本發(fā)明涉及八木天線領(lǐng)域，特別是一種基于容性加載的小型化準(zhǔn)八木天線。

背景技術(shù)：

八木天線(Yagi-Uda Antenna)是一種常規(guī)天線，它有很好的方向性，較偶極天線有高的增益，可適用于測(cè)向、遠(yuǎn)距離通信等領(lǐng)域。但由于傳統(tǒng)的八木天線是一種立體性天線，體積較龐大，與微波電路集成較為困難。1998年，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的Itoh教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組巧妙地將八木天線技術(shù)引用至印刷電路板(PCB)上，并利用印刷振子和接地板實(shí)現(xiàn)了引向器，饋電振子和反射器功能，減小了傳統(tǒng)八木天線的尺寸。同時(shí)在天線結(jié)構(gòu)上采用1/4波長轉(zhuǎn)換器，平衡巴倫，差模饋電等技術(shù)，解決了傳統(tǒng)八木天線中的窄帶問題，一時(shí)成為國際上的研究熱點(diǎn)，并將這種天線命名為準(zhǔn)八木天線(Quasi Yagi-Uda Antenna)。隨后的工作主要圍繞進(jìn)一步展寬帶寬實(shí)現(xiàn)寬頻，多頻以及針對(duì)準(zhǔn)八木天線陣列展開，并取得了不錯(cuò)的研究成果。

如圖1所示，傳統(tǒng)的準(zhǔn)八木天線由反射器，饋源振子和引向器構(gòu)成，從橫向尺寸看饋源振子全長度Ldri約為(0.45～0.48)λ₀，λ₀為輻射信號(hào)自由空間波長，反射器長度Lref略長于饋源振子，引向器略短于饋源振子，因而橫向長度應(yīng)略大于0.5λ₀；從縱向長度分析，反射器和饋源振子間距Sref約為0.2λ₀，饋源振子與引向器間距Sdir為0.2λ₀，因而傳統(tǒng)三元八木天線的大小約為0.5λ₀*0.4λ₀。

將上述結(jié)論置于微帶八木天線，如圖2所示，由于介質(zhì)作用，饋源振子等單元橫向尺寸會(huì)有一定的縮小，但是由于存在介質(zhì)-空氣邊界對(duì)電磁信號(hào)的影響，天線末端仍需與介質(zhì)邊緣有一定間距，故而一般仍采用的0.5λ₀的選擇尺寸；縱向方面，饋源振子與共面帶線、差模饋電電路、巴倫相連，后者具有穩(wěn)定帶寬的作用，長度約為0.25λ₀。同時(shí)考慮到天線微帶饋線的長度，縱向尺寸整體算來，也約為0.5λ₀，天線基片的尺寸一般略大于0.5λ₀。為實(shí)現(xiàn)高增益時(shí)，如增加引向器數(shù)目尺寸會(huì)變得更大。

可知，該三元準(zhǔn)八木天線的尺寸大小為0.5λ₀*0.5λ₀。采用該縱向布局，天線尺寸縱向長度有相當(dāng)一部分被平衡巴倫占用,使得從準(zhǔn)八木天線的整體結(jié)構(gòu)來看，布局較為松散，整個(gè)天線結(jié)構(gòu)顯得體積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種分別從縱向和橫向尺寸上進(jìn)行縮減，并能確保良好的電氣性能特性的基于容性加載的小型化準(zhǔn)八木天線。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于容性加載的小型化準(zhǔn)八木天線，包括介質(zhì)基板，設(shè)置于該介質(zhì)基板正面的天線饋線、平衡巴倫、差模饋電電路、共面帶線、饋源振子和引向器，及設(shè)置于該介質(zhì)基板反面的接地片；其特征在于：該天線饋線一端連接天線端口，另一端連接平衡巴倫一端；該平衡巴倫另一端與差模饋電電路一端相連，該天線饋線和平衡巴倫水平并列地布置于該介質(zhì)基板一端的一側(cè)；該差模饋電電路另一端與共面帶線一端相連，且該差模饋電電路水平布置于介質(zhì)基板該端的另一側(cè)；該饋源振子水平布置于該介質(zhì)基板中部，饋源振子的源端與共面帶線另一端相連，饋源振子兩輻射端還分別設(shè)有第一金屬條和第二金屬條以實(shí)現(xiàn)容性加載；該引向器水平地布置于該介質(zhì)基板另一端。

優(yōu)選的，所述接地片還作為反射器，且其兩側(cè)分別連接有第三金屬條和第四金屬條以實(shí)現(xiàn)容性加載。

優(yōu)選的，所述接地片位于與所述差模饋電電路相對(duì)應(yīng)一端，該第三金屬條和第四金屬條長度為0.069λ-0.077λ，該λ為輻射信號(hào)自由空間波長。

優(yōu)選的，所述第一金屬條和第二金屬條為“丨”字型、“匚”字型或三角形或圓弧形。

優(yōu)選的，所述接地片長度為0.34λ-0.39λ。

優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板的相對(duì)介質(zhì)常數(shù)的范圍為3-6.5。

優(yōu)選的，所述饋源振子長度為0.30λ-0.33λ。

優(yōu)選的，所述第一金屬條和第二金屬條長度為0.003λ-0.049λ。

優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板的長度為0.34λ-0.39λ，寬度為0.36λ-0.43λ。

由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明的八木天線，將平衡巴倫和天線饋線橫置以減小縱向長度；并在接地片兩側(cè)方便引出金屬條，即對(duì)反射器進(jìn)行容性加載，減小橫向長度，從而實(shí)現(xiàn)小型化，使得天線結(jié)構(gòu)更為緊湊，還能確保良好的電氣性能特性。

2、本發(fā)明的八木天線，在饋源振子兩端分別連接第一金屬條和第二金屬條，即對(duì)饋源振子進(jìn)行容性加載，進(jìn)一步減小橫向長度，且該第一金屬條和第二金屬條的形狀可為“丨”字型、“匚”字型或三角形或圓弧形或其他多邊形等。

3、本發(fā)明的八木天線，采用介點(diǎn)常數(shù)較高的介質(zhì)基板，可以有效地減少引向器，饋源振子和反射器的長度。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有八木天線示意圖；

圖2為現(xiàn)有微帶八木天線示意圖；

圖3為本發(fā)明八木天線結(jié)構(gòu)圖(正面)；

圖4為本發(fā)明八木天線結(jié)構(gòu)圖(反面)；

圖5為本發(fā)明八木天線結(jié)構(gòu)圖(側(cè)面)；

圖6為本發(fā)明八木天線結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明八木天線尺寸圖；

圖8為本發(fā)明饋源振子電流分布圖；

圖9為本發(fā)明仿真圖(駐波系數(shù))；

圖10為本發(fā)明仿真增益圖(H平面)；

圖11為本發(fā)明仿真增益圖(E平面)；

其中：10、介質(zhì)基板，11、接地片，12、第三金屬條，13、第四金屬條，20、引向器，30、饋源振子，31、第一金屬條、32、第二金屬條，40、共面帶線，50、差模饋電電路，60、平衡巴倫，70、天線饋線。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

參照?qǐng)D3至圖8，一種基于容性加載的小型化準(zhǔn)八木天線，包括介質(zhì)基板10，設(shè)置于該介質(zhì)基板10正面的天線饋線70、平衡巴倫60、差模饋電電路50、共面帶線40、饋源振子30和引向器20，及設(shè)置于該介質(zhì)基板10反面的接地片11，該介質(zhì)基板的長度為0.34λ-0.39λ，寬度為0.36λ-0.43λ，介質(zhì)基板的相對(duì)介質(zhì)常數(shù)的范圍為3-6.5。該天線饋線70為微帶線，其一端連接天線端口，另一端連接平衡巴倫60一端。該平衡巴倫60為微帶線，其另一端與差模饋電電路50一端相連，該天線饋線70和平衡巴倫60水平并列地布置于該介質(zhì)基板10一端的一側(cè)；該差模饋電電路50另一端與共面帶線40一端相連，且該差模饋電電路50水平布置于介質(zhì)基板10該端的另一側(cè)，該差模饋電電路50為微帶線。即若該差模饋電電路50位于介質(zhì)基板10右側(cè)，則天線饋線70和平衡巴倫60位于左側(cè)；差模饋電電路50位于介質(zhì)基板10左側(cè)，則天線饋線70和平衡巴倫60位于介質(zhì)基板10右側(cè)。該平衡巴倫60的長度為導(dǎo)波波長的1/4。為了保證輸入信號(hào)的穩(wěn)定性，天線饋線70的長度約保留0.1λ，電阻為50Ω₀

該饋源振子10為印刷振子，其水平布置于該介質(zhì)基板中部，饋源振子30源端與共面帶線40另一端相連，饋源振子30兩輻射端分別設(shè)有第一金屬條31和第二金屬條32以實(shí)現(xiàn)容性加載。該饋源振子的長度為0.30λ-0.33λ，第一金屬條31和第二金屬條長度為0.003λ-0.049λ，λ為輻射信號(hào)自由空間波長。該第一金屬條31和第二金屬條32關(guān)于介質(zhì)基板10中心對(duì)稱，其末端與介質(zhì)基板10邊緣有一定間距，第一金屬條31和第二金屬條32形狀可為“丨”字型、“匚”字型或三角形或圓弧形或其他多邊形，參照?qǐng)D6，其第一金屬條31和第二金屬條32為“匚”字型。容性加載原理如下：參照?qǐng)D8為饋源振子30的電流分布圖，由于設(shè)置了第一金屬條31、第二金屬條32，延長了饋源振子30的末端，電流可沿著饋源振子30末端繼續(xù)流動(dòng)；即使b1b2不足0.5λ，由于這b1、b2兩點(diǎn)并不處于饋源振子末端，電流可以繼續(xù)沿c1b1，c2b1，b2d1和b2d2流動(dòng)，這幾部分等同于延長饋源振子30的長度，實(shí)現(xiàn)容性加載。另外，因加載部分c1b1和c2b1，b2d1和b2d2上電流流向相反，該部分電流輻射場(chǎng)在空間幾乎被抵消。然而由于這部分電流處于振子的末端，電流幅度本身較小，抵消的輻射功率非常有限，因此，能確保輻射效率高。

本發(fā)明的引向器為印刷振子，其水平地布置于該介質(zhì)基板另一端。該引向器20與介質(zhì)基板10邊緣之間有留白。引向器20的長度小于饋源振子30的長度。

介質(zhì)基板10反面接地片11還可作為反射器，該接地片11位于與差模饋電電路50相對(duì)應(yīng)一端，其長度為0.34λ-0.39λ。該接地片11兩側(cè)邊緣分別連接有第三金屬條12和第四金屬條13以實(shí)現(xiàn)容性加載，其容性加載原理與第一金屬條31和第二金屬條32相似。該第三金屬條12和第四金屬條13也關(guān)于介質(zhì)基板10中心對(duì)稱，其長度為0.069λ-0.077λ。

針對(duì)在902MHZ-928MHZ的頻段內(nèi)做樣品測(cè)試，以中心頻點(diǎn)915MHZ進(jìn)行設(shè)計(jì)，引向器20、饋源振子30、饋源振子饋線50、差模饋電電路50、平衡巴倫60、天線饋線70、第一金屬條31、第二金屬條32等相關(guān)尺寸大小及相互位置關(guān)系的距離大小參照?qǐng)D3所示，尺寸范圍如下：接地片11的長度aa為105mm-120mm，饋源振子長度為91.85mm-101.15mm，第一金屬條和第二金屬條長度dri.y為1mm-15mm，介質(zhì)基板的長度aa為105mm-120mm，寬度bb為110mm-130mm。其中最終優(yōu)化參數(shù)如下：

介質(zhì)基板10的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯，其基片介電常數(shù)為6.15，損耗角正切為0.0028，厚度h＝1.27mm。其余尺寸參照?qǐng)D7，如下：

w1＝1.92mm,w2＝3.47mm,w3＝1.8mm,s＝0.65mm；S.dir＝30mm,L.dir＝80mm；ref.x＝2mm,ref.y＝22.4mm；dri.x＝W1＝1.92mm,dri.y＝14.12mm；Lx1＝14.455mm,Lx2＝35.8mm,Lx3＝35.4mm,Lx4＝48mm；Ly1＝1mm,Ly2＝3mm,Ly3＝5mm,Ly4＝67mm，D＝1mm。

本發(fā)明的小型化的準(zhǔn)八木天線的大小尺寸分別為aa＝105mm,bb＝110mm，約為915MHZ自由空間波長的1/3。相比于原有的準(zhǔn)八木天線的尺寸，縮減了近1/3尺寸。

利用HFSS軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真，測(cè)試結(jié)果顯示，在902MHZ-928MHZ頻段內(nèi)，具有較為優(yōu)秀的電氣性能，參照?qǐng)D9，為駐波系數(shù)與頻率的關(guān)系圖；參照?qǐng)D10、圖11，為增益與角度的關(guān)系圖。

上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。