專利名稱：一種交叉饋電寬帶全向天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印制在介質(zhì)板上的天線，更特別地說，是指一種具有容性負載輻射單元的交叉饋電寬帶全向天線。
背景技術(shù)：
印制天線具有低剖面、易加工、成本低、能與有源器件集成等獨特優(yōu)點，因而應用范圍廣泛，引起人們極大興趣。針對印制天線的研究發(fā)展迅速，已成為天線學科的一個重要研究方向。
印制天線普遍存在的缺點是帶寬較窄，這限制了它在寬帶情況下的應用。如何展寬帶寬是其重要研究內(nèi)容，目前提出的技術(shù)有加厚基板或采用厚空氣介質(zhì)；采用相對介電常數(shù)εr較小或損耗角正切tanδ較大的基板、電容饋電(阻抗匹配)；采用鍥形或梯形基板、采用對數(shù)周期結(jié)構(gòu)、附加無源貼片、多層結(jié)構(gòu)、在貼片或接地板上開縫、使用電阻加載等等。這些技術(shù)往往在某些方面存在缺陷或者頻帶擴展效果有限，比如采用厚基板容易激勵表面波；附加無源貼片、采用多層結(jié)構(gòu)會增大天線尺寸，增加加工難度，提高成本；開縫往往會惡化天線方向性、交叉極化性能；電阻加載則會增加天線的損耗等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種交叉饋電寬帶全向天線，所述全向天線采用平行寬邊耦合雙線與兩組容性負載輻射裝置進行交叉饋電，每組容性負載輻射裝置由兩個存在耦合的寬偶極子并聯(lián)而成。
本發(fā)明是一種交叉饋電寬帶全向天線，所述天線采用雙面覆銅印刷在微波介質(zhì)板上形成上層天線單元和下層天線單元，上層天線單元和下層天線單元上設(shè)有金屬過孔；所述上層天線單元由連接線、輻射單元A和輻射單元B構(gòu)成；連接線上設(shè)有饋電端口；輻射單元A由寬對稱振子A和寬對稱振子B組成，寬對稱振子A與寬對稱振子B的反相端通過連接體并聯(lián)，寬對稱振子A與寬對稱振子B的同相端通過連接體并聯(lián)；輻射單元B由寬對稱振子C和寬對稱振子D組成，寬對稱振子C與寬對稱振子D的同相端通過連接體并聯(lián)，且通過金屬過孔與連接體并聯(lián)；連接線的一端與寬對稱振子A和寬對稱振子B的同相端連接，另一端與寬對稱振子C和寬對稱振子D的同相端連接；所述下層天線單元由連接線、輻射單元A和輻射單元B構(gòu)成；連接線上設(shè)有饋電端口；輻射單元A由寬對稱振子E和寬對稱振子F組成，寬對稱振子E與寬對稱振子F的反相端通過連接體并聯(lián)，且通過金屬過孔與連接體并聯(lián)；輻射單元B由寬對稱振子G和寬對稱振子H組成，寬對稱振子G與寬對稱振子H的同相端通過連接體并聯(lián)，寬對稱振子G與寬對稱振子H的反相端通過連接體并聯(lián)；連接線的一端與寬對稱振子E和寬對稱振子F的反相端連接，另一端與寬對稱振子G和寬對稱振子H的反相端連接。
所述交叉饋電寬帶全向天線，其上層天線單元的輻射單元A與下層天線單元的輻射單元A構(gòu)成一組容性負載的對稱振子天線輻射裝置A；所述上層天線單元的輻射單元B與所述下層天線單元的輻射單元B構(gòu)成另一組容性負載的對稱振子天線輻射裝置B。所述上層天線單元的連接線和所述下層天線單元的連接線構(gòu)成平行寬邊耦合雙線；所述平行寬邊耦合雙線對所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置A和所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置B進行交叉饋電。
本發(fā)明交叉饋電寬帶全向天線的優(yōu)點在于交叉饋電結(jié)構(gòu)能夠保證兩組輻射裝置同相輻射以提高天線增益，同時起匹配阻抗的作用；使用寬偶極子以及偶極子間的耦合能夠減緩輻射單元輸入阻抗隨頻率的變化，增加帶寬。理論分析和數(shù)值計算表明，這種結(jié)構(gòu)的天線能夠在厚度1mm、εr＝2.6的基板上實現(xiàn)53％(電壓駐波比VSWR＜2.0)的阻抗帶寬，在該頻帶范圍內(nèi)方向圖沒有裂瓣、水平全向。該天線易于加工、成本低、性能好。
圖1A是本發(fā)明的上層天線結(jié)構(gòu)圖。
圖1B是本發(fā)明的下層天線結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是上層天線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2B是下層天線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明天線輸入阻抗的史密斯(Smith)圓圖。
圖4是本發(fā)明天線的駐波比圖。
圖5A是E面方向性圖。
圖5B是H面方向性圖。
圖5C是E面主極化分量與交叉極化分量對比圖。
圖中 1.介質(zhì)板 2.上層天線 201.寬對稱振子A202.寬對稱振子B 203.寬對稱振子C 204.寬對稱振子D 210.連接線211.連接體 212.連接體 213.連接體 3.饋電端口4.金屬過孔 5.下層天線 501.寬對稱振子E 502.寬對稱振子F503.寬對稱振子G 504.寬對稱振子H 510.連接線 511.連接體512.連接體 513.連接體 6.饋電端口 7.輻射單元A8.輻射單元B 9.輻射單元A 10.輻射單元B 11.金屬過孔具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參見圖1A、圖1B、圖2A和圖2B所示，本發(fā)明是一種交叉饋電寬帶全向天線，所述天線采用雙面覆銅印刷在微波介質(zhì)板1上形成上層天線單元2和下層天線單元5，上層天線單元2和下層天線單元5上設(shè)有金屬過孔；所述上層天線單元2由連接線210、輻射單元A7和輻射單元B8構(gòu)成；連接線210上設(shè)有饋電端口3；輻射單元A7由寬對稱振子A201和寬對稱振子B202組成，寬對稱振子A201與寬對稱振子B202的反相端通過連接體212并聯(lián)，寬對稱振子A201與寬對稱振子B202的同相端通過連接體213并聯(lián)；輻射單元B8由寬對稱振子C203和寬對稱振子D204組成，寬對稱振子C203與寬對稱振子D204的同相端通過連接體211并聯(lián)，且通過金屬過孔11與連接體513并聯(lián)；連接線210的一端與寬對稱振子A201和寬對稱振子B202的同相端連接，另一端與寬對稱振子C203和寬對稱振子D204的同相端連接；所述下層天線單元5由連接線510、輻射單元A9和輻射單元B10構(gòu)成；連接線510上設(shè)有饋電端口6；輻射單元A9由寬對稱振子E501和寬對稱振子F502組成，寬對稱振子E501與寬對稱振子F502的反相端通過連接體512并聯(lián)，且通過金屬過孔4與連接體213并聯(lián)；輻射單元B10由寬對稱振子G503和寬對稱振子H504組成，寬對稱振子G503與寬對稱振子H504的同相端通過連接體511并聯(lián)，寬對稱振子G503與寬對稱振子H504的反相端通過連接體513并聯(lián)；連接線510的一端與寬對稱振子E501和寬對稱振子F502的反相端連接，另一端與寬對稱振子G503和寬對稱振子H504的反相端連接。
在本發(fā)明中，所述上層天線單元2的輻射單元A7與所述下層天線單元5的輻射單元A9構(gòu)成一組容性負載的對稱振子天線輻射裝置A；所述上層天線單元2的輻射單元B8與所述下層天線單元5的輻射單元B10構(gòu)成另一組容性負載的對稱振子天線輻射裝置B。所述上層天線單元2的連接線210和所述下層天線單元5的連接線510構(gòu)成平行寬邊耦合雙線；所述平行寬邊耦合雙線對所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置A和所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置B進行交叉饋電。
本發(fā)明交叉饋電寬帶全向天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用印刷電路工藝，在微波介質(zhì)板1上兩面印制相同的輻射裝置(上層天線的輻射單元A和B，下層天線的輻射單元A和B)和連接線。微波介質(zhì)板1的上層和下層中的連接線組成的平行寬邊耦合雙線對輻射裝置是交叉饋電的，以保證兩個輻射裝置同相輻射。
在介電常數(shù)εr＝2.6、厚h＝1mm的微波介質(zhì)板1上設(shè)計了一個工作于2.5GHz～5.0GHz頻段的全向天線(圖1A、圖1B所示)。采用有限元方法對該天線的主要特性進行分析，結(jié)果如圖3所示。圖中，本發(fā)明天線輸入阻抗隨頻率變化的特性，在2.5GHz～5.0GHz的工作頻段中，輸入阻抗接近50Ω，易于匹配。由圖4可以看出該天線在2.8GHz～4.8GHz范圍內(nèi)，電壓駐波比VSWR＜2，相對帶寬達53％。在圖5A、圖5B和圖5C中可以看到，該天線在2.7GHz～4.5GHz頻段范圍內(nèi)，H面方向圖都具有良好的全向特性，不圓度小于2dB；E面方向圖副瓣較小，低于主瓣13dB；天線增益隨頻率增加而增加，在3.5GHz～4.0GHz頻段范圍內(nèi)，交叉極化特性良好，主瓣方向交叉極化抑制大于31dB。由于天線為中心對稱結(jié)構(gòu)，其相位中心不會隨頻率改變移動。
本發(fā)明的新型交叉饋電寬帶天線，使用平行寬邊耦合雙線(連接線210和連接線510組成)對兩組容性負載的對稱振子天線輻射裝置A和B進行交叉饋電。使用有限元方法對該天線特性進行計算，結(jié)果表明該天線能夠在厚度1mm、εr＝2.6的基板上實現(xiàn)53％帶寬(電壓駐波比VSWR＜2.0)，并且頻段內(nèi)方向圖主瓣不會分裂，增益達4.8dBi，相位中心不隨工作頻率改變而改變。克服了其他一些展寬頻帶方法所存在的缺點。
該寬帶印制天線結(jié)構(gòu)簡單、易于設(shè)計，可調(diào)整的參數(shù)較多，可以作為印制對數(shù)周期天線、印制八木天線或天線陣的陣元，應用前景廣闊。
權(quán)利要求
1.一種交叉饋電寬帶全向天線，所述天線采用雙面覆銅印刷在微波介質(zhì)板(1)上形成上層天線單元(2)和下層天線單元(5)，上層天線單元(2)和下層天線單元(5)上設(shè)有金屬過孔，其特征在于所述上層天線單元(2)由連接線(210)、輻射單元A(7)和輻射單元B(8)構(gòu)成；連接線(210)上設(shè)有饋電端口(3)；輻射單元A(7)由寬對稱振子A(201)和寬對稱振子B(202)組成，寬對稱振子A(201)與寬對稱振子B(202)的反相端通過連接體(212)并聯(lián)，寬對稱振子A(201)與寬對稱振子B(202)的同相端通過連接體(213)并聯(lián)；輻射單元B(8)由寬對稱振子C(203)和寬對稱振子D(204)組成，寬對稱振子C(203)與寬對稱振子D(204)的同相端通過連接體(211)并聯(lián)，且通過金屬過孔(11)與連接體(513)并聯(lián)；連接線(210)的一端與寬對稱振子A(201)和寬對稱振子B(202)的同相端連接，另一端與寬對稱振子C(203)和寬對稱振子D(204)的同相端連接；所述下層天線單元(5)由連接線(510)、輻射單元A(9)和輻射單元B(10)構(gòu)成；連接線(510)上設(shè)有饋電端口(6)；輻射單元A(9)由寬對稱振子E(501)和寬對稱振子F(502)組成，寬對稱振子E(501)與寬對稱振子F(502)的反相端通過連接體(512)并聯(lián)，且通過金屬過孔(4)與連接體(213)并聯(lián)；輻射單元B(10)由寬對稱振子G(503)和寬對稱振子H(504)組成，寬對稱振子G(503)與寬對稱振子H(504)的同相端通過連接體(511)并聯(lián)，寬對稱振子G(503)與寬對稱振子H(504)的反相端通過連接體(513)并聯(lián)；連接線(510)的一端與寬對稱振子E(501)和寬對稱振子F(502)的反相端連接，另一端與寬對稱振子G(503)和寬對稱振子H(504)的反相端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉饋電寬帶全向天線，其特征在于所述上層天線單元(2)的輻射單元A(7)與所述下層天線單元(5)的輻射單元A(9)構(gòu)成容性負載的對稱振子天線輻射裝置A；所述上層天線單元(2)的輻射單元B(8)與所述下層天線單元(5)的輻射單元B(10)構(gòu)成容性負載的對稱振子天線輻射裝置B；所述上層天線單元(2)的連接線(210)和所述下層天線單元(5)的連接線(510)構(gòu)成平行寬邊耦合雙線；所述平行寬邊耦合雙線對所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置A和所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置B進行交叉饋電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交叉饋電寬帶全向天線，采用雙面覆銅印刷在微波介質(zhì)板上形成上層天線單元和下層天線單元，上層天線單元和下層天線單元上設(shè)有金屬過孔。上層天線單元由連接線、輻射單元A和輻射單元B構(gòu)成；連接線上設(shè)有饋電端口；下層天線單元由連接線、輻射單元A和輻射單元B構(gòu)成；連接線上設(shè)有饋電端口；上層天線單元的輻射單元A與下層天線單元的輻射單元A構(gòu)成容性負載的對稱振子天線輻射裝置A；上層天線單元的輻射單元B與下層天線單元的輻射單元B構(gòu)成容性負載的對稱振子天線輻射裝置B；上層天線單元的連接線和下層天線單元的連接線構(gòu)成平行寬邊耦合雙線；所述平行寬邊耦合雙線對所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置A和所述容性負載的對稱振子天線輻射裝置B進行交叉饋電。
文檔編號H01Q21/30GK1881684SQ20061006641
公開日2006年12月20日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者蘇東林, 丁軻佳, 王冰切, 歐陽紹修, 彭飛, 楊智輝, 李漢西 申請人:北京航空航天大學