專(zhuān)利名稱(chēng)：帶背腔的超寬帶平面螺旋天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于通信技術(shù)領(lǐng)域的天線(xiàn)，尤其是一種帶背腔的超寬帶 平面螺旋天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)通信的高速發(fā)展，使得人們對(duì)于高速無(wú)線(xiàn)通信提出了更高的要求。作為 一種新興的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，UWB具有傳輸速率高、功耗低、安全性好、抗多 徑能力強(qiáng)以及成本低廉等許多出色的優(yōu)點(diǎn)，引起了人們前所未有的關(guān)注，是極具 競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的技術(shù)之一。2002年FCC (美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì))對(duì)超寬帶使 用(頻段3. lG 10.6GHz)發(fā)布無(wú)許可證使用后，超寬帶技術(shù)迅速成為國(guó)際無(wú)線(xiàn)通 信領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，并帶動(dòng)了超寬帶天線(xiàn)技術(shù)研究的一次熱潮。經(jīng)典的 非頻變天線(xiàn)，如平面螺旋天線(xiàn)，是應(yīng)用比較普遍的一種超寬帶天線(xiàn)。這種天線(xiàn)能 夠在很寬的頻帶內(nèi)具有良好的阻抗特性、方向圖特性以及圓極化特性，很多時(shí)候 可作為體積大、重量重的喇叭天線(xiàn)的替代。多年來(lái)，人們對(duì)等角螺旋等形式進(jìn)行 了廣泛而深入的研究，但即使在今天，具有超寬帶、高增益的平面螺旋天線(xiàn)開(kāi)發(fā) 仍然具有重要的意義。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00610071371.4，專(zhuān)利名稱(chēng)為
用于3G系統(tǒng)移動(dòng)終端平面螺旋微帶天線(xiàn)，專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1838481A。該天線(xiàn)設(shè)有雙
面介質(zhì)基板， 一面為螺旋線(xiàn)介質(zhì)基板，另一面為光子帶隙介質(zhì)基板。通過(guò)把光子
帶隙結(jié)構(gòu)應(yīng)用在平面螺旋天線(xiàn)上，能減小天線(xiàn)的尺寸和表面波產(chǎn)生，提高天線(xiàn)的
效率，改善天線(xiàn)的性能，擴(kuò)展天線(xiàn)的使用帶寬等。然而光子帶隙結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，
且效果也十分有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種帶背腔的超寬帶平面 螺旋天線(xiàn)，使傳統(tǒng)的平面螺旋天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)超寬帶，滿(mǎn)足各種不同的要求，同時(shí)該天 線(xiàn)具有剖面低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括輸入輸出端口、漸開(kāi)同軸
巴倫線(xiàn)、平面螺旋天線(xiàn)、介質(zhì)板和金屬背腔。平面螺旋天線(xiàn)為由螺旋方程算得的 金屬貼片，位于介質(zhì)板的正面，金屬背腔是拋物面曲面，位于介質(zhì)板的背面，漸 開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)內(nèi)外導(dǎo)體分別與平面螺旋天線(xiàn)的兩臂相連接，輸入輸出端口的芯與 同軸巴倫線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體相連接。
所述的平面螺旋天線(xiàn)，其形狀是由四條互差90度的對(duì)數(shù)螺旋方程計(jì)算得到的 曲線(xiàn)組成，曲線(xiàn)兩兩間金屬化，并采用某一半徑圓周截?cái)嗨?。平面螺旋天線(xiàn)起 端為兩扇形結(jié)構(gòu)以便阻抗匹配。
所述的同軸線(xiàn)巴倫是一段同軸線(xiàn)，其長(zhǎng)度由最低工作頻率決定，同軸線(xiàn)外導(dǎo) 體是巻葉狀，其剖面是一個(gè)逐漸張開(kāi)的圓，張開(kāi)角度由0到2;r，其內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo) 體分別與平面螺旋天線(xiàn)的兩臂相連接。
所述的金屬背腔，其形狀是一個(gè)拋物面，由拋物線(xiàn)方程計(jì)算所得，其口徑略 大于平面螺旋天線(xiàn)。
本發(fā)明與現(xiàn)有發(fā)明相比較現(xiàn)有的平面螺旋天線(xiàn)具有雙向輻射特性，為了擴(kuò) 展應(yīng)用范圍，常常需要添加背腔或背使之轉(zhuǎn)為單向輻射。傳統(tǒng)方法是在背腔中添 加吸波材料，這樣可以顯著地提高天線(xiàn)的駐波比和軸比特性，但卻是以犧牲增益 為代價(jià)的。為了改善這一性能，解決的方法是采用PBG或EBG結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)各種反 射腔及在終端加載等。同時(shí)傳統(tǒng)饋電方法主要是設(shè)計(jì)微帶漸變線(xiàn)實(shí)現(xiàn)平衡不平衡 轉(zhuǎn)換。這些結(jié)構(gòu)往往設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，且效果很有限。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于，使用金 屬拋物面作背腔，簡(jiǎn)單易行，且能更好地改善增益。結(jié)合使用漸開(kāi)同軸線(xiàn)作巴倫， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，匹配性能十分優(yōu)異。本發(fā)明的超寬帶螺旋天線(xiàn)在0.36 6.83GHz內(nèi)駐 波比小于2，在2 6GHz范圍內(nèi)天線(xiàn)增益在10dB左右，比起普通螺旋天線(xiàn)有了較 大的提升。
本發(fā)明利用拋物面金屬背腔結(jié)合漸開(kāi)同軸線(xiàn)設(shè)計(jì)出來(lái)的螺旋天線(xiàn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，剖面低等特點(diǎn)，并在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)體現(xiàn)非常優(yōu)異的性能。


圖1是本發(fā)明正面結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖 -圖3是本發(fā)明的同軸線(xiàn)巴倫的立體示意圖 圖4是本發(fā)明的仿真回波損耗曲線(xiàn)圖 圖5是本發(fā)明的仿真增益曲線(xiàn)圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括輸入輸出端口l、平面螺旋天線(xiàn)2、介質(zhì) 板3、金屬背腔4、漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)5。平面螺旋天線(xiàn)2為由螺旋方程算得的金屬
貼片，位于介質(zhì)板3的正面，金屬背腔4是拋物面曲面，位于介質(zhì)板3的背面， 漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)5內(nèi)外導(dǎo)體分別與平面螺旋天線(xiàn)2的兩臂相連接，輸入輸出端口 1 的芯與同軸巴倫線(xiàn)5內(nèi)導(dǎo)體相連接。
所述的平面螺旋天線(xiàn)2位于介質(zhì)板的正面，整個(gè)天線(xiàn)形狀是由四條互差90螺 旋曲線(xiàn)方程計(jì)算所得，采用某一半徑的圓周來(lái)截?cái)啵⑵鋬蓛山饘倩∷⒃诮?質(zhì)板3正面上，螺旋臂起始端是兩對(duì)稱(chēng)的扇形結(jié)構(gòu)以起到阻抗匹配的作用。
如圖3所示，所述的漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)5是一段漸開(kāi)的同軸線(xiàn)，其長(zhǎng)度由最低 工作頻率決定，同軸線(xiàn)外導(dǎo)體是巻葉狀，其剖面是一個(gè)逐漸張開(kāi)的圓，張開(kāi)角度 由0到2;r ，漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)5的內(nèi)外導(dǎo)體分別與平面螺旋天線(xiàn)2的兩臂相連接。
所述的金屬背腔4形狀是由拋物面方程算得的，置于介質(zhì)板3的背面，與平 面螺旋天線(xiàn)2相對(duì)，漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)5穿過(guò)金屬背腔4與輸入輸出端口 1相連。
所述的介質(zhì)板3是普通的微波板。
本實(shí)施例工作過(guò)程為所述的輸入輸出端口 1外接信號(hào)源，外加的激勵(lì)信號(hào) 通過(guò)漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)5傳輸?shù)狡矫媛菪炀€(xiàn)2，向周?chē)臻g輻射出去，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通 信的功能。
如圖4所示，本實(shí)施例回波損耗參數(shù)曲線(xiàn)圖，其中橫坐標(biāo)代表頻率變量，單 位為GHz;縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dB。本實(shí)施例超寬帶螺旋天線(xiàn)的工作頻 帶是0.36 6.83GHz，回波損耗參數(shù)在通帶內(nèi)小于-10dB。在1 4GHz范圍內(nèi)回波 損耗小于-15dB.
如圖5所示，是本實(shí)施例增益曲線(xiàn)圖，其中橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GH ; 縱坐標(biāo)代表增益，單位為dB。本實(shí)施例超寬帶螺旋天線(xiàn)的工作頻帶是0.36 6. 83GHz，增益在通帶內(nèi)最高大于12dB，在2. 0 6. OGHz范圍內(nèi)增益大于8dB。
權(quán)利要求
1. 一種帶背腔的超寬帶平面螺旋天線(xiàn)，其特征在于包括輸入輸出端口、漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)、平面螺旋天線(xiàn)、介質(zhì)板和金屬背腔，其中平面螺旋天線(xiàn)為由螺旋方程算得的金屬貼片，位于介質(zhì)板的正面，金屬背腔是拋物面曲面，位于介質(zhì)板的背面，漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)內(nèi)外導(dǎo)體分別與平面螺旋天線(xiàn)的兩臂相連接，輸入輸出端口的芯與同軸巴倫線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶背腔的超寬帶平面螺旋天線(xiàn)，其特征是，所述的平 面螺旋天線(xiàn)，其形狀是由四條互差90度的對(duì)數(shù)螺旋方程計(jì)算得到的曲線(xiàn)組成， 曲線(xiàn)兩兩間金屬化，并采用某一半徑圓周截?cái)嗨?，平面螺旋天線(xiàn)起端為兩扇形 結(jié)構(gòu)以阻抗匹配。
3. 如權(quán)利要求1所述的帶背腔的超寬帶平面螺旋天線(xiàn)，其特征是，所述的 同軸線(xiàn)巴倫是一段同軸線(xiàn)，其長(zhǎng)度由最低工作頻率決定，同軸線(xiàn)外導(dǎo)體是巻葉狀， 其剖面是一個(gè)逐漸張開(kāi)的圓，張開(kāi)角度由0至IJ2"。
4. 如權(quán)利要求1所述的帶背腔的超寬帶平面螺旋天線(xiàn)，其特征是，所述的金屬背腔，其拋物面由拋物線(xiàn)方程計(jì)算所得，口徑大于平面螺旋天線(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域的帶背腔的超寬帶平面螺旋天線(xiàn)，包括輸入輸出端口、漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)、平面螺旋天線(xiàn)、介質(zhì)板和金屬背腔，其中平面螺旋天線(xiàn)為由螺旋方程算得的金屬貼片，位于介質(zhì)板的正面，金屬背腔是拋物面曲面，位于介質(zhì)板的背面，漸開(kāi)同軸巴倫線(xiàn)內(nèi)外導(dǎo)體分別與平面螺旋天線(xiàn)的兩臂相連接，輸入輸出端口的芯與同軸巴倫線(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體相連接。本發(fā)明在0.36～6.83GHz內(nèi)駐波比小于2，在2～6GHz范圍內(nèi)天線(xiàn)增益在10dB左右是一種高增益，超寬帶的天線(xiàn)，且有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剖面低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK101394020SQ200810202640
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者佳 勞, 聲 葉, 李忞詝, 耿軍平, 金榮洪 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)