一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線，包括平面螺旋天線、饋電巴倫、微帶線及介質(zhì)基板，所述平面螺旋天線包括天線一臂及天線二臂，所述天線一臂及天線二臂分別印制在介質(zhì)基板的正、反面，所述天線二臂是天線一臂關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度得到，天線一臂包括第一條邊界及第二條邊界，所述第二條邊界是第一條邊界關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90度得到的，所述天線二臂與饋電巴倫的地板連接，共同構(gòu)成天線的地平面，所述天線一臂通過微帶線與饋電巴倫的中心導(dǎo)體連接。本實(shí)用新型天線具有臂寬較寬，且天線臂較短的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)同平面饋電。
【專利說明】一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，通信系統(tǒng)對(duì)天線的要求越來(lái)越高。一方面要求寬頻帶，希望一副天線能夠同時(shí)支持多個(gè)頻段的無(wú)線通信。另一方面要求小型化，隨著高速集成電路的快速發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)備向一體化，小型化，集成化不斷邁進(jìn)，作為無(wú)線電子設(shè)備的終端，現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)天線提出了小型化、易于集成的要求。
[0003]平面螺旋天線是一種常用的寬頻帶圓極化天線。傳統(tǒng)的平面螺旋天線主要有兩種:平面等角螺旋天線和平面阿基米德螺旋天線。這兩種天線所需的最小尺寸都是由天線工作的最低頻率決定的，如何在滿足頻帶內(nèi)各項(xiàng)性能的要求下最大限度的減小尺寸是該類天線研究的熱點(diǎn)。
[0004]經(jīng)典的平面螺旋天線，屬于自互補(bǔ)型雙臂平衡饋電天線，因此天線的理論阻抗為180歐姆，為實(shí)現(xiàn)天線與50歐姆同軸電纜的平衡饋電，必須用到饋電巴倫。典型的螺旋天線饋電網(wǎng)絡(luò)是漸變線巴倫，傳統(tǒng)的巴倫通常放置在螺旋天線的中心，且垂直于螺旋天線平面。垂直放置巴倫的好處是:對(duì)螺旋天線的輻射特性的影響最小。但是由于巴倫長(zhǎng)度較大，導(dǎo)致螺旋天線縱向體積較大，因此垂直巴倫饋電的方法給螺旋天線的制造以及小型化系統(tǒng)集成造成了不便?？s短垂直巴倫長(zhǎng)度以及采用平面饋電結(jié)構(gòu)的方法成為螺旋天線縮小尺寸的研究熱點(diǎn)。
[0005]經(jīng)典設(shè)計(jì)的兩種平面螺旋天線，形式固定，給螺旋天線饋電方法的研究造成了限制。在相同尺寸的條件下，阿基米德天線的圓極化帶寬比阿基米德天線寬，然而阿基米德天線的臂寬很窄，且臂長(zhǎng)較長(zhǎng)，不易于進(jìn)行同平面饋電。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線。
[0007]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線，包括平面螺旋天線、饋電巴倫、微帶線及介質(zhì)基板，所述饋電巴倫包括地板及中心導(dǎo)體，所述地板印制在介質(zhì)基板的反面，所述中心導(dǎo)體及微帶線印制在介質(zhì)基板正面，所述微帶線與中心導(dǎo)體連接，所述平面螺旋天線包括天線一臂及天線二臂，所述天線一臂及天線二臂分別印制在介質(zhì)基板的正、反面，所述天線二臂是天線一臂關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度得到，天線一臂包括第一條邊界及第二條邊界，所述第二條邊界是第一條邊界關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90度得到的，所述天線二臂與饋電巴倫的地板連接，共同構(gòu)成天線的地平面，所述天線一臂通過微帶線與饋電巴倫的中心導(dǎo)體連接。
[0009]所述第一邊界通過如下公式確定:

[0010]
z、 , arctan {φ -B )
r((p)= r0* A * --J-+D
[0011]其中，r是第一邊界上的點(diǎn)到原點(diǎn)的距離，Φ是旋轉(zhuǎn)角度，&是天線的內(nèi)徑。
[0012]所述饋電巴倫的特性阻抗呈指數(shù)漸變變化。
[0013]所述天線一臂通過微帶線與饋電巴倫的中心導(dǎo)體連接，具體為:微帶線在介質(zhì)基板的正面沿著天線二臂的中心線，延伸到原點(diǎn)，通過原點(diǎn)與天線一臂連接。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015](I)本實(shí)用新型天線具有臂寬較寬，且天線臂較短的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)同平面饋電；
[0016](2)通過將饋電巴倫設(shè)計(jì)在天線同一平面的方法，將天線和饋電巴倫整合成一個(gè)雙層結(jié)構(gòu)，大大減小了天線的縱向尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊；
[0017](3)巧妙地將天線兩臂分別印制在介質(zhì)板材的兩面，避免了饋電巴倫與天線臂的手工連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1中介質(zhì)基板正面金屬覆蓋不意圖；
[0020]圖3是圖1中介質(zhì)基板反面金屬覆蓋示意圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型的回波損耗仿真曲線圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型的正方向軸比仿真曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0024]實(shí)施例
[0025]如圖1-圖3所示，一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線，包括平面螺旋天線、特性阻抗值呈指數(shù)漸變變化的饋電巴倫、微帶線5及介質(zhì)基板6，所述饋電巴倫包括地板4及中心導(dǎo)體3，所述饋電巴倫的中心導(dǎo)體3及地板4分別印制在介質(zhì)基板6的正、反面，常規(guī)螺旋天線兩臂通常被印制在介質(zhì)基板同一面，在本實(shí)用新型中為了避免多余的連接工作，平面螺旋天線的天線一臂I及天線二臂2分別印制在介質(zhì)基板6的正、反面，巧妙的與饋電巴倫形成雙層的一體化結(jié)構(gòu)，所述天線二臂2與饋電巴倫的地板4連接，共同構(gòu)成天線的地平面，所述天線一臂I通過微帶線5與饋電巴倫的中心導(dǎo)體3連接，具體為:微帶線5在介質(zhì)基板6的正面沿著天線二臂2的中心線，延伸到原點(diǎn)，通過原點(diǎn)與天線一臂I連接，饋電巴倫與平面螺旋天線印制在同一平面，饋電巴倫與同軸線相連的一端，特性阻抗為50歐姆。
[0026]所述天線二臂2是天線一臂I關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度得到，天線一臂包括第一條邊界IA及第二條邊界2A，所述第二條邊界2A是第一條邊界IA關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90度得到的，兩條邊界組合形成了天線一臂1，所述第一條邊界是通過如下公式確定的:
[0027]
,x arctan (φ - B )
ν{φ) = A*r0 * -^-J-+D
[0028]r是天線邊界上的點(diǎn)到原點(diǎn)的距離，屮是旋轉(zhuǎn)角度，Γ(ι是天線的內(nèi)徑。A，B，C，D是用于確定天線尺寸的常數(shù)。
[0029]新型螺旋天線的公式有4個(gè)未知參數(shù)，但是如果確定天線的內(nèi)徑Γ(ι和外徑Γι，起始旋轉(zhuǎn)角度P ο和終止旋轉(zhuǎn)角度P I，通過簡(jiǎn)單的計(jì)算，天線的4個(gè)未知參數(shù)，可以縮減為兩個(gè)，
即參數(shù)D和A是可通過B、C的值計(jì)算得出的:
[0030]

r, * circta n ^ - /;, * arctan( ^ J
1 K C' ° C
D =-^-



rO-rI
[0031]


f φ0-Β ) ^

arctan- +Z>

C

V ^ /
[0032]為了獲得軸比特性和臂長(zhǎng)的平衡，通過電磁仿真軟件計(jì)算，優(yōu)化出輻射特性最好時(shí)A、D的值，進(jìn)而獲得天線的所有參數(shù)。本實(shí)施例中在仿真模型中使用的參數(shù)為I*。=0.2mm，Φ0 = 0，Φ 丄=3.75 π，B = 4.6，C = 3。
[0033]本實(shí)用新型的天線與巴倫的一體化結(jié)構(gòu)由相對(duì)介電常數(shù)為2.2，厚度為0.8mm，損耗正切角不大于0.001的F4B介質(zhì)板材制作而成。
[0034]圖4為本實(shí)用新型的回波損耗仿真曲線圖，在3-lOGHz頻率范圍內(nèi)，回波損耗均小于-10dB。圖5為本實(shí)用新型的正方向軸比仿真曲線圖，在工作頻帶內(nèi)，軸比均小于3dB。
[0035]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線，包括平面螺旋天線、饋電巴倫、微帶線及介質(zhì)基板，所述饋電巴倫包括地板及中心導(dǎo)體，所述地板印制在介質(zhì)基板的反面，所述中心導(dǎo)體及微帶線印制在介質(zhì)基板正面,所述微帶線與中心導(dǎo)體連接,其特征在于,所述平面螺旋天線包括天線一臂及天線二臂，所述天線一臂及天線二臂分別印制在介質(zhì)基板的正、反面，所述天線二臂是天線一臂關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度得到，天線一臂包括第一條邊界及第二條邊界，所述第二條邊界是第一條邊界關(guān)于原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90度得到的，所述天線二臂與饋電巴倫的地板連接，共同構(gòu)成天線的地平面，所述天線一臂通過微帶線與饋電巴倫的中心導(dǎo)體連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線，其特征在于，所述饋電巴倫的特性阻抗呈指數(shù)漸變變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成巴倫結(jié)構(gòu)的新型超寬帶平面螺旋天線，其特征在于，所述天線一臂通過微帶線與饋電巴倫的中心導(dǎo)體連接，具體為:微帶線在介質(zhì)基板的正面沿著天線二臂的中心線，延伸到原點(diǎn)，通過原點(diǎn)與天線一臂連接。
【文檔編號(hào)】H01Q1/36GK203983479SQ201420400056
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】黃惠芬, 呂宗霖 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)