專利名稱：寬帶平面印刷偶極子天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶平面印刷偶極子天線，確切地說，涉及一種可用于無線通信的雙面印刷偶極子天線，屬于通信天線的技術(shù)領(lǐng)域，
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展，具有低復(fù)雜度、低成本和工作頻帶寬等諸多優(yōu)點的通信系統(tǒng)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。因為印刷偶極子天線具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點，故其被應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。但是，現(xiàn)有技術(shù)的印刷偶極子天線存在有帶寬較窄或結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜的缺點。例如2010年文獻《寬帶印刷偶極子天線》(中國期刊《科學(xué)技術(shù)與工程》，2010年第32期)中的天線為平面印刷結(jié)構(gòu)，但其工作帶寬只有55%。專利申請《一種帶有寄生單元的寬帶低交叉極化印刷偶極子天線》(申請?zhí)枮?01110244863. X)雖然其能夠?qū)崿F(xiàn)70%的工作帶寬，但是該天線是由3塊介質(zhì)板和一塊反射板組成，呈復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，不便與印刷電路板集成。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種適用于無線通信的寬帶平面印刷偶極子天線，該裝置在實現(xiàn)天線工作寬帶化的同時，還具有以下特點造價低、平面結(jié)構(gòu)、易于與其他設(shè)備集成；饋電系統(tǒng)簡單。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種寬帶平面印刷偶極子天線，設(shè)有兩個大偶極子臂(3a、3b)、兩個小偶極子臂(4a、4b)、指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)、連接小偶極子臂與饋電微帶線的連接線(5)和介質(zhì)板(2);其特征在于所述天線采用介質(zhì)板(2)正反兩面的雙層印刷電路結(jié)構(gòu)將大、小兩對偶極子(3&、313)、(4&、413)和指數(shù)型漸變線饋電微帶線
(1)印制在該介質(zhì)板(2)的正反兩面，從而實現(xiàn)寬頻帶特性和穩(wěn)定的方向圖，在駐波比小于2時的帶寬能夠達(dá)到70%，工作頻段內(nèi)方向圖穩(wěn)定。所述天線的大偶極子的一臂(3a)和小偶極子的一臂(4a)印制在該介質(zhì)板的正面，大偶極子的另一臂(3b)和小偶極子的另一臂(4b)則印制在該介質(zhì)板的反面。所述兩個大偶極子臂(3a、3b)和兩個小偶極子臂(4a、4b)分別是兩個尺寸不同的矩形貼片，共同構(gòu)成該天線的輻射單元；其中，大偶極子臂(3a、3b)的長寬比為O. Cl. 2，小偶極子臂的長寬比為O. Cl. 2。所述指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)是該天線的連接轉(zhuǎn)換單元，其是由印制在介質(zhì)板(2)正面的設(shè)定寬度的金屬線(Ia)和印制在介質(zhì)板(2)反面的寬度呈指數(shù)線型漸變的金屬線(Ib)共同組成，該饋電微帶線(I)的始端連接無線電天線接口 SMA(Sub-Miniature-Α),其尾端分別連接小偶極子臂(4a、4b)。所述連接線(5)是彎折90度的兩段矩形貼片，分別連接小偶極子臂(4a、4b)和指數(shù)型漸變線的饋電微帶線(I);且其彎折處采用45度。所述介質(zhì)板(2)是適用于射頻微波頻段并具有相適應(yīng)介電常數(shù)的絕緣材料所制成。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)新穎、簡單、實用的寬帶平面印刷偶極子天線，其電路結(jié)構(gòu)采用雙偶極子形式，通過指數(shù)型漸變線的微帶線饋電，可同時提供較寬的工作頻帶帶寬(達(dá)到70%)和優(yōu)良的輻射效率，且頻帶內(nèi)方向圖穩(wěn)定。同時，包括平面偶極子天線和饋電系統(tǒng)的所有電路全部印制在介質(zhì)板的兩面，不需要額外的金屬地板或者反射板，實現(xiàn)了偶極子天線整體結(jié)構(gòu)的平面化、寬帶化。其主要結(jié)構(gòu)特點是尺寸小、重量輕，易于集成于各種平面器件中；饋電系統(tǒng)非常簡單，只有單個饋電。因此本發(fā)明與其他偶極子天線相比，其制造成本低廉、平面結(jié)構(gòu)、饋電簡單、工作頻帶寬，具有良好的推廣應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明寬帶平面印刷偶極子天線的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的寬帶平面印刷偶極子天線的正面3是本發(fā)明的寬帶平面印刷偶極子天線的反面圖。圖4是本發(fā)明的寬帶平面印刷偶極子天線的頻率特性實測圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述。參見圖f圖3，介紹本發(fā)明寬帶平面印刷偶極子天線的結(jié)構(gòu)組成。該天線整體結(jié)構(gòu)呈矩形體，設(shè)有指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)、介質(zhì)板(2)、兩個大偶極子臂(3a、3b)、兩個小偶極子臂(4a、4b)和連接線(5)。其創(chuàng)新結(jié)構(gòu)主要是該天線采用在位于中間的介質(zhì)板(2)正反兩面的雙層印刷電路結(jié)構(gòu)，即將大、小兩對偶極子(3a、3b)、(4a、4b)和指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)印制在該介質(zhì)板(2)的正反兩面大偶極子的一臂(3a)和小偶極子的一臂(4a)印制在該介質(zhì)板的正面，大偶極子的另一臂(3b)和小偶極子的另一臂(4b)則印制在該介質(zhì)板的反面。實現(xiàn)了寬頻帶特性和穩(wěn)定的方向圖，在駐波比小于2時的帶寬能夠達(dá)到70%，工作頻段內(nèi)方向圖穩(wěn)定。連接小偶極子臂與饋電微帶線的連接線位于介質(zhì)板的兩面。本發(fā)明天線的兩個大偶極子臂(3a、3b)和兩個小偶極子臂(4a、4b)分別是兩個尺寸不同的矩形貼片，共同構(gòu)成該天線的輻射單元；其中，大偶極子臂(3a、3b)的長寬比為O. 8^1. 2，小偶極子臂的長寬比為O. 8^1. 2。指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)是該天線的連接轉(zhuǎn)換單元，其是由印制在介質(zhì)板
(2)正面或上層的設(shè)定寬度(實施例中的該寬度為1. 4mm)的金屬線(Ia)和印制在介質(zhì)板反面或下層的寬度呈指數(shù)線型漸變的金屬線(Ib)共同組成，該饋電微帶線(I)的始端連接無線電天線接口 SMA (Sub-Miniature-Α),其尾端分別連接小偶極子臂(4a、4b)。連接線(5)是彎折90度的兩段矩形貼片，位于介質(zhì)板兩面，分別連接小偶極子臂(4a、4b)和指數(shù)型漸變線的饋電微帶線(I);且其彎折處采用45度。實施例的連接線(5)的寬度為1. 4mm。 介質(zhì)板(2)是適用于射頻微波頻段、并由相應(yīng)介電常數(shù)(4. Γ4. 9之間)的絕緣材料所制成。本發(fā)明實施例中的介質(zhì)板厚度為O. 8mm,長度為80mm,寬度為60mm。
本發(fā)明實施例的其他電路參數(shù)如下大偶極子臂(3a、3b)的兩個矩形貼片的長、寬均為25mm,其中3a位于介質(zhì)板的正面或上層,3b位于介質(zhì)板的反面或下層。通過改變大偶極子臂的長度和寬度，與小偶極子臂配合，可以實現(xiàn)天線工作頻帶的拓寬。小偶極子臂(4a、4b)的兩個矩形貼片的長、寬均為10mm，4a位于介質(zhì)板的正面或上層，4b位于介質(zhì)板的反面或下層，通過改變小偶極子臂的長度和寬度，與大偶極子臂配合，可以實現(xiàn)天線工作頻帶的拓寬。本發(fā)明已經(jīng)進行了多次實施試驗，仿真實施試驗的情況介紹如下在天線的指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)的起始端焊接工程用SMA接頭，再外接信號源，外加的激勵信號通過指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I )、連接線(5)到達(dá)小偶極子臂(4a、4b)。由小偶極子臂(4a、4b)將能量耦合到大偶極子臂(3a、3b)，大小偶極子臂共同作用將電磁波的能量輻射出去，完成無線通信的功能。參見圖4，介紹本發(fā)明實施例的頻率特性、即回波損耗參數(shù)的實驗結(jié)果圖中的橫坐標(biāo)為頻率分量，單位為GHz ;縱坐標(biāo)為幅度分量，單位為dB。本發(fā)明實施例的一種寬帶平面印刷偶極子天線的工作頻段為2. Γ4. 4GHz，其回波損耗參數(shù)在工作頻帶內(nèi)小于-10dB。因此，該實施例的試驗是 成功的，實現(xiàn)了發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種寬帶平面印刷偶極子天線，設(shè)有兩個大偶極子臂(3a、3b)、兩個小偶極子臂(4a、4b)、指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)、連接小偶極子臂與饋電微帶線的連接線(5)和介質(zhì)板(2);其特征在于所述天線采用介質(zhì)板正反兩面的雙層印刷電路結(jié)構(gòu)將大、小兩對偶極子(3a、3b)、(4a、4b)和指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)印制在該介質(zhì)板(2)的正反兩面，從而實現(xiàn)寬頻帶匹配特性和穩(wěn)定的方向圖，在駐波比小于2時的帶寬能夠達(dá)到70%，工作頻段內(nèi)方向圖穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述天線的大偶極子的一臂(3a)和小偶極子的一臂(4a)印制在該介質(zhì)板(2)的正面，大偶極子的另一臂(3b)和小偶極子的另一臂(4b)則印制在該介質(zhì)板(2)的反面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于所述兩個大偶極子臂(3a、3b)和兩個小偶極子臂(4a、4b)分別是兩個尺寸不同的矩形貼片，共同構(gòu)成該天線的輻射單元；其中，大偶極子臂(3a、3b)的長寬比為0. 8^1. 2，小偶極子臂的長寬比為0. 8^1. 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述指數(shù)型漸變線饋電微帶線(I)是該天線的連接轉(zhuǎn)換單元，其是由印制在介質(zhì)板(2)正面的設(shè)定寬度的金屬線(Ia)和印制在介質(zhì)板(2)反面的寬度呈指數(shù)線型漸變的金屬線(Ib)共同組成，該饋電微帶線(I)的始端連接無線電天線接口 SMA，其尾端分別連接小偶極子臂(4a、4b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述連接線(5)是彎折90度的兩段矩形貼片，分別連接小偶極子臂(4a、4b)和指數(shù)型漸變線的饋電微帶線(I);且其彎折處采用45度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于所述介質(zhì)板(2)是適用于射頻微波頻段并具有相適應(yīng)介電常數(shù)的絕緣材料所制成。
全文摘要
一種寬帶平面印刷偶極子天線，設(shè)有兩個大偶極子臂(3a、3b)、兩個小偶極子臂(4a、4b)、指數(shù)型漸變線饋電微帶線(1)、連接小偶極子臂與饋電微帶線的連接線(5)和介質(zhì)板(2)；該天線結(jié)構(gòu)創(chuàng)新之處是采用介質(zhì)板正反兩面的雙層印刷電路結(jié)構(gòu)將大、小兩對偶極子(3a、3b)、(4a、4b)和指數(shù)型漸變線饋電微帶線(1)印制在該介質(zhì)板(2)的正反兩面，從而實現(xiàn)寬頻帶匹配特性和穩(wěn)定的方向圖，在駐波比小于2時的帶寬能夠達(dá)到70%，工作頻段內(nèi)方向圖穩(wěn)定。特點是尺寸小、重量輕，易于集成于各種平面器件中；饋電系統(tǒng)簡單。因此本發(fā)明制造成本低廉、平面結(jié)構(gòu)、工作頻帶寬，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號H01Q21/00GK103036023SQ20131000247
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者蘇明, 張大印, 黎淑蘭, 于翠屏, 吳永樂, 劉元安 申請人:北京郵電大學(xué)