专利名称：一种平衡微带线馈电的超宽带偶极天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种超宽带偶极天线，属于无线电技术领域。
背景技术：
天线是超宽带系统中发射和接收信号的关键部件，随着超宽带技术的广泛应用，对超宽带天线的研究也日益变得重要，超宽带天线的设计也越来越受到人们的重视，新形式和新性能的超宽带天线不断涌现。超宽带天线同时也带动宽带频谱仪和接收机的发展，促使宽带天线在EMC的整个频段范围内有良好的接受和发射性能。UffB适用于高速、近距离的无线个人通信，也适用于短距离数字化的音视频无线链接，短距离宽带高速无线接入等相关民用领域。值得说明，在UWB技术里规定的室内UWB通信的实际使用频谱范围为3. I 10. 6GHz，其比带宽(最高频率与最低频率之比)为 3.42 I ;同时规定对中心频率大于2. 5GHz的UWB系统需要拥有至少-IOdB的500MHz带宽，而对中心频率低于2. 5GHz的UWB系统，相对带宽至少应达到20%。随着超宽带通信方式的提出，工作于3. I 10. 6GHz的宽频带天线层出不穷，主要以双锥天线的各种演变形式为主，这包括蝶形天线、泪滴天线、渐变槽缝天线等及其变形形式。另外超宽带天线还包括TEM喇叭天线、反射面天线、透镜反射面天线以及超宽带天线阵列等。目前，超宽带线极化天线包括圆锥振子天线、蝶形线天线以及ー些异形振子单极天线，上述超宽带天线均具有宽带特性，但现有的超宽带天线只能覆盖FCC规定的3. I 10. 6GHz的带宽，对更高的频带没有覆盖或者覆盖得较少，现有的超宽带天线均为单极天线，馈电平衡性差、全向性方向图对称性差以及天线尺寸较大，不利于集成到印刷电路中，也不适用于需要小型化天线的领域。
发明内容
本发明为解决现有的超宽带天线存在宽带指标低、馈电平衡性差、全向性方向图对称性差以及天线尺寸较大的问题，进而提供了ー种平衡微带线馈电的超宽带偶极天线。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线包括介质板、加载金属圆片、平衡微带线上贴片、平衡微带线下贴片、第一半圆形振子和第二半圆形振子，所述第一半圆形振子和第二半圆形振子均水平设置在介质板的上端面上，第一半圆形振子的直边与第二半圆形振子的直边对称设置在介质板的左右端上，所述第一半圆形振子和第二半圆形振子的半径一致设置，第一半圆形振子和第二半圆形振子的圆心距离与第一半圆形振子的直径之差为2 3_，所述加载金属圆片水平设置在介质板的上端面上，加载金属圆片2的圆心位于第一半圆形振子5的圆弧上，加载金属圆片的圆心和第一半圆形振子的圆心所在的直线与第一半圆形振子的圆心和第二半圆形振子的圆心所在的直线之间所成的夹角为10 30°，所述平衡微带线上贴片沿纵向水平设置在介质板的上端面上，平衡微带线上贴片的一端与第一半圆形振子相接触，平衡微带线上贴片的另一端位于介质板的边缘上，所述平衡微带线下贴片设置在介质板的底端面上，所述介质板上加工有金属化过孔，金属化过孔位于第二半圆形振子的圆弧中点上，平衡微带线下贴片的一端通过金属化过孔与第二半圆形振子连接，平衡微带线下贴片的另一端位于介质板的边缘上，所述平衡微带线上贴片与平衡微带线下贴片上下对应设置。本发明具有以下有益效果本发明的超宽带偶极天线的第一半圆形振子和第二半圆形振子为对称振子结构，方向图具有対称性，由于振子的轮廓为半圆形渐变形式，降低了结构的突变部分导致的电磁波反射，天线在3. I 20GHz的频带内反射系数低于-10dB，比带宽达到了 6. 5 1，大大拓宽了天线的阻抗带宽，从而达到了超宽带的 特性，宽带指标和全向性方向图带宽高，同时加载金属圆片改善了天线在8. 5 13. 3GHz的频率范围内的反射系数，与不加载的只有一对半圆片振子的天线相比，该频段内的反射系数值降低了 2dB以上；本发明的超宽带偶极天线的馈电形式为平衡微带线馈电，馈电平衡性好，所占面积小，具有很好的小型化效果，同时，本发明的超宽带偶极天线平衡微带线馈电形式可以适用于同轴线等传统馈线馈电，还可以适用于印刷电路板集成传输线馈电，适用范围广；本发明的超宽带偶极天线结构紧凑、尺寸小，可集成到移动终端的电路板上，极大地实现了天线的小型化，可适用于电磁环境监测、频谱测量设备等领域，亦可以应用到需要小型化超宽带天线的场合。
图I是本发明的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线的俯视图，图2是本发明的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线的仰视图，图3是本发明的偶极天线反射系数测试曲线，图4是本发明的偶极天线在3. IGHz时E面的方向图，图5是本发明的偶极天线在3. IGHz时H面的方向图，图6是本发明的偶极天线在12GHz时E面的方向图，图7是本发明的偶极天线在12GHz时H面的方向图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图I 2说明，本实施方式的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线包括介质板I、加载金属圆片2、平衡微带线上贴片3、平衡微带线下贴片4、第一半圆形振子5和第二半圆形振子6，所述第一半圆形振子5和第二半圆形振子6均水平设置在介质板I的上端面上，第一半圆形振子5的直边与第二半圆形振子6的直边对称设置在介质板I的左右端上，所述第一半圆形振子5和第二半圆形振子6的半径一致设置，第一半圆形振子5和第二半圆形振子6的圆心距离与第一半圆形振子5的直径之差D为2 3mm,所述加载金属圆片2水平设置在介质板I的上端面上，加载金属圆片2的圆心位于第一半圆形振子5的圆弧上，加载金属圆片2的圆心和第一半圆形振子5的圆心所在的直线与第一半圆形振子5的圆心和第二半圆形振子6的圆心所在的直线之间所成的夹角α为10 30° ,所述平衡微带线上贴片3沿纵向水平设置在介质板I的上端面上，平衡微带线上贴片3的一端与第一半圆形振子5相接触，平衡微带线上贴片3的另一端位于介质板I的边缘上，所述平衡微带线下贴片4设置在介质板I的底端面上，所述介质板I上加工有金属化过孔1-1，金属化过孔1-1位于第二半圆形振子6的圆弧中点上，平衡微带线下贴片4的一端通过金属化过孔1-1与第二半圆形振子6连接，平衡微带线下贴片4的另一端位于介质板I的边缘上，所述平衡微带线上贴片3与平衡微带线下贴片4上下对应设置。所述加载金属圆片2、第一半圆形振子5和第二半圆形振子6构成偶极天线的福射体部分，所述金属化过孔1-1、平衡微带线上贴片3和平衡微带线下贴片4构成平衡微带馈电线部分；所述的平衡微带馈电线部分的馈电处使用同轴接头馈电，或与集成电路中的微带馈线直接相连馈电；平衡微带线上贴片3到介质板I左端的最短距离L为10mm。
具体实施方式
ニ 本实施方式所述介质板I的相对介电常数为4. 4，厚度为I. 5mm。 如此设计，使得天线的剖面低，并且可以使用应用较广泛的FR4环氧板制造，能够显著降低成本。其它组成与连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式
三结合图I说明，本实施方式第一半圆形振子5的半径Rl和第二半圆形振子6的半径R2均为11mm。如此设计，可以保证天线的起始工作频率较低的同时具有极宽的频带。其它组成与连接关系与实施方式一或二相同。
具体实施方式
四结合图I说明，本实施方式平衡微带线上贴片3的轮廓为直角梯形，直角梯形的上底与下底的比值为70 75%。如此设计，可以使馈线的边界为渐变的形式，以便降低馈线与辐射体连接处电磁波的反射。其它组成与连接关系与实施方式三相同。
具体实施方式
五结合图I说明，本实施方式直角梯形的上底LI的长度为12mm，直角梯形的下底L2的长度为16. 8_，直角梯形的高H为I. 4_。如此设计，可以满足馈线具有一定平衡传输长度，使得馈线电流到达辐射体时达到平衡，且与辐射体的输入阻抗匹配。其它组成与连接关系与实施方式四相同。
具体实施方式
六结合图I说明，本实施方式第一半圆形振子5和第二半圆形振子6的圆心距离与第一半圆形振子5的直径之差D为2. 4_。如此设计，可以使得辐射体的输入阻抗在极宽的频带内是平稳的。其它组成与连接关系与实施方式一、ニ、四或五相同。
具体实施方式
七结合图2说明，本实施方式平衡微带线下贴片4的长度L3为17. 3_，平衡微带线下贴片4的宽度L4为1_。如此设计，可以有效地降低本发明的超宽带天线的反射系数。其它组成与连接关系与实施方式六相同。
具体实施方式
八结合图I说明，本实施方式介质板I的长度L5为27. 8mm，介质板I的宽度W为24. 4mm。如此设计,使天线具有较小的尺寸,极化方向尺寸仅为最大工作波长的25%，是普通半波对称振子天线的50%。其它组成与连接关系与实施方式一、ニ、四、五或七相同。
具体实施方式
九结合图I说明，本实施方式所述偶极天线为双面印刷电路，加载金属圆片2、平衡微带线上贴片3、平衡微带线下贴片4、金属化过孔1-1、第一半圆形振子5和第二半圆形振子6均印刷在介质板I上。如此设计，可以方便地与印刷电路板集成。其它组成与连接关系与实施方式八相同。工作原理本发明的超宽带偶极天线的第一半圆形振子5和第二半圆形振子6构成偶极天线的有效辐射体部分，所述金属化过孔1-1、平衡微带线上贴片3和平衡微带线下贴片4构成平衡微带馈电线部分；
本发明的超宽带偶极天线能够形成全向辐射，金属辐射体表面的电流主要分布在金属片的边缘，边缘电流对辐射起到主要作用，由于驻波电流的辐射会在其E面形成两个主瓣，其方向垂直于电流的流向，通过第一半圆形振子5和第二半圆形振子6对称设置，使两个驻波电流的主瓣的场叠加，形成ー个在天线E面是8字形的方向图，从而实现天线的全向辐射；
从图3的测试结果可以看出，天线在3. l-20GHz的频带内反射系数低于-IOdB,比带宽为6. 45 1，覆盖了整个C/X/Ku波段，部分覆盖了 S和K波段，达到了超宽带天线的指标，也到达了 FCC (美国联邦通讯委员会)规定的覆盖3. 1-10. 6GHz的要求；从图4 7的测试结果可以看出，天线在3. IGHz和12GHz时E面方向图呈现8字，H面方向图呈现近似圆形，是典型的全向辐射天线的方向图，介质材料存在的问题和测试时夹具的影响会使天线方向图与仿真结果存在一定差异，本发明天线可以用于全方位的电磁波发射和接收。
权利要求
1.一种平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于所述偶极天线包括介质板(I)、加载金属圆片(2)、平衡微带线上贴片(3)、平衡微带线下贴片(4)、第一半圆形振子(5)和第二半圆形振子￠)，所述第一半圆形振子(5)和第二半圆形振子(6)均水平设置在介质板(I)的上端面上，第一半圆形振子(5)的直边与第二半圆形振子￠)的直边对称设置在介质板(I)的左右端上，所述第一半圆形振子(5)和第二半圆形振子￠)的半径一致设置，第一半圆形振子(5)和第二半圆形振子￠)的圆心距离与第一半圆形振子(5)的直径之差⑶为2 3mm，所述加载金属圆片⑵水平设置在介质板⑴的上端面上，加载金属圆片(2)的圆心位于第一半圆形振子(5)的圆弧上，加载金属圆片(2)的圆心和第一半圆形振子(5)的圆心所在的直线与第一半圆形振子(5)的圆心和第二半圆形振子(6)的圆心所在的直线之间所成的夹角(α)为10 30°，所述平衡微带线上贴片(3)沿纵向水平设置在介质板(I)的上端面上，平衡微带线上贴片(3)的一端与第一半圆形振子(5)相接触，平衡微带线上贴片(3)的另一端位于介质板(I)的边缘上，所述平衡微带线下贴片(4) 设置在介质板(I)的底端面上，所述介质板(I)上加工有金属化过孔(1-1)，金属化过孔 (1-1)位于第二半圆形振子(6)的圆弧中点上，平衡微带线下贴片(4)的一端通过金属化过孔(1-1)与第二半圆形振子(6)连接，平衡微带线下贴片(4)的另一端位于介质板(I)的边缘上，所述平衡微带线上贴片(3)与平衡微带线下贴片(4)上下对应设置。
2.根据权利要求I所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于所述介质板(I)的相对介电常数为4. 4,厚度为1.5mm。
3.根据权利要求I或2所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于第一半圆形振子(5)的半径(Rl)和第二半圆形振子(6)的半径(R2)均为11_。
4.根据权利要求3所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于平衡微带线上贴片(3)的轮廓为直角梯形，直角梯形的上底与下底的比值为70 75%。
5.根据权利要求4所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于直角梯形的上底(LI)的长度为12mm，直角梯形的下底(L2)的长度为16. 8mm，直角梯形的高(H)为I.4mm。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于 第一半圆形振子(5)和第二半圆形振子(6)的圆心距离与第一半圆形振子(5)的直径之差 (D)为 2. 4mm。
7.根据权利要求6所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于平衡微带线下贴片⑷的长度(L3)为17. 3_，平衡微带线下贴片(4)的宽度(L4)为1mm。
8.根据权利要求1、2、4、5或7所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于 介质板(I)的长度(L5)为27. 8mm,介质板(I)的宽度(W)为24. 4_。
9.根据权利要求8所述的平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，其特征在于所述偶极天线为双面印刷电路，加载金属圆片(2)、平衡微带线上贴片(3)、平衡微带线下贴片(4)、 金属化过孔(1-1)、第一半圆形振子(5)和第二半圆形振子(6)均印刷在介质板(I)上。
全文摘要
一种平衡微带线馈电的超宽带偶极天线，它涉及一种超宽带偶极天线。本发明为解决现有的超宽带天线存在宽带指标低、馈电平衡性差、方向图对称性差以及天线尺寸较大的问题。第一半圆形振子和第二半圆形振子均水平设置在介质板的上端面上，平衡微带线上贴片沿纵向水平设置在介质板的上端面上，平衡微带线上贴片的一端与第一半圆形振子相接触，平衡微带线上贴片的另一端位于介质板的边缘上，平衡微带线下贴片的一端通过金属化过孔与第二半圆形振子连接，平衡微带线下贴片的另一端位于介质板的边缘上，所述平衡微带线上贴片与平衡微带线下贴片上下对应设置。本发明的超宽带偶极天线用于超宽带无线通信系统中作为发射或接收电磁波的元件。
文档编号H01Q1/50GK102694253SQ201210190699
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者刘家宏, 刘梦芊, 吴迪, 宋新, 林澍, 田雨, 陆加 申请人:哈尔滨工业大学