專利名稱：帶有輻射型負載的間接饋電型全向印刷天線的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種印刷天線，具體涉及一種帶有輻射型負載的間接饋電型全向印刷天線。
背景技術(shù)：
印刷型天線是一種采用現(xiàn)代印制電路板技術(shù)制作的天線，全向天線是一種在水平面內(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)生了多樣化的改變，從最初的單極子、偶極子、雙錐、螺旋天線到微帶、智能天線等，而實現(xiàn)方式上主要有并饋和串饋兩種方式。在一點對多點的基站對終端的通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等一些 專用通信系統(tǒng)中有廣泛的應用。一般以全向增益超過4dB為標準，這樣可保證波束較寬。因此需要通過合理的設計保證天線在單位尺寸上產(chǎn)生較高的增益，現(xiàn)有的研究主要集中在(I)是一系列異形振子，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶，但會發(fā)生方向圖分裂，全向性較差。(2)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，整個天線為諧振式結(jié)構(gòu)，導致帶寬較窄。(3)上述的全向高增益天線普遍具有帶寬窄和單位長度產(chǎn)生的增益較低等特點，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提高增益，是研究的熱點問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶有輻射型負載的間接饋電型全向印刷天線，以解決目前的天線無法同時滿足全向好、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、輻射型終端負載、交叉中心饋線、共面波導中心饋線、、第一接地板、第二接地板、多個第一共面波導饋電單元、多個第二共面波導饋電單元、多個第三共面波導饋電單元和多個第四共面波導饋電單元，介質(zhì)板上印刷有輻射型終端負載、交叉中心饋線、共面波導中心饋線、多個第一共面波導饋電單元、多個第二共面波導饋電單元、多個第三共面波導饋電單元和多個第四共面波導饋電單元，共面波導中心饋線的上端與輻射型終端負載連接，共面波導中心饋線與交叉中心饋線平行設置，第一共面波導饋電單元、第二共面波導饋電單元、第三共面波導饋電單元和第四共面波導饋電單元均為長方形，共面波導中心饋線的外側(cè)壁上間隔設置多個第一共面波導饋電單元和第一接地板，第一接地板位于共面波導中心饋線的最底端，第三共面波導饋電單元位于相鄰兩個第一共面波導饋電單元之間，第三共面波導饋電單元與共面波導中心饋線之間的距離為O. 4-1. 2mm，交叉中心饋線的外側(cè)壁上間隔設置多個第二共面波導饋電單元和第二接地板，第二接地板位于交叉中心饋線的最底端，第四共面波導饋電單元位于相鄰兩個第二共面波導饋電單元之間，第四共面波導饋電單元與交叉中心饋線之間的距離為O. 4-1. 2mm。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明與傳統(tǒng)COCO天線有相似之處，只是從空間立體結(jié)構(gòu)變成了平面結(jié)構(gòu)，也使其從封閉結(jié)構(gòu)變成了開放式的結(jié)構(gòu)。當電流從底端饋入到饋線上時，電流就沿著交叉相連的傳輸線流動，在傳輸線上建立起電流分布，而電流到終端(頂端)時，遇到了一個輻射型終端負載，也會在輻射型終端負載上建立起電流分布，由于輻射型終端負載和與之相連的共面波導中心饋線以及接地板就構(gòu)成了一個三角形單極天線，其上的電流本身可以輻射到自由空間，所以整個天線的終端相當于連接了一個匹配負載，在三角形單極天線的工作頻帶內(nèi)，共面波導中交叉饋線上的電流為行波電流。這是本發(fā)明的天線與傳統(tǒng)COCO天線的重要差別，傳統(tǒng)COCO天線上的電流全部為駐波電流，這個差別使本發(fā)明天線的帶寬要比傳統(tǒng)的COCO天線要寬。本天線采用印刷形式，便于通信電路集成，符合小型化的要求，還具有成本低、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單及容易實現(xiàn)等諸多優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。本發(fā)明所提出的天線是單面印刷電路，在大批量生產(chǎn)中可以節(jié)約成本40-50%，會產(chǎn)生顯著地經(jīng)濟效益；另外，單面板與雙面板尤其是帶有過孔的雙面板相比，將顯著提高穩(wěn)定性。


圖I是等腰梯形輻射型終端負載天線的結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖I的側(cè)視圖，圖3是本發(fā)明的組合形輻射型終端負載天線的結(jié)構(gòu)主視圖，圖4是本發(fā)明的圓形輻射型終端負載天線的結(jié)構(gòu)主視圖，圖5是具體實施方式
三中的天線反射系數(shù)與頻率的關(guān)系圖，圖6是具體實施方式
三的天線在典型頻點4. SGHz的E面和H面方向圖，圖7是傳統(tǒng)的同軸共線交叉饋電振子天線演變?yōu)楸景l(fā)明天線的過程示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，本實施方式的天線包括介質(zhì)板
I、輻射型終端負載2、交叉中心饋線3、共面波導中心饋線4、第一接地板9、第二接地板10、多個第一共面波導饋電單元5、多個第二共面波導饋電單元6、多個第三共面波導饋電單元7和多個第四共面波導饋電單元8，介質(zhì)板I上印刷有輻射型終端負載2、交叉中心饋線3、共面波導中心饋線4、多個第一共面波導饋電單元5、多個第二共面波導饋電單元6、多個第三共面波導饋電單元7和多個第四共面波導饋電單元8，共面波導中心饋線4的上端與輻射型終端負載2連接，共面波導中心饋線4與交叉中心饋線3平行設置，第一共面波導饋電單元5、第二共面波導饋電單元6、第三共面波導饋電單元7和第四共面波導饋電單元8均為長方形，共面波導中心饋線4的外側(cè)壁上間隔設置多個第一共面波導饋電單元5和第一接地板9，第一接地板9位于共面波導中心饋線4的最底端，第三共面波導饋電單元7位于相鄰兩個第一共面波導饋電單元5之間，第三共面波導饋電單元7與共面波導中心饋線4之間的距離為O. 4-1. 2mm，交叉中心饋線3的外側(cè)壁上間隔設置多個第二共面波導饋電單元6和第二接地板10，第二接地板10位于交叉中心饋線3的最底端，*第四共面波導饋電單元8位于相鄰兩個第二共面波導饋電單元6之間，第四共面波導饋電單元8與交叉中心饋線3之間的距離為O. 4-1. 2mm。
本天線的介質(zhì)板采用相對介電常數(shù)為4.4的介質(zhì)材料，是市面上容易得到的材料，價格比較低廉。所述的CPW交叉耦合饋電印刷天線置于FR4環(huán)氧樹脂板上，該介質(zhì)板材料的介電常數(shù)％ = 4. 4，本印刷天線饋電處使用共面波導饋電，介質(zhì)板I的長度為L、厚度為h，輻射型終端負載2的高度為I1,、厚度t，第一共面波導饋電單元5、第二共面波導饋電單元6、第三共面波導饋電單元7和第四共面波導饋電單元8長度均為I2，第一共面波導饋電單元5和第二共面波導饋電單元6之間的距離為13，I2和I3用于改變天線的通帶范圍，第一接地板9和第二接地板10的長度為I4、寬度為W2，其中接地板既是饋線一部分，也是輻射單元節(jié)；交叉中心饋線3的寬度為Wl，W1用于改善天線的全向性，優(yōu)選距離為O. 8-1. 2mm,交叉中心饋線3與共面波導中心饋線4之間的距離為g ；共面波導中心饋線4的寬度為W1與交叉中心饋線3與共面波導中心饋線4之間的距離g的比例用于調(diào)整印刷引向天線的阻抗。當《1/^~2時，輸入阻抗基本與50 0匹配。
具體實施方式
二 結(jié)合圖I-圖4說明本實施方式，本實施方式的輻射型終端負載2為等腰梯形、組合形或圓形，其中組合形由長方形與弓形構(gòu)成，長方形的長邊與弓形的弦長度相等，等腰梯形的上底長度為d = 5mm,下底長度等于共面波導中心饋線4的寬度為W1,等腰梯形的高度為I1 ;組合形的長方形長邊長度為d = 17. 5mm，短邊長度為9. Omm,弓形的高度為4. Omm;圓形的直徑d= 16mm，其頂端緊貼介質(zhì)板上邊緣。其它實施方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖5-圖7說明本實施方式，本實施方式饋電處使用共面波導饋電，輻射型終端負載2為等腰梯形。所述的共面波導交叉耦合饋電印刷天線置于介質(zhì)板上,該介質(zhì)板材料的介電常數(shù)ε ^ = 4. 4 ;輻射型終端負載2的上邊的寬度為d、下邊的寬度與共面波導中心饋線4的寬度相同，天線的尺寸為h = O. 5mm, t = O. lmm, I1 = 15mm, I2=17. 25mm，I3 = 3mm，I4 = 17. 25mm，g = 0. 4mm，W1 = 0. 8mm，w2 = 5. 8mm，L = 133. 5mm。根據(jù)上述要求的尺寸制作了天線的實物并進行了測試。結(jié)果表明，天線在4. 3GHz-5. IGHz的頻帶內(nèi)反射系數(shù)低于_10dB，相對帶寬為17%。所設計的天線與COCO天線有相似之處，只是從空間立體結(jié)構(gòu)變成了平面結(jié)構(gòu)，也使其從封閉結(jié)構(gòu)變成了開放式的結(jié)構(gòu)，如圖7所示。當電流從底端饋入到饋線上時，電流就沿著交叉相連的傳輸線流動，在傳輸線上建立起電流分布，而電流到終端(頂端)時，遇到了一個輻射型終端負載2，也會在輻射型終端負載2上建立起電流分布，由于輻射型終端負載2和與之相連的共面波導金屬線以及地板就構(gòu)成了一個三角形單極天線，其上的電流本身可以輻射到自由空間，所以整個天線的終端相當于連接了一個匹配負載，在三角形單極天線的工作頻帶內(nèi)，共面波導交叉饋線上的電流為行波電流。這是本文設計的開放式的共面波導交叉饋電天線與傳統(tǒng)COCO天線的重要差別，傳統(tǒng)COCO天線上的電流全部為駐波電流，這個差別使共面波導交叉饋電天線的帶寬要比傳統(tǒng)的COCO天線要寬。該行波電流通過耦合在共面波導的第二接地板上產(chǎn)生了電流分布，這部分電流為駐波電流，其諧振頻率要受到接地板尺寸的限制。從圖6的天線方向圖可以看出，天線在C波段所應用的典型頻率4. 8GHz處的H面具有很好的全向性，最大輻射方向增益大于7. OdB。結(jié)合天線尺寸以及增益的值，即本天線物理長度為133. 5mm，工作波長為62. 5mm(4. 8GHz)，得到的單位電長度產(chǎn)生的增益為3. 3dB，說明了本項發(fā)明在天線尺寸、帶寬、全向性和增益等指標上獲得了良好的結(jié)合。
本發(fā)明天線采用印刷形式，便于通信電路集成，符合小型化的要求，還具有成本低、重量輕、 結(jié)構(gòu)簡單容易實現(xiàn)等諸多優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。本發(fā)明所提出的天線是單面印刷電路，在大批量生產(chǎn)中可以節(jié)約成本40-50 %，會產(chǎn)生顯著地經(jīng)濟效益；單面板與雙面板尤其是帶有過孔的雙面板相比，將顯著提高穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種帶有輻射型負載的間接饋電型全向印刷天線，其特征在于所述天線包括介質(zhì)板(I)、輻射型終端負載(2)、交叉中心饋線(3)、共面波導中心饋線(4)、第一接地板(9)、第二接地板(10)、多個第一共面波導饋電單元(5)、多個第二共面波導饋電單元￠)、多個第三共面波導饋電單元(7)和多個第四共面波導饋電單元(8)，介質(zhì)板(I)上印刷有輻射型終端負載(2)、交叉中心饋線(3)、共面波導中心饋線(4)、多個第一共面波導饋電單元(5)、多個第二共面波導饋電單元￠)、多個第三共面波導饋電單元(X)和多個第四共面波導饋電單元(8)，共面波導中心饋線(4)的上端與輻射型終端負載(2)連接，共面波導中心饋線(4)與交叉中心饋線(3)平行設置，第一共面波導饋電單元(5)、第二共面波導饋電單元￠)、第三共面波導饋電單元(X)和第四共面波導饋電單元(8)均為長方形，共面波導中心饋線(4)的外側(cè)壁上間隔設置多個第一共面波導饋電單元(5)和一個第一接地板(9)，第一接地板(9)位于共面波導中心饋線(4)的最底端，第三共面波導饋電單元(7)位于相鄰兩個第一共面波導饋電單元(5)之間，第三共面波導饋電單元(7)與共面波導中心饋線(4)之間的距離為0. 4-1. 2mm，交叉中心饋線(3)的外側(cè)壁上間隔設置多個第二共面波導饋電單元(6)和一個第二接地板(10)，第二接地板(10)位于交叉中心饋線(3)的最底端，第四共面波導饋電單元(8)位于相鄰兩個第二共面波導饋電單元(6)之間，第四共面波導饋電單元(8)與交叉中心饋線(3)之間的距離為0. 4-1. 2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述帶有輻射型負載的間接饋電型全向印刷天線，其特征在于輻射型終端負載(2)為圓形、等腰梯形或組合形，其中組合形由長方形與弓形構(gòu)成，長方形的長邊與弓形的弦長度相等。
全文摘要
帶有輻射型負載的間接饋電型全向印刷天線，它涉及一種印刷天線。該天線為解決目前的全向天線無法同時滿足全向輻射性好、帶寬較寬且增益較高的問題。介質(zhì)板上印刷有輻射型終端負載、交叉中心饋線、共面波導中心饋線、多個第一共面波導饋電單元、多個第二共面波導饋電單元、多個第三共面波導饋電單元和多個第四共面波導饋電單元，共面波導中心饋線的上端與輻射型終端負載連接，共面波導中心饋線與交叉中心饋線平行設置，共面波導中心饋線的外側(cè)壁上間隔設置多個第一共面波導饋電單元和第一接地板，交叉中心饋線的外側(cè)壁上間隔設置多個第二共面波導饋電單元和第二接地板。本發(fā)明用于在C波段的一點對多點的通信領域。
文檔編號H01Q1/38GK102800953SQ20121027910
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者林澍, 劉夢芊, 劉曦, 林怡琛, 陸加, 馬欣茹, 田雨 申請人:哈爾濱工業(yè)大學