專利名稱：帶有輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種印刷型天線，具體涉及ー種全向輻射印刷型天線。
背景技術(shù)：
印刷型天線是ー種采用現(xiàn)代印制電路板技術(shù)制作的天線，全向天線是ー種在水平面內(nèi)輻射特性基本沒有差異，而在垂直面內(nèi)具有定向輻射性的天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°均勻輻射，也就是平常所說的無方向性。全向天線發(fā)展至今，結(jié)構(gòu)形式上產(chǎn)生了多祥化的改變，從最初的單極子、偶極子到雙錐、螺旋天線等，而在饋電實(shí)現(xiàn)方式上主要有并饋和串饋兩種方式。在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的基站對(duì)終端的通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等ー些專用通信 系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。全向高増益一般以全向増益超過4dB為標(biāo)準(zhǔn)，這樣可保證波束較寬。因此需要通過合理的設(shè)計(jì)保證天線在単位尺寸上產(chǎn)生較高的増益，現(xiàn)有的研究主要集中在如下方面第一種是一系列異形振子，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶，但會(huì)發(fā)生方向圖分裂，全向性較差；第ニ種是同軸共線交叉饋電振子天線(COCO Antenna),雖然能夠?qū)崿F(xiàn)高增益和全向性,但是由于終端為短路器，整個(gè)天線為諧振式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致帶寬較窄；另外還有ー些全向高増益天線，雖然具有較高增益，但是普遍具有帶寬窄和単位長(zhǎng)度產(chǎn)生的增益較低等特點(diǎn)，而后者不利于天線的小型化。因此如何在保證全向性較好的情況下盡可能展寬帶寬并同時(shí)提高増益，是這種天線研究的熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶有輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線，以解決目前的全向天線無法同時(shí)滿足全向好、帶寬較寬且增益較高的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是所述天線包括介質(zhì)板和共面波導(dǎo)中心饋線，所述天線還包括兩組振子、饋電端ロ匹配枝節(jié)、輻射型終端負(fù)載、第一水平饋線第二水平饋線和第三水平饋線，介質(zhì)板的前側(cè)壁上印刷兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線、饋電端ロ匹配枝節(jié)、輻射型終端負(fù)載和第一水平饋線，介質(zhì)板的后側(cè)壁上印刷第二水平饋線和第三水平饋線，共面波導(dǎo)中心饋線的下端與饋電端ロ匹配枝節(jié)連接，共面波導(dǎo)中心饋線的上端與輻射型終端負(fù)載連接，每組振子包括第一振子和第二振子，第一振子和第二振子均為ロ字形，兩組振子沿共面波導(dǎo)中心饋線對(duì)稱設(shè)置，第一振子遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線的一側(cè)開有第一方形通孔，第二振子遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線的一側(cè)開有第二方形通孔，共面波導(dǎo)中心饋線通過第一水平饋線與兩個(gè)第一振子中的ー個(gè)連接，介質(zhì)板的后側(cè)壁上印刷第二水平饋線和第三水平饋線，介質(zhì)板上位于每個(gè)第一振子靠近共面波導(dǎo)中心饋線的頂點(diǎn)位置處開有第一金屬過孔，介質(zhì)板上位于每個(gè)第二振子靠近共面波導(dǎo)中心饋線的頂點(diǎn)位置處開有第二金屬過孔，第二水平饋線通過兩個(gè)第一金屬過孔與第一振子連接，第三水平饋線通過兩個(gè)第二金屬過孔與第二振子連接。本發(fā)明具有以下有益效果為了實(shí)現(xiàn)全向天線寬帶化、高増益化、平面化和小型化，針對(duì)現(xiàn)有的全向天線帶寬窄，増益低，寬帶內(nèi)全向性差且ー些立體天線不利于小型化等問題，提出了本發(fā)明。本發(fā)明饋電形式緊湊，充分利用的天線空間，具有很好的小型化效果，同時(shí)，這種共面波導(dǎo)饋電形式可以適用于同軸線等傳統(tǒng)饋線饋電，也可以適用于現(xiàn)代集成印刷型傳輸線饋電。本發(fā)明明顯的改進(jìn)是通過對(duì)稱結(jié)構(gòu)、饋電端ロ加載匹配枝節(jié)和飛線結(jié)構(gòu)以及輻射型終端負(fù)載，一方面拓寬了天線的工作帶寬，另一方面大大提高了天線的單位電長(zhǎng)度増益，這些結(jié)構(gòu)通過對(duì)電流分布的改善和終端負(fù)載輻射的改善提高了天線的增益，降低了天線的方向圖不圓度。同時(shí)，天線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于增加節(jié)數(shù)進(jìn)一歩提高增益和改變振子長(zhǎng)度從而擴(kuò)展到其它頻段。


圖I是本發(fā)明的帶有橢圓形輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖I的后視圖，圖3是圖I的側(cè)視圖，圖4是圖3的A點(diǎn)放大圖，圖5是本發(fā)明的組合形輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是圖5的后視圖，圖7是圖5的側(cè)視圖，圖8是本發(fā)明的等腰梯形輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線的結(jié)構(gòu)示 意圖，圖9是圖8的后視圖，圖10是圖8的側(cè)視圖，圖11是具體實(shí)施方式
四的天線反射系數(shù)圖，圖12是具體實(shí)施方式
四的天線在典型頻點(diǎn)4. 8GHz的E面和H面方向圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I-圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的天線包括介質(zhì)板I和共面波導(dǎo)中心饋線5，所述天線還包括兩組振子、饋電端ロ匹配枝節(jié)6、輻射型終端負(fù)載7、第一水平饋線8、第二水平饋線9和第三水平饋線10，介質(zhì)板I的前側(cè)壁上印刷兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線5、饋電端ロ匹配枝節(jié)6、輻射型終端負(fù)載7和第一水平饋線8，介質(zhì)板I的后側(cè)壁上第二水平饋線9和第三水平饋線10，共面波導(dǎo)中心饋線5的下端與饋電端ロ匹配枝節(jié)6連接，共面波導(dǎo)中心饋線5的上端與輻射型終端負(fù)載7連接，每組振子包括第一振子2和第二振子3，第一振子2和第二振子3均為ロ字形，兩組振子沿共面波導(dǎo)中心饋線5對(duì)稱設(shè)置，第一振子2遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線5的一側(cè)開有第一方形通孔2-1，第二振子3遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線5的一側(cè)開有第二方形通孔3-1，共面波導(dǎo)中心饋線5通過第一水平饋線8與兩個(gè)第一振子2中的ー個(gè)連接，介質(zhì)板I的后側(cè)壁上印刷第二水平饋線9和第三水平饋線10，介質(zhì)板I上位于每個(gè)第一振子2靠近共面波導(dǎo)中心饋線5的頂點(diǎn)位置處開有第一金屬過孔1-1，介質(zhì)板I上位于每個(gè)第二振子3靠近共面波導(dǎo)中心饋線5的頂點(diǎn)位置處開有第二金屬過孔1-2，第二水平饋線9通過兩個(gè)第一金屬過孔1-1與第一振子2連接，第三水平饋線10通過兩個(gè)第二金屬過孔1-2與第二振子3連接。整個(gè)天線是ー塊雙面的印刷電路板，印刷在厚度為h = I. 5mm相對(duì)介電常數(shù)為e r=4. 4的FR4環(huán)氧基板上。兩組振子通過第二水平饋線9、第三水平饋線10和第一金屬過孔1-1、第二金屬過孔1-2達(dá)到強(qiáng)制均衡饋電的作用，饋電端ロ匹配枝節(jié)6起到了調(diào)整饋電端ロ阻杭，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的作用；采用輻射型終端負(fù)載7，改變了以往損耗型終端負(fù)載導(dǎo)致的天線輻射效率較低的特點(diǎn)，能夠提高天線增益。第一方形通孔2-1使得對(duì)稱振子上形成了駐波電流的輻射，從而使得不同振子之間的電流輻射場(chǎng)的同相疊加成為可能。共面波導(dǎo)中心饋線5位于天線中心，能夠?qū)侂婋娏骱芎玫乃椭两K端輻射型負(fù)載；饋電端ロ匹配枝節(jié)6位于饋電端ロ處能夠起到調(diào)整輸入阻抗的作用，使天線饋電匹配，饋電效率更高。
具體實(shí)施方式
ニ 結(jié)合圖說明I-圖10說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的輻射型終端負(fù)載7為橢圓形、等腰梯形或組合形，其中組合形由長(zhǎng)方形與半圓形構(gòu)成，長(zhǎng)方形的短邊與半圓形的直徑重合。終端輻射負(fù)載為橢圓形負(fù)載，它起到了一般負(fù)載沒有的作用，即輻射電磁波，從而使天線的增益得到了進(jìn)ー步的提高。組合形負(fù)載中的半圓形和共面波導(dǎo)中心饋線實(shí)現(xiàn)漸變過渡；梯形負(fù)載的天線的負(fù)載為了保證對(duì)稱性采用了等腰梯形。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖說明I和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)第二振子3靠近共面波導(dǎo)中心饋線5的頂點(diǎn)位置處切掉ー個(gè)45°的等腰直角三角形，切去等腰直角三角形可以起到降低天線饋線上的反射、達(dá)到更好的匹配的目的，其它實(shí)施方式與具體·實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖說明11和圖12說明本實(shí)施方式，介質(zhì)板I長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為R1 ;第一振子2的上端面厚度為I1、第一振子2的上端面與第一方形通孔2-1的上側(cè)壁之間的距離為I2、第一方形通孔2-1的開ロ寬度為I3、第一方形通孔2-1的下側(cè)壁與第一振子2的下端面之間的距離為I4、第一振子2與第二振子3之間的距離為I5、第二振子3的下端面與第二方形通孔3-1的上側(cè)壁之間的距離為I6、第二方形通孔3-1的開ロ寬度為I7，第二方形通孔3-1的下側(cè)壁與第二振子3底端面的距離為I8，第一振子2與第二振子3的寬度為W1,第一金屬過孔1-1與第二金屬過孔1-2的半徑為r,饋電端ロ匹配枝節(jié)6長(zhǎng)為gi、寬為18，橢圓形福射型終端負(fù)載7中長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為R2、短軸長(zhǎng)為も，第一振子2或第二振子3與共面波導(dǎo)中心饋線5之間的距離為S，共面波導(dǎo)中心饋線5的寬度為g，第三水平饋線10與介質(zhì)板I的下端面之間的距離為I9，第二水平饋線9與第三水平饋線10之間的距離為I1。，第ニ水平饋線9與介質(zhì)板I的上端面的距離為I11,第二水平饋線9和第三水平饋線10的寬度為112，Cl1為第一水平饋線8、第二水平饋線9、第三水平饋線10的厚度，d為介質(zhì)板I背面水平饋線的長(zhǎng)度，d2為金屬過孔的長(zhǎng)度，d3為第一水平饋線長(zhǎng)度，d4為切角邊長(zhǎng)，r為金屬過孔的半徑。天線的具體尺寸為=R1 = 14. 8mm, L = 96. 1mm, W1 = 4mm, S=L 9mm, g = 3mm, g:=4. 9mm，I1 = I. 3mm，I2 = 19. 3mm，I3 = 4. 7mm，I4 = 19. 3mm，I5 = I. 5mm，I6 = 19. 3mm，I7=3. 0mm，I8 = I. 1mm，I9 = 26. 85mm，I10 = 44. 6mm，I11 = 24. 65mm，I12 = 0. 4mm，R2 = 22mm，d = 8. 5mm，dx = 0. 1mm，d2 = I. 5mm，d3 = 1mm，d4 = I. 7mm，r = 0. 2mm。根據(jù)上述要求的尺寸制作了天線的實(shí)物并進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，帶有橢圓形負(fù)載的天線在4. 2GHz-5. OGHz的頻帶內(nèi)反射系數(shù)低于_10dB，相對(duì)帶寬為17. 4%，帶寬內(nèi)單位電長(zhǎng)度增益達(dá)到了 4. OdB (4. 8GHz)，最大增益達(dá)到了 6. 3dB (4. 8GHz)同時(shí)工作帶寬內(nèi)H面方向圖不圓度低于2. OdB，實(shí)現(xiàn)了寬帶全向高増益的要求。從圖12的天線測(cè)試結(jié)果可以看出，天線在C波段典型頻率4. SGHz處具有較好的全向特性和較高的増益，測(cè)試結(jié)果表明天線在4. SGHz的增益達(dá)到了 6. 3dB，符合對(duì)天線高増益特性的預(yù)期，H面方向圖表明天線的方向圖不圓度很小，小于2. OdB，符合對(duì)天線全向性的預(yù)期。天線在結(jié)合尺寸以及參數(shù)的測(cè)試結(jié)果，說明了本項(xiàng)發(fā)明在結(jié)構(gòu)尺寸、帶寬、波束覆蓋和增益等指標(biāo)上獲得了良好的結(jié)合。本實(shí)施例的天線饋電形式緊湊，充分利用了天線空間，饋電結(jié)構(gòu)為共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以適用于同軸線等傳統(tǒng)傳輸線饋電，也可以適用于現(xiàn)代集成傳輸線饋電；本實(shí)施例所提出的天線單位電長(zhǎng)度増益較大，具有較高的全向性和較寬的頻帶，尤其是相對(duì)帶寬較大；本 實(shí)施例所采用的是印刷結(jié)構(gòu)，I. 5mm的厚度使其非常便于集成和小型化。
權(quán)利要求
1.一種帶有輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線，所述天線包括介質(zhì)板(I)和共面波導(dǎo)中心饋線(5)，其特征在于所述天線還包括兩組振子、饋電端ロ匹配枝節(jié)￠)、輻射型終端負(fù)載(7)、第一水平饋線(8)、第二水平饋線(9)和第三水平饋線(10)，介質(zhì)板(I)的前側(cè)壁上印刷兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線(5)、饋電端ロ匹配枝節(jié)￠)、輻射型終端負(fù)載(7)和第一水平饋線(8)，介質(zhì)板(I)的后側(cè)壁上印刷第二水平饋線(9)和第三水平饋線(10)，共面波導(dǎo)中心饋線(5)的下端與饋電端ロ匹配枝節(jié)(6)連接，共面波導(dǎo)中心饋線(5)的上端與輻射型終端負(fù)載(7)連接，每組振子包括第一振子(2)和第二振子(3)，第一振子(2)和第二振子(3)均為ロ字形，兩組振子沿共面波導(dǎo)中心饋線(5)對(duì)稱設(shè)置，第一振子(2)遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線(5)的一側(cè)開有第一方形通孔(2-1)，第二振子(3)遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線(5)的一側(cè)開有第二方形通孔(3-1)，共面波導(dǎo)中心饋線(5)通過第一水平饋線(8)與兩個(gè)第一振子(2)中的ー個(gè)連接，介質(zhì)板(I)的后側(cè)壁上印刷第二水平饋線(9)和第三水平饋線(10)，介質(zhì)板(I)上位于每個(gè)第一振子(2)靠近共面波導(dǎo)中心饋線(5)的頂點(diǎn)位 置處開有第一金屬過孔(1-1)，介質(zhì)板(I)上位于每個(gè)第二振子(3)靠近共面波導(dǎo)中心饋線(5)的頂點(diǎn)位置處開有第二金屬過孔(1-2)，第二水平饋線(9)通過兩個(gè)第一金屬過孔(1-1)與第一振子(2)連接，第三水平饋線(10)通過兩個(gè)第二金屬過孔(1-2)與第二振子(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述帶有輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線，其特征在于輻射型終端負(fù)載(7)為橢圓形、等腰梯形或組合形，其中組合形由長(zhǎng)方形與半圓形構(gòu)成，長(zhǎng)方形的短邊與半圓形的直徑重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述帶有輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線，其特征在于每個(gè)第二振子(3)靠近共面波導(dǎo)中心饋線(5)的頂點(diǎn)位置處切掉ー個(gè)45°的等腰直角三角形。
全文摘要
帶有輻射型負(fù)載的直接饋電型全向印刷天線，它涉及一種印刷型天線，具體涉及一種全向輻射印刷型天線。該天線為解決目前的全向天線無法同時(shí)滿足全向輻射性好、帶寬較寬且增益較高的問題。共面波導(dǎo)中心饋線的下端與饋電端口匹配枝節(jié)連接，共面波導(dǎo)中心饋線的上端與輻射型終端負(fù)載連接，第一振子和第二振子均為口字形，第一振子遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線的一側(cè)開有第一方形通孔，第二振子遠(yuǎn)離共面波導(dǎo)中心饋線的一側(cè)開有第二方形通孔，第二水平饋線通過兩個(gè)第一金屬過孔與第一振子連接，第三水平饋線通過兩個(gè)第二金屬過孔與第二振子連接。本發(fā)明用于在C波段的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102760945SQ20121026647
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者劉曦, 劉夢(mèng)芊, 林怡琛, 林澍, 田雨, 荊麗雯, 陸加, 馬欣茹 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)