带矩形环缝隙天线，可用于北斗，4G，WLAN和5G频段，该天线由刻有三个矩形环槽的接地层、中间介质层，矩形馈线和三个谐振单元构成的贴片层组成，该微带缝隙天线能够实现在通信频率1GHz-5GHz范围内产生5个通频带(1.14GHz-1.26GHz，1.50GHz-1.75GHz，2.37GHz-2.66GHz，3.17-3.85GHz，4.48-4.59GHz)，其中第一个通频带用于北斗B2频段，第二个通频带在北斗B1频段，第三个通频带在4G和WLAN频段，第四和第五个频带在5G频段；并且该微带天线在1.20GHz-1.22GHz，1.55GHz-1.57GHz处轴比小于3dB，具有圆极化特性，在+z方向辐射右旋圆极化波；而且本发明采用微带线馈电，结构简单，加工成本低；本发明所阐述的工作于北斗，4G，WLAN和5G频段的多频带矩形环缝隙天线可以广泛应用于卫星导航和移动通信等领域。领域。领域。
技术研发人员：刘小明 王海洋 俞硕 甘露 王晔 张然
受保护的技术使用者：安徽师范大学
技术研发日：2022.06.08
技术公布日：2022/11/1
