本實(shí)用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域,具體地,涉及一種電小平面惠更斯源天線。
背景技術(shù):
在天線技術(shù)領(lǐng)域中,電小天線由于其緊湊的結(jié)構(gòu)、較小的尺寸,因此有著巨大的應(yīng)用前景,得到了廣泛的關(guān)注和研究。然而,電小天線受限于半波諧振的工作模式,其輻射性能等較差,不適用于遠(yuǎn)距離無線通信、以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)領(lǐng)域。常用的提升電小天線輻射性能的方法有使用大型的地板作為反射板,或者利用周期性的結(jié)構(gòu)構(gòu)成陣列天線等。然而,這些方法都將增大天線的尺寸,使其難以保持電小的特性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的是提供一種電小平面惠更斯源天線,該天線不僅可以保持的電小、低剖面的特性,還具有良好的輻射性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提供一種電小平面惠更斯源天線,包括:層疊設(shè)置的上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板;電偶極子,貼設(shè)于所述上層介質(zhì)基板的上表面;磁偶極子,貼設(shè)于所述下層介質(zhì)基板的下表面;第一激勵(lì)條帶和第二激勵(lì)條帶,設(shè)置在所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板之間;同軸電纜,包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體,內(nèi)導(dǎo)體穿過所述下層介質(zhì)基板以與所述第一激勵(lì)條帶相連,外導(dǎo)體穿過所述下層介質(zhì)基板以與所述第二激勵(lì)條帶相連。
可選地,所述磁偶極子包括組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半圓環(huán)金屬片,兩個(gè)所述半圓環(huán)金屬片的端部之間有一間隙;每個(gè)半圓環(huán)金屬片的端部形成有朝向所述半圓環(huán)金屬片圓心延伸的金屬枝節(jié),所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板均為與所述磁偶極子同軸設(shè)置的圓形板。
可選地,所述半圓環(huán)金屬貼片的圓環(huán)寬度為1.5mm-2mm,所述金屬枝節(jié)的長(zhǎng)度為5mm-7mm。
可選地,所述同軸電纜位于所述下層介質(zhì)基板的圓心處,且與所述下層介質(zhì)基板垂直布置。
可選地,所述第一激勵(lì)條帶和所述第二激勵(lì)條帶均為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu),所述同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體與所述第一激勵(lì)條帶的拐折點(diǎn)相連,所述同軸電纜的外導(dǎo)體與所述第二激勵(lì)條帶的拐折點(diǎn)相連。
可選地,該L型結(jié)構(gòu)短臂的長(zhǎng)度為7mm-9mm,該L型結(jié)構(gòu)長(zhǎng)臂的長(zhǎng)度為13mm-15mm。
可選地,所述電偶極子包括關(guān)于所述上層介質(zhì)基板的圓心呈對(duì)稱布置的兩部分金屬條帶,每部分金屬條帶包括主體部、第一徑向部和第二徑向部,所述主體部呈S型結(jié)構(gòu),所述第一徑向部從所述主體部的一端延伸至所述上層介質(zhì)基板的圓心,所述第二徑向部從所述主體部的另一端延伸至所述上層介質(zhì)基板的邊緣,所述第二徑向部位于所述第一徑向部的延伸線上。
可選地,所述電偶極子的金屬條帶的寬度為1.3mm-1.8mm,所述金屬條帶的總長(zhǎng)度為93mm-98mm。
可選地,所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板的厚度均為0.5mm-1mm,且所述上層介質(zhì)基板和所述下層介質(zhì)基板的半徑均為15mm-17mm。
可選地,所述電偶極子、所述磁偶極子以及所述第一激勵(lì)條帶與第二激勵(lì)條帶均為厚度相同的金屬貼片。
通過上述技術(shù)方案,一方面利用近場(chǎng)耦合諧振技術(shù),通過將電偶極子和磁偶極子有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了單饋源的電小惠更斯源天線,使得該天線可以良好的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離無線通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等對(duì)方向性有嚴(yán)格要求的環(huán)境;另一方面,該惠更斯源天線直接采用非平衡饋電,即單個(gè)同軸電纜饋電,不再需要巴倫、功分器等其它的輔助饋電結(jié)構(gòu)。此外,電偶極子采用曲折線型,在保證其電小特性的同時(shí),減少了電偶極子與磁偶極子的正對(duì)面,從而減小了兩者之間的互耦,簡(jiǎn)化了天線調(diào)節(jié)的過程。
本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。
附圖說明
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是,此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本實(shí)用新型,并不用于限制本實(shí)用新型。
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的磁偶極子的俯視圖;
圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的第一激勵(lì)條帶和第二激勵(lì)條帶的俯視圖;
圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的電偶極子的俯視圖;
圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的反射系數(shù)|S11|和頻率的關(guān)系曲線圖;
圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的電小平面惠更斯源天線的E平面、H平面輻射場(chǎng)方向圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是,此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本實(shí)用新型,并不用于限制本實(shí)用新型。
如圖1所示,本實(shí)用新型提供的一種電小平面惠更斯源天線,該天線包括:層疊設(shè)置的上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2,這里,上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2可以采用半固化片粘連,也可以采用塑料螺栓固定;上層介質(zhì)基板1的上表面貼設(shè)有電偶極子11,下層介質(zhì)基板2的下表面貼設(shè)有磁偶極子21,上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2之間設(shè)置有第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23;另外,本實(shí)用新型還包括同軸電纜3,包括內(nèi)導(dǎo)體31和外導(dǎo)體32,內(nèi)導(dǎo)體32穿過下層介質(zhì)基板2與第一激勵(lì)條帶22相連,外導(dǎo)體32穿過下層介質(zhì)基板2與第二激勵(lì)條帶23相連。通過上述技術(shù)方案,一方面,利用近場(chǎng)耦合諧振技術(shù),通過將電偶極子11和磁偶極子21有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了單饋源的電小惠更斯源天線,使得該惠更斯源天線可以良好地應(yīng)用于遠(yuǎn)距離無線通信、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等對(duì)方向性要求較為嚴(yán)格的技術(shù)領(lǐng)域;另一方面,該惠更斯源天線直接采用非平衡饋電,即單個(gè)同軸電纜3饋電,不再需要使用巴倫、功分器等其它的輔助饋電結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單并且易于制造等優(yōu)勢(shì)。
具體地,如圖2所示,磁偶極子21包括組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半圓環(huán)金屬片211,這里,由于產(chǎn)生磁偶極子的條件需要有環(huán)形電流,并且為了使得電流流經(jīng)的路徑較為平滑,將磁偶極子21的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)成兩個(gè)半圓環(huán)金屬片211的形式,另外,電流路徑的平滑也有助于拓展磁偶極子的帶寬;并且,為了保證磁偶極子21環(huán)形電流的產(chǎn)生,兩個(gè)半圓環(huán)金屬片211的端部之間可以留有一定的間隙;在本實(shí)用新型中,每個(gè)半圓環(huán)金屬片211的端部形成有朝向半圓環(huán)金屬片211圓心延伸的金屬枝節(jié)212,這里,形成金屬枝節(jié)212是為了與第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23相互作用,從而激勵(lì)起環(huán)形電流。
如圖1和圖3所示,上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2均為與磁偶極子21為同軸設(shè)置的圓形板,同軸電纜3位于下層介質(zhì)基板2的圓心處,且與下層介質(zhì)基板2垂直布置,第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23均為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu),并且第一激勵(lì)條帶22和第二激勵(lì)條帶23可以設(shè)置在上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2之間,同軸電纜3的內(nèi)導(dǎo)體31與第一激勵(lì)條帶22的拐折點(diǎn)相連,同軸電纜3的外導(dǎo)體32與第二激勵(lì)條帶23的拐折點(diǎn)相連,這樣,直接用同軸電纜3對(duì)第一激勵(lì)條帶22進(jìn)行饋電,不再需要巴倫、功分器等其它的輔助饋電結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并且安裝方便。
如圖4所示,本實(shí)用新型提供的一個(gè)實(shí)施方式中,電偶極子11形成在上層介質(zhì)基板1上,為曲折線的結(jié)構(gòu)形式。具體地,電偶極子11可以設(shè)計(jì)成關(guān)于上層介質(zhì)基板1的圓心呈中心對(duì)稱布置的兩部分金屬條帶,每部分金屬條帶包括主體部111、第一徑向部112和第二徑向部113,主體部111呈S型結(jié)構(gòu),第一徑向部112從主體部111的一端延伸至上層介質(zhì)基板1的圓心,第二徑向部113從主體部111的另一端延伸至上層介質(zhì)基板1的邊緣,第二徑向部113位于第一徑向部112的延伸線上。采用這種對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式,一方面,這可以減少不必要的尺寸,保證惠更斯源天線的小型化、緊湊化;另一方面,電偶極子11采用曲折線型,可以在保證惠更斯源天線具有電小特性的同時(shí),減少了電偶極子11與磁偶極子21的正對(duì)面,從而減小電偶極子11與磁偶極子21之間的耦合,簡(jiǎn)化惠更斯源天線調(diào)節(jié)的過程。
具體地,根據(jù)本實(shí)用新型提供的一個(gè)實(shí)施方式,為了更為方便地通過近場(chǎng)耦合技術(shù)來保證惠更斯源天線的輻射特性,利用單個(gè)激勵(lì)源同時(shí)激勵(lì)起電偶極子11和磁偶極子11,同時(shí)保證電偶極子11和磁偶極子12的輻射強(qiáng)度相接近,本實(shí)用新型中,上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2的厚度均為0.5mm-1mm,且上層介質(zhì)基板1和所述下層介質(zhì)基板2的半徑均為15mm-17mm,半圓環(huán)金屬貼片211的圓環(huán)寬度為1.5mm-2mm,金屬枝節(jié)212的長(zhǎng)度為5mm-7mm,該L型結(jié)構(gòu)短臂的長(zhǎng)度為7mm-9mm,該L型結(jié)構(gòu)長(zhǎng)臂的長(zhǎng)度為13mm-15mm,電偶極子11的金屬條帶寬度為1.3mm-1.8mm,電偶極子21總長(zhǎng)度為93mm-98mm。
另外,電偶極子11、磁偶極子21以及第一激勵(lì)條帶22與第二激勵(lì)條帶均23為厚度相同的金屬貼片,本實(shí)用新型提供的電小平面惠更斯源天線優(yōu)選覆銅薄膜。
本實(shí)用新型提供的一個(gè)具體實(shí)施例中,上層介質(zhì)基板1和下層介質(zhì)基板2的厚度均為0.787mm,半徑均為16.25mm,選用的材料均為Rogers Duroid5880,相對(duì)介電常數(shù)為2.2,相對(duì)磁導(dǎo)率為1.0,損耗角正切為0.0009,其它的參數(shù)尺寸如表1所示。表1中,W代表電偶極子單元的寬度,R代表介質(zhì)基板的半徑,L6代表磁偶極子半圓環(huán)末端枝節(jié)的長(zhǎng)度,W2代表磁偶極子半圓環(huán)末端枝節(jié)的寬度,W1代表磁偶極子兩半圓環(huán)之間縫隙的寬度,R1代表磁偶極子單元圓環(huán)的內(nèi)半徑,L7、L8代表激勵(lì)源L型條帶兩端的長(zhǎng)度。
依照上述參數(shù),使用HFSS對(duì)所設(shè)計(jì)的電小平面惠更斯源天線的反射系數(shù)|S11|特性參數(shù)進(jìn)行仿真分析,如圖5和圖6所示。
表1本實(shí)用新型各參數(shù)最佳尺寸表
其分析結(jié)果如下:
圖5為本實(shí)用新型的仿真得到的S參數(shù)隨頻率變化的曲線圖,所涉及的天線諧振頻點(diǎn)為1.578GHz,反射系數(shù)為-15.99dB,-10dB帶寬為27MHz(1.561GHz-1.588GHz),可以涵蓋GPS L1頻段;圖6為仿真的電小平面惠更斯源天線在諧振頻點(diǎn)1.578GHz時(shí)分別在E面和H面的方向圖。從圖中可以看出,該電小平面惠更斯源天線具有端射特性,在諧振頻點(diǎn)處,該天線的最大增益值為3.714dBi,前后比為20.5dB,輻射效率為84.67%,可見天線具有緊湊結(jié)構(gòu)的同時(shí),有著良好的輻射性能。
以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式,但是,本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié),在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi),可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型,這些簡(jiǎn)單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
另外需要說明的是,在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征,在不矛盾的情況下,可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合,為了避免不必要的重復(fù),本實(shí)用新型對(duì)各種可能的組合方式不再另行說明。
此外,本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合,只要其不違背本實(shí)用新型的思想,其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。