专利名称：带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别一种用于通信和广播等技术领域的微带偶极子天 线。
背景技术：
当前市场上现有的偶极子天线多用金属管料和棒料制作，存在如下不足1.由于主要采用金属管料和棒料，不仅造成工作频带窄，而且体积大又笨重，工艺 流程较复杂，成本高，一致性差；2.由于一致性差，调试起来很费力，组阵使用中单元天线出了故障又难互换，造成 维修延误。3.由于体积大、笨重，运输时往往需拆散包装，到达施工现场又往往得重新组装、 重新调试，这即不利于现场施工也不利于现场维护。
发明内容
本发明旨在解决现有偶极子天线产品中存在的工作频带窄、体积庞大笨重、调试 复杂、成品一致性差、成本高等技术问题，以提供一种用于生产具有工作频带宽、平面集成、 体积小、重量轻、一致性好、稳定性高、成本低等优点的带纵向槽微带偶极子天线的纵向槽 参数的计算方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，由分别印制于T型印制板两面 的微带偶极子1和馈电网络2构成，其中沿微带偶极子1的中轴线由T型顶端至下部刻有 纵向槽6 ；其中馈电网络2由第一节馈线3、第二节馈线4和第三节馈线5顺序连接构成， 第一节馈线3呈竖折竖形，第一竖部9平行于纵向槽6，其顶端连接第二节馈线4的竖部10 底端，折部8的始端与第一竖部9的尾端呈九十度相交，折部8的尾端与第二竖部7顶端呈 九十度相交，第二竖部7设于T型印制板中轴线，其尾端连接T型印制板底端；第二节馈线 3的竖部10设于第一节馈线3之第一竖部9的延长线上，其顶端设于T型印制板的上部并 与本节馈线的横部11左端呈九十度相交，横部11平行于T型印制板的上边，其右端与第三 节馈线5的顶端呈九十度相交；第三节馈线5设于第二节馈线3的竖部10以T型印制板中 轴线为对称中心线的相对一侧，其尾端位于T型印制板的下部。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述T型印制板的厚度 为2mm，介电常数为2. 55。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述微带偶极子臂长15 =0. 4X光速/天线工作频率 0. 5X光速/天线工作频率；微带偶极子臂宽16 = 0. 1 X 光速/天线工作频率 0. 15 X光速/天线工作频率；微带偶极子底边高17 = 0. 1 X光速 /天线工作频率 0. 2 X光速/天线工作频率；微带偶极子底边宽18 = 0. 1 X光速/天线 工作频率 0. 2X光速/天线工作频率。
本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述微带偶极子臂长15 =0. 43X光速/天线工作频率；微带偶极子臂宽16 = 0. 115X光速/天线工作频率；微 带偶极子底边高17 = 0. 15X光速/天线工作频率；微带偶极子底边宽18 = 0. 14X光速
/天线工作频率。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述三节馈线的微带厚度 为0. 03mm ；第一节馈线3的宽度为5. 6mm,长度=0. 22X光速/天线工作频率；第二节馈 线4的宽度为1. 9mm,长度=0. 11 X光速/天线工作频率；第三节馈线5的宽度为1. 9mm, 长度=o. 14X光速/天线工作频率。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述纵向槽6的特性阻抗 为 80Q-120Q。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述纵向槽宽度20为 1.7-8. 16mm，纵向槽长度19 = 0. 2X光速/天线工作频率。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其中所述纵向槽宽度20 = KX
7C 120 n K(k)
偶极子底边宽18，其中K符合公 ]^y，前式中ZS为纵向槽6的特性阻
抗，为等效介电常数，符合公式^说=￥ + ￥(1 + 12#)1，、为偶极
2 2Wh
子介质板介电常数，h为偶极子介质板厚度，W为偶极子底边宽18。本发明带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线的有益效果在于1.工作频带宽；2.平面集成，成品一致性好、稳定性高；3.体积小、重量轻；4.生产制造成本低，适合于批量大规模生产。
图1为本发明结构示意2为本发明馈电网络结构示意3为本发明纵向槽结构示意中标号说明1微带偶极子、2馈电网络、3第一节馈线、4第二节馈线、5第三节馈线、6纵向槽、 7第二竖部、8折部、9第一竖部、10竖部、11横部、15微带偶极子臂长、16微带偶极子臂宽、 17微带偶极子底边高、18微带偶极子底边宽、19纵向槽长度、20纵向槽宽度
具体实施例方式本发明详细结构、应用原理、作用与功效，参照附图1-3通过如下实施方式予以说 明。本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，由分别印制于T型印制板两面 的微带偶极子1和馈电网络2构成，其中沿微带偶极子1的中轴线由T型顶端至下部刻有 纵向槽6 ；其中馈电网络2由第一节馈线3、第二节馈线4和第三节馈线5顺序连接构成，第一节馈线3呈竖折竖形，第一竖部9平行于纵向槽6，其顶端连接第二节馈线4的竖部10 底端，折部8的始端与第一竖部9的尾端呈九十度相交，折部8的尾端与第二竖部7顶端呈 九十度相交，第二竖部7设于T型印制板中轴线，其尾端连接T型印制板底端；第二节馈线 3的竖部10设于第一节馈线3之第一竖部9的延长线上，其顶端设于T型印制板的上部并 与本节馈线的横部11左端呈九十度相交，横部11平行于T型印制板的上边，其右端与第三 节馈线5的顶端呈九十度相交；第三节馈线5设于第二节馈线3的竖部10以T型印制板中 轴线为对称中心线的相对一侧，其尾端位于T型印制板的下部。T型印制板的厚度为2mm，介电常数为2. 55。微带偶极子臂长15 = 0. 43 X光速/天线工作频率；微带偶极子臂宽16 = 0. 115X光速/天线工作频率；微带偶极子底边高17 = 0. 15X光速/天线工作频率；微带 偶极子底边宽18 = 0. 14X光速/天线工作频率。三节馈线的微带厚度为0. 03mm ；第一节馈线3的宽度为5. 6mm，长度=0. 22X光 速/天线工作频率；第二节馈线4的宽度为1. 9mm，长度=0. 11X光速/天线工作频率；第 三节馈线5的宽度为1. 9mm,长度=0. 14X光速/天线工作频率。纵向槽6的特性阻抗为80 Q-120 Q。纵向槽宽度20为1. 7-8. 16mm，纵向槽长度19 = 0. 2X光速/天线工作频率。纵向槽宽度20 = KX偶极子底边宽18，其中K符合公.
前式中ZS为纵向槽6的特性阻抗，e rff为等效介电常数，e eff符合公式
为偶极子介质板介电常数，h为偶极子介质板厚
度，W为偶极子底边宽18。以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。设计天线的工作频率fQ = 700MHz波长\ Q = c/f0 = 428mm (c 为光速)(一)微带偶极子的设计微带偶极子臂长15取作0. 43人。，即为184. 3mm。微带偶极子臂宽16取作0. 115人0,即为49mm。微带偶极子底边高17取作0. 15 X。，即为64. 2mm。微带偶极子底边宽18取作0. 14 X。，即为60mm。印制板的厚度为2mm，介电常数为2.55。微带偶极子的辐射阻抗ZK可用如下半波偶极子输入阻抗近似计算得到 其中ZK代表天线输入阻抗，作用为匹配天线后级接收机的阻抗，减小反射，提高功 率发射利用率；L代表微带偶极子臂长15 ；ff0代表微带偶极子臂宽16。由上式计算得ZK = 170 Q。(二)纵向槽的设计
微带偶极子底边宽18 = 0. 14X光速/天线工作频率=60mm。纵向槽长度19 = 0. 2X光速/天线工作频率=85. 6_。纵向槽6的特性阻抗ZS —般为80 Q-120 Q，作用是提高功率发射利用率。其特性 阻抗可用共面线特性阻抗公式近似计算，即 式中 S为纵向槽宽度20。ff为微带偶极子底边宽18，即为60mm。e eff为等效介电常数，在工程上可用下式近似计算
⑵
若选用聚四氟乙烯玻璃纤维介质板(F4B-2)，则e , = 2. 55。 若介质板厚度为h = 2mm，前已计算得出W为微带偶极子底边宽18为60mm，将上
述数值代入(3)式可计算出￡ eff = 2. 137。(1)式中的K(k)是第一类完全椭圆积分。K(k)/.K，(k)可近似表示为
(4)
式中K’=vn
⑶
-般情况下K值很小，K(k)/K’ (k)值多取作 K(k)爪’(k):
l/7rln(2
+
4k\
(6)
当纵向槽6的特性阻抗ZS取作80 Q时，代入(1)式即 …120^"
V2.137
K(k)/. K’
(k)
K (k) /. K，(k) = 0. 3102. 将(7)式代入(6)式
(7)
1l + yfk
—ln(2-
:0. 3102
6 K，= 0. 9996................................................... (8)将(8)式带入(5)式 1-k2 = 0. 9992K2 = 0.0008K = 0. 02828............................................................ (9)将(9)式代入(2)式 已知微带偶极子底边宽18为60mm，即W = 60mm 则S = 1. 7mm。以上即计算出当特性阻抗ZS取作80 Q时，纵向槽宽度20即为1.7mm。同理，当槽的特性阻抗ZS取作120 Q时，可由上述步骤计算得S = 8. 16mm因此，当使用聚四氟乙烯玻璃纤维介质板并且介质板厚度为2mm时，纵向槽宽度 20范围可取为1. 7mm-8. 16mm之间。(三)馈电网络的设计第一节馈线3的特性阻为50 Q，根据工具书《微带电路》可查得微带的厚度为2mm， 第一节馈线3宽度为5. 6mm。第一节馈线3长度为0. 22 A 0,即为94. 2mm。第二节馈线4是阻抗变换段，设计微带偶极子的阻抗为170 Q，则它的阻抗为 根据《微带电路》可查得第二节馈线4宽度为1. 9mm。第二节馈线4长度为0. 11入… 即为 48. 8mm。第三节馈线5的初始线宽度同第二节相同为1. 9mm,其长度为0. 14 X。，即为60mm。(四)仿真的设计根据上述一至三的计算结果，进一步利用CST进行仿真和优化参数。通过对本发明进行实测验证表明，本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线具有技术优点如下1.在600 800MHz的频带范围内驻波小，指标达到或超过传统偶极子天线，可见 该设计有效的减小了天线体积、重量、降低了成本，为天线的小型化、模块化设计创造了条 件；2.轴向辐射波束宽度1100左右，增益3dB ；3.扩展了偶极子天线工作带宽，达到28%，优于传统阵子型偶极子天线的工作带
觅o从上所述，本发明带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线有着工作频带宽、平面 集成、成品一致性好、稳定性高、体积小、重量轻、生产制造成本低，适合于批量大规模生产 等诸多优点。
权利要求
带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于由分别印制于T型印制板两面的微带偶极子(1)和馈电网络(2)构成，其中沿微带偶极子(1)的中轴线由T型顶端至下部刻有纵向槽(6)；其中馈电网络(2)由第一节馈线(3)、第二节馈线(4)和第三节馈线(5)顺序连接构成，第一节馈线(3)呈竖折竖形，第一竖部(9)平行于纵向槽(6)，其顶端连接第二节馈线(4)的竖部(10)底端，折部(8)的始端与第一竖部(9)的尾端呈九十度相交，折部(8)的尾端与第二竖部(7)顶端呈九十度相交，第二竖部(7)设于T型印制板中轴线，其尾端连接T型印制板底端；第二节馈线(3)的竖部(10)设于第一节馈线(3)之第一竖部(9)的延长线上，其顶端设于T型印制板的上部并与本节馈线的横部(11)左端呈九十度相交，横部(11)平行于T型印制板的上边，其右端与第三节馈线(5)的顶端呈九十度相交；第三节馈线(5)设于第二节馈线(3)的竖部(10)以T型印制板中轴线为对称中心线的相对一侧，其尾端位于T型印制板的下部。
2.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所述T 型印制板的厚度为2mm，介电常数为2. 55。
3.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所述微 带偶极子臂长(15) = 0. 4X光速/天线工作频率 0. 5 X光速/天线工作频率；微带偶极 子臂宽(16) =0. IX光速/天线工作频率 0.15X光速/天线工作频率；微带偶极子底 边高(17) =0. IX光速/天线工作频率 0. 2 X光速/天线工作频率；微带偶极子底边宽 (18) =0.1X光速/天线工作频率 0.2 X光速/天线工作频率。
4.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所述微 带偶极子臂长(15) =0.43X光速/天线工作频率；微带偶极子臂宽(16) =0. 115X光速 /天线工作频率；微带偶极子底边高(17) =0. 15X光速/天线工作频率；微带偶极子底边 宽(18) = o. 14X光速/天线工作频率。
5.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所述三 节馈线的微带厚度为0. 03mm ；第一节馈线(3)的宽度为5. 6mm,长度=0. 22X光速/天线 工作频率；第二节馈线(4)的宽度为1. 9mm，长度=0. IlX光速/天线工作频率；第三节馈 线(5)的宽度为1.9mm，长度=0. 14X光速/天线工作频率。
6.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所述纵 向槽(6)的特性阻抗为80 Ω-120 Ω。
7.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所述纵 向槽宽度(20)为1.7-8. 16mm，纵向槽长度(19) = 0.2X光速/天线工作频率。
8.如权利要求1所述的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，其特征在于所7C 120 ττ K(k)述纵向槽宽度(20) =KX偶极子底边宽(18)，其中K符合公式⑵=^J^前式中ZS为纵向槽(6)的特性阻抗，ε rff为等效介电常数，ε eff符合公式ρ “ _+1 .-1 , ι 丄■( 0 2Λ、4eff =-^- + —(1+1^—J 2^er为偶极子介质板介电常数，h为偶极子介质板厚 度，W为偶极子底边宽(18)。
全文摘要
本发明的带馈电网络和纵向槽的微带偶极子天线，涉及通信和广播等技术领域，旨在解决现有偶极子天线产品中存在的工作频带窄、体积庞大笨重、调试复杂、成品一致性差、成本高等技术问题。本发明由分别印制于T型印制板两面的微带偶极子(1)和馈电网络(2)构成，其中沿微带偶极子(1)的中轴线由T型顶端至下部刻有纵向槽(6)；其中馈电网络(2)由第一节馈线(3)、第二节馈线(4)和第三节馈线(5)顺序连接构成。本发明适用于设计制造通信和广播等领域用偶极子天线。
文档编号H01Q13/08GK101867090SQ201010108508
公开日2010年10月20日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者彭嗥, 汪泽, 牛书强, 申江, 腾秀文 申请人:成都九洲迪飞科技有限责任公司