一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及定向福射天線領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)來的定向性福射天線。
【背景技術(shù)】
[0002]定向輻射天線中，由于八木天線具有很好的方向性，增益較高。常用來測(cè)向、遠(yuǎn)距離通信，也被專業(yè)通訊電臺(tái)廣泛使用，但各種八木天線結(jié)構(gòu)或者準(zhǔn)八木天線結(jié)構(gòu)的一個(gè)難點(diǎn)就是饋電要實(shí)現(xiàn)反相，如何簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)饋電相位反相功能是一個(gè)研究的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)饋電相位反相，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)準(zhǔn)八木天線的定向輻射特性。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性福射天線，包括雙臂福射單元、引向單元、介質(zhì)板、周期性地板結(jié)構(gòu)和金屬反射地；其中介質(zhì)板包括介質(zhì)板頂層、介質(zhì)板中間層和介質(zhì)板底層；
所述雙臂福射單元、引向單元位于介質(zhì)板頂層的上表面，引向單元與雙臂福射單元之間有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行；
所述周期性地板結(jié)構(gòu)包括正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)，分別位于介質(zhì)板中間層的上下表面；其中正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)均由若干個(gè)矩形貼片和一條矩形帶組成；所述若干個(gè)矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側(cè)；所述周期性地板結(jié)構(gòu)位于雙臂輻射單元的一臂下方；
所述金屬反射地位于介質(zhì)板底層的下表面。
[0005]上述技術(shù)方案中，在雙臂輻射單元中一臂下面添加一個(gè)周期性地板結(jié)構(gòu)，另外一臂添加一個(gè)傳統(tǒng)的介質(zhì)板結(jié)構(gòu)，由于周期性地板結(jié)構(gòu)的相位常數(shù)為負(fù)值，而傳統(tǒng)介質(zhì)板結(jié)構(gòu)的相位常數(shù)為正值，從而可以使得雙臂輻射單元的雙臂有一個(gè)接近180°的相位差，該方式解決了傳統(tǒng)準(zhǔn)八木天線饋電網(wǎng)絡(luò)要使用巴倫器的問題。然后通過添加引向單元和金屬反射地，實(shí)現(xiàn)一個(gè)定向輻射特性。
[0006]由于雙臂輻射單元其中一臂下方有周期性地板結(jié)構(gòu)，另外一臂下方則是由傳統(tǒng)介質(zhì)板構(gòu)成，由于能量的耦合作用，導(dǎo)致雙臂阻抗不等，而該雙臂輻射單元雙臂阻抗主要由臂的寬度決定，從而采用了不等寬雙臂的設(shè)置。故進(jìn)一步的，所述雙臂輻射單元的雙臂為等長(zhǎng)不等寬的雙臂。
[0007]進(jìn)一步的，所述引向單元與雙臂輻射單元之間的間隔為1/4工作波長(zhǎng)。
[0008]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)板為固體介質(zhì)或?yàn)榭諝饨橘|(zhì)。
[0009]進(jìn)一步的，所述正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)中的矩形貼片尺寸相同，即各個(gè)矩形貼片相等；各矩形貼片與矩形帶連接的邊長(zhǎng)度相等；矩形帶上，與同側(cè)相鄰矩形貼片之間的間隔處對(duì)應(yīng)的另一側(cè)連接有矩形貼片；
所述正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)中的矩形貼片個(gè)數(shù)相同；
所述正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)中的矩形帶位置相對(duì)且平行，且正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)之間有間隔；所述正面地板結(jié)構(gòu)和反面地板結(jié)構(gòu)中的矩形貼片呈齒輪式匹配。
[0010]周期性地板結(jié)構(gòu)在介質(zhì)板的中間層，傳統(tǒng)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳播常數(shù)中的相位常數(shù)都是正數(shù)值，但是在本發(fā)明中的特殊周期性地板結(jié)構(gòu)傳播下，相位常數(shù)是一個(gè)負(fù)值，該特殊周期性地板結(jié)構(gòu)是由正反兩面的相同數(shù)量矩形貼片構(gòu)成，同一個(gè)面(正面或反面)的矩形貼片是由一條細(xì)長(zhǎng)的矩形帶連接，矩形片的數(shù)量越多，特殊周期性地板結(jié)構(gòu)的工作帶寬越寬，當(dāng)雙臂輻射單元的雙臂足夠長(zhǎng)，同時(shí)工作頻率能在周期性地板結(jié)構(gòu)的工作帶寬內(nèi)，就能讓耦合下來的能量激發(fā)特殊周期性地板結(jié)構(gòu)的作用，引起電流相位反相，從而使得雙臂輻射單元靠近周期性地板結(jié)構(gòu)的一臂的電流相位和另一臂的電流相位有接近180°的相位差。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:只需添加一個(gè)特殊周期性地板結(jié)構(gòu)，便可實(shí)現(xiàn)一個(gè)電流相位反相的功能，簡(jiǎn)化饋電單元的設(shè)計(jì)，更方便的實(shí)現(xiàn)天線的定向福射特性。
【附圖說明】
[0012]圖1是天線結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0013]圖2是天線結(jié)構(gòu)的每層分解圖。
[0014]圖3是周期性地板結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0015]圖4是本發(fā)明天線的俯視圖。
[0016]圖5是特殊周期性結(jié)構(gòu)的矩形片數(shù)量不同情況的Sll仿真圖。
[0017]圖6是所示是天線的Sll測(cè)量結(jié)果圖。
[0018]圖7是所示是天線的xoy面和yoz面方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0020]一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，包括雙臂輻射單元1、引向單元2、介質(zhì)板3、周期性地板結(jié)構(gòu)4和金屬反射地5 ;如圖1，其中介質(zhì)板3包括介質(zhì)板頂層31、介質(zhì)板中間層32和介質(zhì)板底層33 ;(介質(zhì)板頂層31頂面的長(zhǎng)粗線代表雙臂輻射單元，短粗線代表引向單元，介質(zhì)板底層33底面的粗線表示金屬反射地；介質(zhì)板中間層32頂面的粗線表示特殊周期性地板結(jié)構(gòu)的正面，底面的粗線表示特殊周期性地板結(jié)構(gòu)的反面)如圖2 (a),所述雙臂福射單元1、引向單元2位于介質(zhì)板頂層31的上表面，引向單元2與雙臂福射單元I之間有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行，所述引向單元2與雙臂輻射單元I之間的間隔為1/4工作波長(zhǎng)；
如圖2 (b)、圖3，所述周期性地板結(jié)構(gòu)4包括正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42，分別位于介質(zhì)板中間層32的上下表面；其中正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42均由若干個(gè)矩形貼片和一條細(xì)長(zhǎng)的矩形帶組成；所述若干個(gè)矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片的擺放規(guī)定如圖中的正面地板結(jié)構(gòu)41的擺放，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側(cè)；所述周期性地板結(jié)構(gòu)4位于雙臂輻射單元I的一臂下方；
所述正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42中的矩形貼片尺寸相同，即各個(gè)矩形貼片相等；各矩形貼片與矩形帶連接的邊長(zhǎng)度相等；矩形帶上，與同側(cè)相鄰矩形貼片之間的間隔處對(duì)應(yīng)的另一側(cè)連接有矩形貼片；
所述正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42中的矩形貼片個(gè)數(shù)相同；在本實(shí)施例中，矩形貼片的個(gè)數(shù)均為四；
所述正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42中的矩形帶位置相對(duì)且平行，且正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42之間有間隔；在介質(zhì)板3為固體介質(zhì)時(shí)，正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42分別位于固體介質(zhì)的上、下表面，當(dāng)介質(zhì)板3為空氣介質(zhì)時(shí)，則正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42的相同高度不同，即不在同一平面上；如圖中，所述正面地板結(jié)構(gòu)41和反面地板結(jié)構(gòu)42中的矩形貼片呈齒輪式匹配；即正面地板結(jié)構(gòu)41中相鄰矩形貼片的間隔處正對(duì)著反面地板結(jié)構(gòu)42上的矩形貼片。
[0021]周期性地板結(jié)構(gòu)4是由雙面不重合的平行帶狀線組成，周期性地板結(jié)構(gòu)的數(shù)量和尺寸可以根據(jù)實(shí)際進(jìn)行改變，正反面的矩形貼片增多，周期性地板結(jié)構(gòu)的工作頻率帶寬也會(huì)增加。
[0022]如圖2 (C)，所述金屬反射地5位于介質(zhì)板底層33的下表面。
[0023]在本實(shí)施例中，雙臂輻射單元I的雙臂為等長(zhǎng)不等寬的雙臂。主要原因是雙臂輻射單元I其中一臂下方有特殊周期性地板結(jié)構(gòu)，另外一臂下方則是由傳統(tǒng)介質(zhì)板構(gòu)成，由于能量的耦合作用，導(dǎo)致雙臂阻抗不等，而該輻射單元雙臂阻抗主要由臂的寬度決定，從而采用了不等寬雙臂的設(shè)置。
[0024]如圖4所示，是整體天線的俯視圖，各單元的位置如圖4所示。
[0025]圖5是特殊周期性結(jié)構(gòu)的矩形片數(shù)量不同情況的Sll仿真圖，其中實(shí)線表示周期性結(jié)構(gòu)矩形片數(shù)量4*4片；長(zhǎng)虛線表示周期性結(jié)構(gòu)矩形片數(shù)量6*6片；短虛線表示周期性結(jié)構(gòu)矩形片數(shù)量10*10片。
[0026]圖6所示是天線的Sll測(cè)量結(jié)果圖，由圖可以看出，該天線主要在4.6GHz頻率范圍附近諧振，圖7所示是天線在4.6GHz的xoy面和yoz面福射方向圖，特殊周期性地板結(jié)構(gòu)在雙臂輻射單元的能量激發(fā)下，產(chǎn)生了工作，對(duì)雙臂輻射單元的一臂上的電流進(jìn)行了反相，這就形成了一個(gè)準(zhǔn)八木天線的輻射特點(diǎn)，再通過添加引向單元和反射地，使得天線具有一個(gè)定向輻射特點(diǎn)。
[0027]以上所述的本發(fā)明的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)所作出的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，其特征在于，包括雙臂輻射單元(I)、引向單元(2)、介質(zhì)板(3)、周期性地板結(jié)構(gòu)(4)和金屬反射地(5);其中介質(zhì)板(3)包括介質(zhì)板頂層(31)、介質(zhì)板中間層(32)和介質(zhì)板底層(33)； 所述雙臂輻射單元(I)、引向單元(2)位于介質(zhì)板頂層(31)的上表面，引向單元(2)與雙臂輻射單元(I)之間有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行； 所述周期性地板結(jié)構(gòu)(4)包括正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)，分別位于介質(zhì)板中間層(32)的上下表面；其中正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)均由若干個(gè)矩形貼片和一條矩形帶組成；所述若干個(gè)矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側(cè)；所述周期性地板結(jié)構(gòu)(4)位于雙臂輻射單元(I)的一臂下方； 所述金屬反射地(5)位于介質(zhì)板底層(33)的下表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，其特征在于，所述雙臂輻射單元(I)的雙臂為等長(zhǎng)不等寬的雙臂。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，其特征在于，所述引向單元(2)與雙臂輻射單元(I)之間的間隔為1/4工作波長(zhǎng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，其特征在于，所述介質(zhì)板(3)為固體介質(zhì)或?yàn)榭諝饨橘|(zhì)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，其特征在于，所述正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)中的矩形貼片尺寸相同，即各個(gè)矩形貼片相等；各矩形貼片與矩形帶連接的邊長(zhǎng)度相等；矩形帶上，與同側(cè)相鄰矩形貼片之間的間隔處對(duì)應(yīng)的另一側(cè)連接有矩形貼片； 所述正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)中的矩形貼片個(gè)數(shù)相同； 所述正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)中的矩形帶位置相對(duì)且平行，且正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)之間有間隔；所述正面地板結(jié)構(gòu)(41)和反面地板結(jié)構(gòu)(42)中的矩形貼片呈齒輪式匹配。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于特殊周期性結(jié)構(gòu)的指向性輻射天線，包括雙臂輻射單元、引向單元、介質(zhì)板、周期性地板結(jié)構(gòu)和金屬反射地；介質(zhì)板包括頂層、中間層和底層；雙臂輻射單元、引向單元位于介質(zhì)板頂層的上表面，引向單元與雙臂輻射單元有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行；周期性地板結(jié)構(gòu)包括正面、反面地板結(jié)構(gòu)，分別位于介質(zhì)板中間層的上下表面；正面、反面地板結(jié)構(gòu)均包括矩形貼片和矩形帶；矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側(cè)；周期性地板結(jié)構(gòu)位于雙臂輻射單元一臂下方；金屬反射地位于介質(zhì)板底層的下表面。本發(fā)明只需添加一個(gè)周期性地板結(jié)構(gòu)，便可實(shí)現(xiàn)一個(gè)電流相位反相的功能，簡(jiǎn)化饋電單元設(shè)計(jì)，方便的實(shí)現(xiàn)天線的定向輻射特性。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q1/36, H01Q1/50
【公開號(hào)】CN105048068
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510359290
【發(fā)明人】吳文韜, 李元新, 劉喜瑤, 梁志禧
【申請(qǐng)人】廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國際聯(lián)合研究院, 中山大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日