一种小型化宽带全向天线的制作方法

本实用新型涉及一种小型化宽带全向天线，属于天线技术领域。

背景技术：

全向天线是指在水平面内实现360°均匀辐射，高增益的全向天线可提高信号覆盖范围，广泛应用于广播电视、卫星通信、移动通信、雷达传感器网络等领域。宽带天线可以应用于不同的通信频段，从而减少设备的天线数目，缩小设备尺寸。因此，全向高增益宽带天线的研究具有很强的现实意义和工程价值。

随着无线通信技术的高速发展，在通信基站等多类系统中，全向天线得到了越来越广泛的应用，对全向天线性能要求也日益提高，如要求全向天线的带宽宽、体积小、不圆度低、增益高、副瓣小、辐射主瓣方向稳定等。微带天线具有加工方便和价格低廉的优势，成为全向天线设计的新潮流。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种小型化、低剖面、宽频带、馈电简单的宽带全向天线，该天线工作于C频段，具有良好的阻抗匹配特性,驻波比小于2的阻抗带宽为4.2GHz，中心频点5.4GHz处的天线增益高达3.55dB，且具有良好的水平全向辐射特性，全向辐射面的方向图不圆度为3.7dB。可广泛应用于广播电视、卫星通信、移动通信、雷达传感器网络等领域。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种小型化宽带全向天线，包括介质板、金属接地板和金属微带馈线，所述金属接地板和金属微带馈线分别印制在介质板的正反面，所述金属微带馈线包括由上到下依次首尾连接的圆形贴片、槽型贴片、梯形贴片和矩形贴片并形成棒棒糖状；所述金属接地板包括由上到下依次首尾连接的第一矩形贴片、半椭圆型贴片和第二矩形贴片并形成瓶子状，所述第二矩形贴片的底边和矩形贴片的底边均与所述介质板的底边平齐，所述金属微带馈线的长度大于所述金属接地板的长度。

所述金属接地板和金属微带馈线均为左右向居中设置。

所述介质板长度L为30mm，介质板宽度W为30mm，介质板厚度为0.813mm。

所述金属接地板和金属微带馈线的材质均为铜皮。

所述铜皮厚度均为36um。

所述圆形贴片的直径D为12mm；所述槽型贴片为矩形槽贴片，所述矩形槽贴片的边框宽度d为0.7mm，内框宽度W2为3.4mm，外框长度L3为2mm；梯形贴片上底i为1.1mm，下底W1为1.75mm，高L2为9.8mm；矩形贴片的长度L1为3.4mm，矩形贴片的宽度W1为1.75mm。

所述金属接地板的长度L6为13mm，宽度为30mm；第一矩形贴片的长度L5为2.5mm、宽度W3为16mm；半椭圆型贴片的长轴为30mm，短轴与长轴之比为0.45；第二矩形贴片的长度L4为5mm、宽度为30mm。

该小型化宽带全向天线在30mm×30mm×0.813mm的Rogers 4003C基板（即罗杰斯高频板）上实现，整个结构简单，制作方便，成本低。设计过程中使用了HFSS电磁仿真软件对全向天线的驻波比、增益和不圆度比进行仿真，经过一些列电磁参数优化之后确定各个电磁参数的尺寸。然后，使用Altium Designer软件进行该天线的PCB版图的绘制，并加工实物。最后，使用Aglient E8361-000009型矢量网络分析仪测试驻波比，在微波暗室里测量天线的方向图，从而求出中心频率处的增益和全向辐射面的方向图不圆度。结果表明：经过仿真设计时准确的匹配和实物加工后的微调，该全向天线驻波比小于2的阻抗带宽为4.2GHz，中心频点5.4GHz处的天线增益高达3.55dB，全向辐射面的方向图不圆度为3.7dB。

为了实现全向天线的小型化、低剖面、宽频带、馈电简单的特点，本实用新型提出了一种小型化宽带全向天线，并对提出的全向天线进行优化设计、实物加工。测试结果表明：该天线工作于C频段，具有良好的阻抗匹配特性，驻波比小于2的阻抗带宽为4.2GHz，中心频点5.4GHz处的天线增益高达3.55dB，且具有良好的水平全向辐射特性，全向辐射面的方向图不圆度为3.7dB。可广泛应用于广播电视、卫星通信、移动通信、雷达传感器网络等领域。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本实用新型驻波比仿真结果示意图；

图4为本实用新型方向图仿真结果示意图；

图5为本实用新型驻波比实测结果示意图；

图6为本实用新型方向图实测结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1~图2所示，一种小型化宽带全向天线是一种介质基板双面印刷天线，主要由介质板1、金属接地板2和金属微带馈线3三部分组成。金属接地板2和金属微带馈线3分别印制在介质板1的两侧。正面的金属微带馈线3由圆形贴片4、矩形贴片7、梯形贴片6和槽型贴片5构成，背面的金属接地板2主要由第一矩形贴片8、第二矩形贴片10和半椭圆型贴片9构成。

介质板1长度L为30mm，介质板1宽度W为30mm，介质板1厚度为0.813mm，金属接地板2和金属微带馈线3的铜皮厚度均为36um。

在金属微带馈线3中，圆形贴片4的直径D为12mm，矩形贴片7的长度L1为3.4mm，矩形贴片7的宽度W1为1.75mm；梯形贴片6其上底i为1.1mm，下底W1为1.75mm，高L2为9.8mm；槽型贴片5的边框宽度d为0.7mm，内框长度W2为3.4mm，外框宽度L3为2mm。

在金属接地板2中，金属接地板2的长度L6为13mm，宽度为30mm；第一矩形贴片8的长度L5为2.5mm、宽度W3为16mm，第二矩形贴片10的长度L4为5mm、宽度为30mm，半椭圆型贴片9的长轴为30mm，短轴与长轴之比为0.45。

根据天线带宽、驻波、增益和不圆度的设计要求，基于HFSS电磁仿真软件对微带馈线长度、阻抗过渡段、矩形贴片及圆形贴片和槽型贴片的各参数进行优化设计，最后确定整个天线结构。

如图3所示，基于HFSS电磁仿真软件对该全向天线在3-8GHz的驻波比进行仿真，由驻波比仿真结果示意图可知，3.4-7.45GHz频率范围内驻波比小于2，则驻波比小于2的阻抗带宽BW=(5.4-3.4)×2=4GHz。

如图4所示，该全向天线的全向辐射面为xoz面，基于HFSS电磁仿真软件对该全向天线在5.4GHz的方向图进行仿真，由方向图仿真结果示意图可知，在全向辐射面内，中心频点5.4GHz频点处的最大辐射功率为3.74dBm，最小辐射功率为0.44dBm，则该天线在5.4GHz的增益Gain=3.74dB，方向图的不圆度YD=3.74-0.44=3.3dB。

如图5所示，平面全向天线的设计和仿真完成后，将该平面全向天线在30mm×30mm×0.813mm的Rogers 4003C基板上加工实现。射频信号通过一个标准的SMA接头输出。使用矢量网络分析仪对天线的驻波比进行测量，实测结果表明：在3.30-7.60GHz范围内驻波比小于2，则驻波比小于2的带宽 BW=(5.4-3.3)×2=4.2GHz，实测结果与仿真结果基本吻合。

如图6所示，在微波暗室中测量天线在全向辐射面xoz面内的方向图。由方向图实测结果示意图可知，在全向辐射面内，中心频点5.4GHz频点处的最大辐射功率为3.55dBm，最小辐射功率为-0.15dBm，则该天线在5.4GHz的增益Gain=3.55dB，方向图的不圆度YD=3.55-(-0.15)=3.7dB。由于无法达到0.01mm的加工精度，所以实测结果相对仿真结果略有差异，但是实测结果与仿真结果基本吻合。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。