专利名称：超宽带平面天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信天线，具体地讲涉及一种具有宽带特性的平面天线。
背景技术：
超宽带平面天线工作频率极宽，在保证天线宽阻抗带宽和高发射效率的基础上，实现天 线的小型化，是超宽带平面天线设计面临的重要问题。现有的设计方案墀常是采用平面设计 来减小超宽带天线的体积。小型化的平面超宽带天线主要有单极子天线和宽缝隙天线，这两 类超宽带天线结构简单，重量轻，低剖面，易于集成，其中宽缝隙平面超宽带天线因其结构 上的单面性，还具有色散损耗小，制作容易的优点，但是此类天线通常需要较大的接地板，
不利于天线的进一步小型化。图io所示的为一种现有的超宽带平面天线的结构示意图，由于
图10所示的超宽带平面天线的基板12和接地板13的进一步减小会造成天线低频性能恶化， 因此，在不同的应用场合，需要对超宽带平面天线的接地板13等部位进行新的设计，从而令 超宽带平面天线的通用性受到限制。例如，当图IO所示的基板12的厚度为1.575mm，相对 介电常数^=3，共面波导特性阻抗Ze-50Q，基板12和接地板13长度L为40mm，宽度
W为40mm，接地板13的内边缘半径r2为15mm,辐射贴片14的外边沿半径n为7. 5mm， 馈电端15的几何尺寸参数s=0. 3mm， g=3. 5mm， rf-8mm, rfw=0. 3mm，用CST微波工作室 对该结构的超宽带平面天线进行仿真，得到天线的回波损耗，如图ll所示，从仿真结果可以 看出，这种结构的超宽带平面天线的几何尺寸参数，只有在满足上述数值情况下，才符合超 宽带平面天线的要求，即其回波损耗在3. 1到10.6GHz小于-10dB。但如果进一步减小基板 12和接地板13，则其将无法满足超宽带平面天线的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使天线更加小型化，可利用超宽带平面天线的辐射贴片内的 空隙设置射频电路，令系统得以进一步高度集成的超宽带平面天线。
本发明的超宽带平面天线，包括基板，基板的上表面设有接地板，接地板的一边为馈电 端，接地板的中部具有空隙，空隙内的中部设有辐射贴片，所述接地板的内、外边缘为圆形 或椭圆形，在接地板远离馈电端的环形处设有外缝隙，所述辐射贴片的内、外边沿为圆形或 椭圆形，在辐射贴片远离馈电端的环形处设有内缝隙。
本发明的超宽带平面天线，其中所述接地板的内、外边缘为同心圆或同形状椭圆，所述 辐射贴片的内、外边沿为同心圆或同形状椭圆。
本发明的超宽带平面天线，其中所述接地板内边缘的圆心与馈电端之间的距离大于接地 板外边缘的圆心与馈电端之间的距离，所述辐射贴片内边沿的圆心与馈电端之间的距离大于 辐射贴片外边沿的圆心与馈电端之间的距离。
本发明的超宽带平面天线，其中所述接地板内边缘的圆心与馈电端之间的距离大于接地
板外边缘的圆心与馈电端之间的距离，所述辐射贴片的内、外边沿为同心圆。
本发明的超宽带平面天线，其中所述接地板的内、外边缘为同心圆，所述辐射贴片内边
沿的圆心与馈电端之间的距离大于外边沿的圆心与馈电端之间的距离。
本发明的超宽带平面天线，其中所述外缝隙的宽度大于内缝隙的宽度。
与现有的超宽带平面天线相比，本发明的超宽带平面天线的优点和积极效果在于由于 在接地板远离馈电端的环形处设有外缝隙，辐射贴片的内、外边沿为圆形或椭圆形，在辐射 贴片远离馈电端的环形处设有内缝隙，从而可在辐射贴片圆环内设置射频电路，令系统得以 进一步高度集成。此外，由于接地板的内、外边缘为圆形或椭圆形，辐射贴片的内、外边沿 为圆形或椭圆形，通过仿真结果可以看出，本发明的超宽带平面天线在符合超宽带平面天线 的要求的情况下，与现有技术相比也更加小型化。
本发明超宽带平面天线的其他细节和特点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例便 可清楚明了。
图1为本发明的超宽带平面天线的一种实施方式的结构示意图的主视图； 图2为图1的结构示意图的侧视图3为图1的所示的超宽带平面天线的仿真回波损耗图4为本发明的超宽带平面天线的另一种实施方式的结构示意图的主视图5为图4的结构示意图的侧视图6为图4的所示的超宽带平面天线的仿真回波损耗图7为本发明的超宽带平面天线的又一种实施方式的结构示意图的主视图8为图7的结构示意图的侧视图9为图7的所示的超宽带平面天线的仿真回波损耗图10为一种现有的超宽带平面天线的一种实滩方式的结构示意图的主视图； 图11为图10的所示的超宽带平面天线的仿真回波损耗图。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明超宽带平面天线，包括基板l，基板l可用聚四氟乙烯制成， 基板l的上表面设有接地板2，接地板2的一边为馈电端4，接地板2的中部具有空隙3，空 隙3内的中部设有辐射贴片5，接地板2的内、外边缘8、 9为圆形，在接地板2远离馈电端 4的环形处设有外缝隙6，辐射贴片5的内、外边沿IO、 ll为圆形，或为椭圆形，在辐射贴 片5远离馈电端4的环形处设有内缝隙7，外缝隙6的宽度大于内缝隙7的宽度。由于在接 地板2的环形处设有外缝隙6，在辐射贴片5的环形处设有内缝隙7，在需要时，可以在辐射 贴片5的内缝隙7和内边沿10内设置射频电路。电路可由外缝隙6及辐射贴片5的内缝隙7 处从外部引入，这样的设计并不会影响天线的性能。接地板2与辐射贴片5之间的空隙3不 可用于放置射频电路，否则会严重影响天线的性能。
上述接地板2的内、外边缘8、 9为同心圆，辐射贴片5的内、外边沿IO、 ll为同心圆， 其内、外边沿IO、 11半径的比值通常不得超过0.6。
本发明超宽带平面天线在实际制造过程中，可根据需要，通过现有技术中的电磁仿真软
件计算确定天线的几何尺寸，以下为利用电磁仿真软件计算确定的其中的一组几何尺寸参数-基板12的厚度h为1. 575mm，相对介电常数^=3，共面波导特性阻抗Zc = 50Q ，
基板1的宽度W=30mm， 基板1的长度L=33mm
接地板2的外边缘9半径r2=15mm，接地板2的内边缘8半径rd2. 5mm 辐射贴片5的外边沿11半径r产7.5mm，辐射贴片5的内边沿10半径r3=4mm 外缝隙6的宽度w尸9mm,内缝隙7的宽度w2=4mm
馈电端4的几何尺寸参数vv/=4. 95， s-O. 3mm, g=3. 5mm， rf=6mm, rfw=0. 3mm
用CST微波工作室(CST microwave studio)对该结构的天线进行仿真，得到天线的回波
损耗，如图3所示，从仿真结果可以看出，这种结构的超宽带平面天线在上述几何尺寸参数
的情况下，同样符合超宽带平面天线的要求，即其回波损耗在3. 1到10. 6GHz小于-10dB，
而其面积与现有技术图IO所示的超宽带平面天线的面积的比值为99/160,即本发明的超宽带
平面天线的面积要远小于图IO所示的超宽带平面天线。
由于在接地板2上越靠源馈电端4的部分电流密度越大，对天线性能的不利影响也较大，
反之则对天线性能的不利影响也越小，为此，提出如下的技术方案，可令天线的结构尺寸进
一步减小。
如图4和图5所示，本发明超宽带平面天线也可以是包括基板1，基板1可聚四氟乙烯 制成，基板l的上表面设有接地板2，接地板2的一边为馈电端4，接地板2的中部具有空隙 3，空隙3内的中部设有辐射贴片5，接地板2的内、外坊缘8、 9为圆形，在接地板2远离 馈电端4的环形处设有外缝隙6，辐射贴片5的内、外边沿IO、 ll为圆形，在辐射贴片5远 离馈电端4的环形处设有内缝隙7。由于在接地板2的环形处设有外缝隙6，在辐射贴片5的 环形处设有内缝隙7，外缝隙6的宽度大于内缝隙7的宽度。在需要时，可以在辐射贴片5 的内缝隙7和内边沿10内设置射频电路，电路可由外缝隙6及辐射贴片5的内缝隙7处从外 部引入，这样的设计并不会影响天线的性能。接地板2与辐射贴片5之间的空隙3不可用于 放置射频电路，否则会严重影响天线的性能。
上述接地板2内边缘8的圆心与馈电端4之间的距离大于接地板2外边缘9的圆心与馈 电端4之间的距离，辐射贴片5内边沿10的圆心与馈电端4之间的距离大于辐射贴片5外边 沿ll的圆心与馈电端4之间的距离，其内、外边沿IO、 11半径的比值一般不得超过0.6。
上述超宽带平面天线在实际制造过程中，同样可以根据需要，通过现有技术中的电磁仿 真软件计算确定天线的几何尺寸，以下为利用电磁仿真软件计算确定的其中的一组几何尺寸
参数-
基板12的厚度h为1.575mm，相对介电常数^=3，共面波导特性阻抗^ = 50Q ，
基板1的宽度W=30mm， 基板1的长度L=31mm
接地板2的外边缘9半径r2=15mm，接地板2的内边缘8半径r4=12. 5mm
辐射贴片5的外边沿11半径r尸7. 5mm，辐射贴片5的内边沿10半径r产4mm
外缝隙6的宽度w产4mm，接地板2的内、外边缘8、 9在外缝隙6处的距离d尸lmm ,内缝隙
7的宽度wf3mm,辐射贴片5的内、外边沿10、 11在内缝隙7处的的距离d2=0. 5mm
馈电端4的几何尺寸参数vv广4. 95mm， 5=0. 3mm, g=3. 5mm， flN6mm, cfw=0. 3mm
用CST微波工作室(CST microwave studio)对该结构的天线进行仿真，得到天线的回波 损耗，如图6所示，从仿真结果可以看出，这种结构的超宽带平面天线在上述几何尺寸参数 的情况下，同样符合超宽带平面天线的要求，即其回波损耗在3. 1到10. 6GHz小于-10dB, 而其面积与图IO所示的超宽带平面天线的面积的比值为93/160，即本发明的超宽带平面天线 的面积要远小于图IO所示的超宽带平面天线。
上述CST是Computer Simulation Technology (计算机仿真科技)的縮写，是一个公司的 名字，CST microwave studio是该公司的一个电磁仿真软件，在提到这个软件的时候都是用 缩写，中文也都是叫CST微波工作室。
如图7和图8所示，本发明超宽带平面天线，包括基板1，基板1可聚四氟乙烯制成， 基板1的上表面设有接地板2，接地板2的一边为馈电端4，接地板2的中部具有空隙3，空 隙3内的中部设有辐射贴片5，接地板2的内、外边缘8、 9为同形状椭圆，也可以是分别为 不同形状的椭圆形，在接地板2远离馈电端4的环形处设有外缝隙6，辐射贴片5的内、外 边沿10、 ll为同形状椭圆，也可以是分别为不同形状的椭圆形，在辐射贴片5远离馈电端4 的环形处设有内缝隙7，外缝隙6的宽度大于内缝隙7的宽度。由于在接地板2的环形处设 有外缝隙6，在辐射贴片5的环形处设有内缝隙7，在需要时，可以在辐射贴片5的内缝隙7 和内边沿10内设置射频电路。电路可由外缝隙6及辐射贴片5的内缝隙7处从外部引入，这 样的设计并不会影响天线的性能。接地板2与辐射贴片5之间的空隙3不可用于放置射频电 路，否则会严重影响天线的性能。
本发明超宽带平面天线在实际制造过程中，可根据需要，通过现有技术中的电磁仿真软 件计算确定天线的几何尺寸，以下为利用电磁仿真软件计算确定的其中的一组几何尺寸参数 基板12的厚度h为1. 575mm，相对介电常数~=3，共面波导特性阻抗4 = 50Q , 基板1的宽度W-30mm, 基板1的长度L=32mm
接地板2的内椭圆长轴13. 6mm, 短轴10. 2mm,外椭圆长轴16mm,短轴12mm。 辐射贴片5的内椭圆长轴4.8mm,短轴3. 6mm，外椭圆长轴8mm，短轴6mm 外缝隙6的宽度w产9mm ,内缝隙7的宽度w2=4mm
馈电端4的几何尺寸参数w/=4. 95mm， f0. 3mm, g=3. 5mm， rf=6mm, rfw=0. 3mm
用CST微波工作室(CST microwave studio)对该结构的天线进行仿真，得到天线的回波 损耗，如图9所示，从仿真结果可以看出，这种结构的超宽带平面天线在上述几何尺寸参数 的情况下，同样符合超宽带平面天线的要求，即其回波损耗在3. 1到10.6GHz小于-10dB, 而其面积与现有技术图10所示的超宽带平面天线的面积的比值为96/160，即本发明的超宽带 平面天线的面积要远小于图10所示的超宽带平面天线。
本发明超宽带平面天线也可以是将图1所示实施方式中的辐射贴片5与图3所示实施方 式中的辐射贴片5互换，其他技术特征不变，由此可得到两种新的技术方案组合。在需要时， 这两种技术方案同样可以在辐射贴片5的内缝隙7和内边沿10内设置射频电路，电路可由外 缝隙6及辐射贴片5的内缝隙7处从外部引入，这样的设计并不会影响天线的性能。接地板 2与辐射贴片5之间的空隙3不可用于放置射频电路，否则会严重影响天线的性能。
本发明超宽带平面天线在必要时可在微波暗室中对天线的输入端反射特性、辐射方向图、 增益、空间传输特性进行测量，同时利用FDTD方法对天线的时域脉冲收发保真特性进行计 算。研究结果显示该天线的工作带宽大于3. 7 :1 ,在整个工作频段都具有很好的方向特性 和较平坦的增益以及非常好的相位传输特性。同时天线的尺寸很小，具有便于电路集成的平面 结构，因而是一种具有实用价值的小型超宽带天线。
本发明超宽带平面天线可通过现有技术中的数值仿真技术确定接地板2和辐射贴片5的 相关几何尺寸参数，根据相关几何参数对天线特性的影响，确定最佳几何尺寸，据此加工产品， 并可通过现有技术对天线产品的输入端氏射特性、辐射方向性图、增益和空间传输特性进行 测量。另外还可用时域有限差分法(FDTD)对天线的脉冲波形的保真特性进行计算。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式雄行描述，并非对本发明的范围进行 限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工種技术人员对本发明的技术方案作 出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.超宽带平面天线，包括基板(1)，基板(1)的上表面设有接地板(2)，接地板(2)的一边为馈电端(4)，接地板(2)的中部具有空隙(3)，空隙(3)内的中部设有辐射贴片(5)，其特征在于所述接地板(1)的内、外边缘(8、9)为圆形或椭圆形，在接地板(1)远离馈电端(4)的环形处设有外缝隙(6)，所述辐射贴片(5)的内、外边沿(10、11)为圆形或椭圆形，在辐射贴片(5)远离馈电端(4)的环形处设有内缝隙(7)。
2. 根据权利要求1所述的超宽带平面天线，其特征在于所逸接地板(2)的内、外边缘(8、 9)为同心圆或同形状椭圆，所述辐射贴片(5)的内、外边沿(10、 11)为同心圆或同形状 椭圆，其内、外边沿(10、 11)半径的比值为0.06~0.6。
3. 根据权利要求l所述的超宽带平面天线，其特征在于所述接地板(2)内边缘(8)的 圆心与馈电端(4)之间的距离大于接地板(2)外边缘(9)的圆心与馈电端(4)之间的距 离，所述辐射贴片(5)内边沿(10)的圆心与馈电端(4)之间的距离大于辐射贴片(5)外 边沿(11)的圆心与馈电端(4)之间的距离，其内、外边沿(10、 11)半径的比值为0.06 一O. 6。
4. 根据权利要求1所述的超宽带平面天线，其特征在于所述接地板(2)内边缘(8)的 圆心与馈电端(4)之间的距离大于接地板(2)外边缘(9)的圆心与馈电端(4)之间的距 离，所述辐射贴片(5)的内、外边沿(10、 11)为同心圆，其内、外边沿(10、 11)半径的 比值为0. 06—0. 6。
5. 根据权利要求1所述的超宽带平面天线，其特征在于所述接地板(2)的内、外边缘(8、 9)为同心圆，所述辐射贴片(5)内边沿(10)的圆心与馈电端(4)之间的距离大于外边沿(11)的圆心与馈电端(4)之间的距离，其内、外边沿(10、 11)半径的比值为0.06—0. 6。
6. 根据权利要求1至5中任何一项所述的超宽带平面天线，其特征在于所述外缝隙(6) 的宽度大于内缝隙(7)的宽度。
全文摘要
一种超宽带平面天线，包括基板(1)，基板(1)的上表面设有接地板(2)，接地板(2)的一边为馈电端(4)，接地板(2)的中部具有空隙(3)，空隙(3)内的中部设有辐射贴片(5)，所述接地板(1)的内、外边缘(8、9)为圆形，在接地板(1)远离馈电端(4)的环形处设有外缝隙(6)，所述辐射贴片(5)的内、外边沿(10、11)为圆形，在辐射贴片(5)远离馈电端(4)的环形处设有内缝隙(7)。其目的在于提供一种使天线更加小型化，可利用超宽带平面天线接地板中部的空隙设置射频电路，令系统得以进一步高度集成的超宽带平面天线。
文档编号H01Q1/38GK101183745SQ20071017945
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者王均宏, 陈美娥 申请人:北京交通大学