专利名称：：低轮廓超宽带犁形天线的制作方法
技术领域：
：本发明属于无线通信天线，具体是一种犁形天线，主要应用于超宽带低轮廓天线阵列。
背景技术：
：现代通信为了实现全球范围的无缝覆盖，可以同时进行语音、文本、图像、视频的高速多媒体通信，通信网络应该是包含多种通信技术的有线无线相结合的综合网络。在这样的背景下，由于超宽带技术具有极大的带宽，极低的功率，可实现现有频率资源复用等显著特点。在不占用现在已经拥挤不堪的频率资源情况下带来一种全新的话音和数据通信方式。实现天线的极大带宽是需要解决的首要问题。常规的无线电通信基于传统的天线理论,天线上的电流是按正弦规律变化的，使用的天线大都是谐振天线，相对带宽很窄。犁形天线则是超宽带天线里一种比较好的实现方式。但由于传统犁形天线其纵向轮廓一般都有几个波长，这使得该天线组成阵列以后，阵面轮廓较高，特别是应用于低频段时，显得极为庞大。所以急需设计一种低轮廓的犁形天线用以满足现代无线通信阵列天线的要求。
发明内容本发明的目的在于解决传统犁形天线轮廓高的问题，提供一种低轮廓超宽带犁形天线，以减低天线的纵向轮廓，避免天线性能的恶化，满足超宽带阵列的低轮廓要求。为实现上述目的，本发明包括共面波导阻抗变换器、开路腔和左右对称的指数状辐射体，共面波导阻抗变换器的左槽线与指数状辐射体过渡连接，右槽线与开路腔连接，中心导带与右侧指数状辐射体连接，其中每个指数状辐射体上，开有双"工"形加载槽；共面波导阻抗变换器的中心导带为矩形阶梯渐变结构。所述的双"工"形加载槽为上下结构，上"工"形的下横加载槽与4下"工"形的上横加载槽通过横窄槽线连接。所述的共面波导阻抗变换器的中心导带由六段宽度不等的矩形阶梯阻抗变换线连接组成。所述的开路腔由两条夹角60°的等长直线与它们之间的圆弧线组成。本发明与传统犁形天线相比，具有如下优点1)改善了天线辐射方向图的前后比，提高了定向性。由于传统犁形天线是依靠高轮廓即较长的指数线来保证天线的方向性，但在降低天线的纵向轮廓时，天线上的部分面电流会向后流动，形成后向辐射，削弱天线的定向性，为此本发明在指数状辐射体上釆用的双"工"形加载槽，有效地遏制了传统犁形天线表面的后向电流，使面电流尽量沿指数线向前流动形成辐射，从而极大地改善了天线辐射方向图的前后比，具有很好的定向性。2)展宽了阻抗带宽由于传统犁形天线依靠较宽的横向尺寸保证阻抗带宽，在降低横向尺寸后，天线的带宽会受到限制，而加载槽的设计使天线在较小的横向尺寸情况下具有超宽带特性，且开路腔的形状设计，较之传统矩形开路腔具有超宽带特性。3)实现了天线的低轮廓小型化传统的微带多级l/4入阻抗变换器，每一段长度都是l/4入，在使用六级变换线的情况下，总长度达1.5入。本发明设计的共面波导阻抗变换器长度为0.15入o，仅为微带阻抗变换器的10%，当频率较低，波长较长时,这样的设计极为可观低降低了天线的纵向轮廓，且共面波导比微带线具有更宽的阻抗带宽。以上设计措施保证了天线的定向性好、超宽带和低轮廓的特征。图1为本发明的结构示意图2为本发明的共面波导阻抗变换器示意图3为本发明的双"工"形加载槽示意图；图4为本发明的驻波比VSWR实际测试图5为本发明在频率分别为fo、3f。、4fo时的E面及H面实测增益方向图6为本发明与传统犁形天线在频率2fo时的测试方向图对比。具体实施例方式以下参照附图详细说明本发明的结构和性能。参照图l，本发明给出的实例是低轮廓犁形天线，其工作带宽是上限频率fH:下限频率&=4:1。该天线主要由单面覆铜介质板构成，本实施案例中的覆铜介质采用FR4材料，介电常数为4.4，厚度为1.5mm。具体结构包括共面波导阻抗变换器l，开路腔2，左右对称指数状辐射体3和双"工"形加载槽4四部分。共面波导阻抗变换器1的结构如图2所示，它由共面波导中心导带11、左槽线12和右槽线13构成。共面波导中心导带11设计为六段宽度渐变的矩形阶梯阻抗变换线，并将其左槽线12与指数状辐射体3连接，右槽线13与开路腔2连接。阶梯阻抗变换线可以有效展宽馈线带宽，且该变换段长度比传统的微带变换段长度减少很多，本实施例采用的变换线总长度为0.15入o，入o为最低工作频率对应的在自由空间中的波长，而传统微带变换线每段长度为0.25"，总共需1.5入o，极大地减小了纵向尺寸，实现天线的低轮廓。开路腔2由两条夹角60°的等长直线与它们之间的圆弧线组成。其功能是在整个超宽带工作频带内，将共面波导右槽线13中的电场开路。由于开路腔2采用了渐变结构，使得馈线部分的宽带性能得以实现。左右对称的指数状辐射体3是天线辐射的主要区域，由两条左右对称的指数线构成。其起始窄缝隙部分决定天线的高频辐射性能，开口宽缝隙部分决定低频辐射性能，使之成为一种行波结构，极大地增加了天线的带宽。该辐射指数线的具体形式决定了天线的方向图特性和阻抗带宽特性。在左右对称的指数状辐射体3上，腐蚀形成双"工"形加载槽4。参照图3，本发明的双"工"形加载槽4为上下结构，其中上"工"形的下横加载槽43与下"工"形的上横加载槽45通过横窄槽线44连接，上"工"形的上横加载槽41长度与上"工"形的下横加载槽43之比为2:1，上"工"形的下横加载槽43与指数状辐射体3边缘贯通，上"工"形的竖加载槽42位于上"工"形的上横加载槽41的右侧1/6处和下横加载槽43的右侧5/8处；该上"工"形的竖加载槽42与该上"工"形的上横加载槽41和下横加载槽43的长度比分别为1:7.5和l:4，宽度比为l:1。下"工"形的上横加载槽45与下"工"形的下横加载槽47的长度比为1:l丄下"工"形的竖加载槽46位于下"工"形的上横加载槽45的1/2处和下"工"形的下横加载槽47的右侧5/11处；该下"工"形的竖加载槽46与该下"工"形的上横加载槽45和下横加载槽47长度比分别为3:5和6:11，宽度比为2:1;上"工"形的上横加载槽41与下"工"形的上横加载槽45长度之比为3:2。这个开槽结构遏制了传统犁形天线在天线辐射铜层上的后向电流，使得后向辐射大为减少。整个天线的能量在共面波导阻抗变换器1处馈入，采用50Q同轴线馈电，能量沿共面波导经阻抗变换后传递至指数状辐射体3处，再经由指数状辐射体3向自由空间辐射出去。本发明的效果，通过以下实测结果进一步说明图4给出了该天线的驻波比VSWR实际测试图，从图4中可以看出来，绝大部分带宽均在2以下。由于超宽带天线驻波实测指标可以放宽至2.5~3以下，故本发明完全达到驻波要求。图5给出了天线分别在fo、2fo、3fo、4fo时的E面及H面增益方向图。其中，图5(a)为本发明在频率为fo时的E面实测增益方向图；图5(b)为本发明在频率为f。时的H面实测增益方向图；图5(c)为本发明在频率为3fo时的E面实测增益方向图；图5(d)为本发明在频率为3fo时的H面实测增益方向图；图5(e)为本发明在频率为4fo时的E面实测增益方向图；图5(f)为本发明在频率为4fo时的H面实测增益方向图。从图(5)可以看出，天线在整个工作频带内E面、H面方向图具有明显的前后比，方向图特性良好。在这些频点上的方向图前后比,如表1所示表l低轮廓犁形天线方向图前后比测试结果7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表1可以看出来，犁形天线使用开槽结构以后，其前后比明显改善，特别是对于低频段，传统犁形天线后向电流很强，而通过使用该开槽结构以后，前后比大大增加了。图6给出了本发明与传统犁形天线在频率为2/。时的E面和H面方向图测试结果对比。其中，图6(a)为未开双"工"字型槽天线在2/。时的E面方向图；图6(b)为未开双"工"字型槽天线在2/。时的H面方向图；图6(c)为开双"工"字型槽天线在2/。时的E面方向图；图6(d)为开双"工"字型槽天线在2/。时的H面方向从图6对比中可以明显看到两种天线前后比的改善，同时天线波束宽度进一步展宽。传统犁形天线只有在纵向尺寸大于至少入o时，天线的方向图才有较好的辐射定向性，而本发明只有0.258入o,极大地减小了尺寸，实现了低轮廓。传统犁形天线只有在横向尺寸大于至少1/2入o时才能保证超宽带，而加载槽的设计使得天线横向尺寸在0.33入0时就达到要求，可见，双"工"形加载槽对于天线的低轮廓、超宽带性能起着决定性作用。从表1和图4、图5、图6这些实测结果可见，本发明提供了一个具有优良机械和辐射性能的低轮廓超宽带犁形天线实例，该天线具有加工方便，调试简单的特点，可以广泛用于超宽带通信中。在相关
技术领域：
，本发明的技术构思和方案，具有极高应用价值。权利要求1.一种低轮廓超宽带犁形天线，包括共面波导阻抗变换器(1)、开路腔(2)和左右对称的指数状辐射体(3)，共面波导阻抗变换器(1)的左槽线(12)与指数状辐射体(3)过渡连接，右槽线(13)与开路腔(2)连接，中心导带(11)与右侧指数状辐射体连接，其特征在于每个指数状辐射体(3)上，开有双“工”形加载槽(4)；共面波导阻抗变换器(1)的中心导带(11)为矩形阶梯渐变结构。2.根据权利要求1所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于双"工"形加载槽(4)为上下结构，上"工"形的下横加载槽(43)与下"工"形的上横加载槽(45)通过横窄槽线(44)连接。3.根据权利要求2所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于上"工"形的上横加载槽(41)长度与上"工"形的下横加载槽(43)之比为2:1，上"工"形的下横加载槽(43)与指数状辐射体(3)边缘贯通。4.根据权利要求2所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于上"工"形的竖加载槽(42)位于上"工"形的上横加载槽(41)的右侧1/6处和下横加载槽(43)的右侧5/8处，该上"工"形的竖加载槽(42)与该上"工"形的上横加载槽(41)和下横加载槽(43)的长度比分别为l:7.5和1:4，宽度比为l:1。5.根据权利要求2所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于下"工"形的上横加载槽(45)与下"工"形的下横加载槽(47)的长度比为1:1.1，下"工"形的竖加载槽(46)位于下"工"形的上横加载槽(45)的中心和下"工"形的下横加载槽(47)的右侧5/11处，该下"工"形的竖加载槽(46)与该下"工"形的上横加载槽(45〉和下横加载槽(47)长度比分别为3:5和6:U，宽度比为2:1。6.根据权利要求2所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于上"工"形的上横加载槽(41)与下"工"形的上横加载槽(45)长度之比为3:2。7.根据权利要求2所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于上"工"形的竖加载槽(42)与下"工"形的竖加载槽(46)长度比为3:1，宽度比为2:1。8.根据权利要求1所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于共面波导阻抗变换器(1)的中心导带(11)由六段宽度不等的矩形阶梯阻抗变换线连接组成。9.根据权利要求1所述的低轮廓超宽带犁形天线，其特征在于开路腔(2)由两条夹角60。的等长直线与它们之间的圆弧线组成。全文摘要本发明公开了一种低轮廓超宽带犁形天线。它由介质基板及覆在上面的单层辐射铜层组成，铜层上包括共面波导阻抗变换器(1)、开路腔(2)和左右对称的指数状辐射体(3)，共面波导阻抗变换器(1)的左槽线(12)与指数状辐射体(3)过渡连接，右槽线(13)与开路腔(2)连接，中心导带(11)与右侧指数状辐射体连接，每个指数状辐射体(3)上，开有双“工”形加载槽(4)，该双“工”形加载槽(4)为上下结构，上“工”形的下横加载槽(43)与下“工”形的上横加载槽(45)通过横窄槽线(44)连接；共面波导阻抗变换器(1)的中心导带(11)为矩形阶梯渐变结构。本发明结构简单，覆盖4∶1带宽，定向性好，可用于超宽带无线通信领域。文档编号H01Q1/36GK101577363SQ20091002287公开日2009年11月11日申请日期2009年6月5日优先权日2009年6月5日发明者吴青锋,涛应,张小苗,李晋阳申请人:西安电子科技大学