一種超寬帶全向單極子天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶全向單極子天線，包括地板、單極子金屬片、饋源、介質(zhì)基板，底板、饋源和單極子金屬片均位于介質(zhì)基板的同側(cè)表面上，介質(zhì)基板的另一側(cè)無金屬，地板上設(shè)有一塊鏤空區(qū)域，單極子金屬片位于該鏤空區(qū)域內(nèi)，且單極子金屬片的邊緣與地板之間設(shè)有間隙，使單極子金屬片與地板斷連，饋源位于該間隙內(nèi)，饋源一端連接地板，另一端連接單極子金屬片。本發(fā)明不但能提高寬帶帶寬，而且還能保證在整個(gè)頻帶內(nèi)都具有類半波偶極子的方向圖，解決了高頻點(diǎn)方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。另外，該天線方案結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，便于與系統(tǒng)的其它部件集成，還可以通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化尺寸擴(kuò)展至其它頻帶。
【專利說明】
一種超寬帶全向單極子天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶全向單極子天線。
【背景技術(shù)】
[0002]2002年，根據(jù)FCC的新規(guī)定，相對帶寬超過20%或者絕對帶寬大于500MHz的天線可以稱為UWB天線。超寬帶天線在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)對天線的尺寸、夕卜觀、帶寬和輻射方向圖要求也越來越嚴(yán)格。
[0003]常規(guī)的超寬帶天線主要包括雙錐/盤錐天線、對數(shù)周期天線、喇叭天線等，它們都具有很寬的工作頻帶，但是它們結(jié)構(gòu)多為立體結(jié)構(gòu)，很難與系統(tǒng)直接集成。因此印制天線受到人們的青睞，它具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易加工，易與系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)。雖然印制單極子天線具有寬頻帶，小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)的單極子天線在高頻點(diǎn)處的輻射方向圖會發(fā)生嚴(yán)重畸變，天線最大增益的指向上翹，使得天線在H面內(nèi)的增益大幅下降，弱化了天線的性能，如在專利《寬頻多頻單極子天線》(申請公布號:CN 102110878 A)和專利《一種基于L型寄生條帶的緊湊型超寬帶天線》(申請公布號:CN 104103897 A)中，雖然在H面的不圓度較好，由于高頻點(diǎn)的最大增益指向上翹，導(dǎo)致了 H面增益的下降。因此，研究設(shè)計(jì)具有超寬帶，全頻帶內(nèi)具有類半波偶極子輻射方向圖的印制單極子天線變得十分有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題在于提供一種改進(jìn)的超寬帶全向印刷單極子天線，不但能提供超寬帶帶寬，而且還能解決高頻點(diǎn)方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的:
[0006]—種超寬帶全向單極子天線，包括地板、單極子金屬片、饋源、介質(zhì)基板，所述底板、饋源和單極子金屬片均位于介質(zhì)基板的同側(cè)表面上，介質(zhì)基板的另一側(cè)無金屬，所述地板上設(shè)有一塊鏤空區(qū)域，所述單極子金屬片位于該鏤空區(qū)域內(nèi)，且單極子金屬片的邊緣與地板之間設(shè)有間隙，使單極子金屬片與地板斷連，所述饋源位于該間隙內(nèi)，饋源一端連接地板，另一端連接單極子金屬片。
[0007]優(yōu)選的，所述鏤空區(qū)域的一端延伸至地板的邊緣，并在該邊緣處形成敞口。
[0008]優(yōu)選的，所述單極子金屬片的一邊即位于鏤空區(qū)域敞口端的一邊與地板的該側(cè)邊緣平齊。
[0009]優(yōu)選的，所述底板為C形，所述單極子金屬片位于C形地板中部的空白區(qū)域內(nèi)。
[0010]優(yōu)選的，所述單極子金屬片的形狀為矩形金屬片、橢圓金屬片或三角金屬片。
[0011]優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板為FR4材質(zhì)，其相對介電常數(shù)為4.4，損耗正切角為0.024。
[0012]優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板的長度為0.3Arnax毫米，寬度為0.064Amax毫米，其中Amax為天線的最大工作波長。
[0013]優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板的長度為400mm，寬度為85mm，厚度為0.8mm。
[0014]優(yōu)選的，所述鏤空部和單極子金屬片均為矩形結(jié)構(gòu)，且兩者位于地板長度方向的中部，單極子金屬片的長度為70_，寬度為79.5mm;單極子金屬片上下兩端與地板之間的間隙寬度為1_，單極子金屬片左側(cè)與地板之間的間隙寬度為0.5_。
[0015]優(yōu)選的，所述饋源位于單極子金屬片上端與地板之間的間隙中，所述饋源到鏤空部敞口端的距離為20mm。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明不但能提供約4倍頻程的超寬帶帶寬，而且還能保證在整個(gè)頻帶內(nèi)都具有類半波偶極子的方向圖，解決了高頻點(diǎn)方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。另外，該天線方案結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，便于與系統(tǒng)的其它部件集成，還可以通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化尺寸擴(kuò)展至其它頻帶。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明仿真駐波曲線圖；
[0021]圖5為本發(fā)明在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz頻點(diǎn)的H面的仿真輻射方向圖；
[0022]圖6為本發(fā)明在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz頻點(diǎn)的E面的仿真輻射方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]參見圖1-3所示，一種超寬帶全向印制單極子天線，其組成包括:C形地板1，單極子金屬片2，饋源3，介質(zhì)基板4。所述C形地板1、單極子金屬片2和饋源3均位于介質(zhì)基板4的第一表面。所述介質(zhì)基板4的第二表面無金屬。所述單極子金屬片2內(nèi)嵌于C形地板1，且每個(gè)方向均與C形地板I有間隙，確保C形地板與單極子金屬片(2)這兩塊金屬片不相互接觸。所述饋源3作為信號的輸入端口，為天線提供饋電，饋源3—端連接C形地板1，另一端連接單極子金屬片2，確保有效饋電。
[0026]所述介質(zhì)基板4作為天線載體，其尺寸為0.3Amax X0.064Amax(LXff)，其中Amax為天線的最大工作波長。本實(shí)例中介質(zhì)基板4為FR4材質(zhì)，其相對介電常數(shù)為4.4，損耗正切角為0.024，其尺寸為(LI XWl XH)。
[0027]所述C形地板I不僅作為單極子金屬片2的地，而且也作為一輻射體參與輻射。另外，C形地板I相比于矩形地板的優(yōu)勢是可以等效增加地板的長度，縮小整體尺寸，實(shí)現(xiàn)小型化。
[0028]所述單極子金屬片2內(nèi)嵌于C形地板I，且每個(gè)方向與C形地板I均有間隙，確保單極子金屬片2與C形地板I之間均未相互接觸。內(nèi)嵌于C形地板的單極子金屬片2相對于地板的位置會影響該天線在高頻點(diǎn)的輻射方向圖，優(yōu)化其相對位子可以使得該天線在整個(gè)頻帶內(nèi)都具有類半波偶極子的輻射方向圖，確保了在方向圖在H面內(nèi)具有全向性，同時(shí)可以解決高頻點(diǎn)輻射方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。
[0029]另外，單極子金屬片2的尺寸及單極子金屬片2與C形地板I之間的間隙會影響天線的阻抗匹配，因此可以優(yōu)化這些參數(shù)，以此來獲得較寬的阻抗匹配帶寬。單極子金屬片2與C形地板I的具體尺寸參見圖2，本實(shí)例中:LI = 400mm，L2 = 400mm，L3 = L4 = 165mm, ff I = 85mm，W2 = 80mm, Gap I =Gap2 = lmm,Gap3 = 0.5mm。
[0030]所述饋源3作為信號的輸入端口，為天線提供饋電。饋源3離C形開口的距離為W3，該參數(shù)也會影響天線的阻抗匹配帶寬。因此，饋源3離C形開口的距離(W3)要根據(jù)具體情況優(yōu)化。本實(shí)例中:W3 = 20mm。
[0031]圖4為該天線的駐波曲線，從圖4可知該天線駐波小于3的阻抗帶寬達(dá)到約4個(gè)倍頻程(225MHz?890MHz)。
[0032]圖5，圖6分別為該天線在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz頻點(diǎn)的H面和E面的輻射方向圖。從圖5中可知該天線在H面內(nèi)實(shí)現(xiàn)了全向性，并且獲得的輻射方向圖較穩(wěn)定。從圖6中可知該天線的最大增益指向未上翹，這可以保證在該天線在H面內(nèi)可以獲得高增益。
[0033]因此，該天線結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于集成，在整個(gè)頻帶內(nèi)都具有類半波偶極子的輻射方向圖，不僅保證了該天線的輻射方向圖在H面內(nèi)具有全向性，而且解決了高頻點(diǎn)輻射方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超寬帶全向單極子天線，包括地板、單極子金屬片、饋源、介質(zhì)基板，其特征在于:所述底板、饋源和單極子金屬片均位于介質(zhì)基板的同側(cè)表面上，介質(zhì)基板的另一側(cè)無金屬，所述地板上設(shè)有一塊鏤空區(qū)域，所述單極子金屬片位于該鏤空區(qū)域內(nèi)，且單極子金屬片的邊緣與地板之間設(shè)有間隙，使單極子金屬片與地板斷連，所述饋源位于該間隙內(nèi)，饋源一端連接地板，另一端連接單極子金屬片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述鏤空區(qū)域的一端延伸至地板的邊緣，并在該邊緣處形成敞口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述單極子金屬片的一邊即位于鏤空區(qū)域敞口端的一邊與地板的該側(cè)邊緣平齊。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述底板為C形，所述單極子金屬片位于C形地板中部的空白區(qū)域內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述單極子金屬片的形狀為矩形金屬片、橢圓金屬片或三角金屬片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板為FR4材質(zhì)，其相對介電常數(shù)為4.4，損耗正切角為0.024。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板的長度為0.3Amax毫米，寬度為0.064Amax毫米，其中Amax為天線的最大工作波長。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板的長度為400mm，寬度為85mm，厚度為0.8_。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述鏤空部和單極子金屬片均為矩形結(jié)構(gòu)，且兩者位于地板長度方向的中部，單極子金屬片的長度為70mm，寬度為79.5_;單極子金屬片上下兩端與地板之間的間隙寬度為1_，單極子金屬片左側(cè)與地板之間的間隙寬度為0.5mm。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述饋源位于單極子金屬片上端與地板之間的間隙中，所述饋源到鏤空部敞口端的距離為20mm。
【文檔編號】H01Q1/48GK105870633SQ201610388236
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】強(qiáng)云飛, 汪偉, 郭琳, 方佳, 金謀平
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所