一种适用于偶极子天线的巴伦的制作方法

本实用新型涉及不平衡-平衡转换的巴伦结构领域，具体涉及一种适用于偶极子天线的巴伦。
背景技术：
：二十世纪七十年代以后，微带天线以其重量轻、体积小、成本低、低剖面和易于共形等优点，引领众多学者深入研究和发展。其中微带偶极子天线,及由其衍生的准八木天线更因结构简单、性能稳定，在探测、通信、广播电视和军事等领域得到广泛应用。偶极子天线、准八木天线等属于差分平衡天线，以不平衡的同轴馈线对其进行馈电时，需要能够实现不平衡-平衡转换的巴伦进行匹配。近年来，随着偶极子天线等平衡电路的需求，各种巴伦应时而生，它们有其特定的应用价值，往往也有相应的缺点。《Chung-HaoTsai,Hung-ChuanChen,andTzong-LinWu,“ANovelCompactBalunUsingaWeaklyCoupledLineWithGroundedResonator,”IEEEMicrowaveandwirelesscomponentsletters,VOL.24,NO.11,pp.762–765,november2014.》公开了利用平行微带线间弱耦合实现的一款小型化宽带巴伦，设计频带内增益稳定，但是结构过于复杂，制作成本较高。《A.M.Sánchez,M.Ribó,L.Pradell,J.AngueraandA.Andújar,“CPWbalunforprintedbalancedantennas,”IEEEElectronicsLetters22ndMay2014Vol.50No.11pp.785–786》公开了通过抑制共面微带线中偶模信号、匹配奇模信号实现的一款共面巴伦，平衡性好，结构简单，但带宽较窄。《SlawomirKoziel,StanislavOgurtsov,W.Zieniutycz,A.Bekasiewicz，“DesignofaPlanarUWBDipoleAntennaWithanIntegratedBalunUsingSurrogate-BasedOptimization,”IEEEAntennasandwirelesspropagationletters,vol.14,pp.366–369,2015.》公开了利用电容耦合的巴伦构造一体化超宽频带偶极子天线，结构简单，但尺寸较大，辐射特性也不太理想。《HualiangZhang,HaoXin,“ADual-BandDipoleAntennaWithIntegrated-Balun,”IEEETransactionsonantennasandpropagation,vol.57,no.3,pp.786–789,March,2009.》是以四端口网络实现的平面巴伦，仿真和测试结果表明该类巴伦在工作频点处插入损耗小，相位特性好，但应用该巴伦构成的偶极子天线平衡性不太理想。技术实现要素：针对以上缺陷，本实用新型提供一种适用于偶极子天线的巴伦，具有结构简单、尺寸小、制作成本低、工作频带宽、转换效果好的特点，采用这种巴伦构成谐振频率为2.45GHz的偶极子天线的仿真和实测回波损耗在2～3GHz内比较吻合、低于-10dB的相对带宽超过25%、2.45GHz处的方向图也符合偶极子天线的辐射特性。本实用新型通过以下技术方案实现：一种适用于偶极子天线的巴伦，包括分别设置于基片正面的第一部和反面的第二部；所述巴伦的第一部包括第一水平部和四条并排的一端连接于第一水平部的竖直部，每条所述竖直部的长度等于天线谐振波长的四分之一；位于外侧的两条竖直部为C微带线，位于中间的两条竖直部为B微带线，所述两条B微带线的另一端之间连接有第二水平部，所述两条B微带线、第一水平部和第二水平部所包围形成的窗口区中设置有A微带线，所述第一水平部和第二水平部在相对外侧分别设置有第一输入端和第一输出端；所述巴伦的第二部包括两条端口线，所述两条端口线的外端分别作为第二输入端和第二输出端，内端分别延伸至窗口区在基片反面的投影区，并分别通过金属过孔与A微带线导通。本实用新型与现有技术相比的优点在于：A微带线和B微带线作为传输电路，依据平行微带线上的电流分布规律，通过与传输电路平行的C微带线来抵消不平衡馈电引起的交叉辐射，实现不平衡-平衡转换；两个输入端和两个输出端异面设置，使天线辐射臂异面设置，有利于缩小天线的尺寸。附图说明图1为本实用新型的巴伦第一部结构示意图。图2为本实用新型的巴伦第二部结构示意图。图3为实施例的天线结构中电流分布图。图4为不采用巴伦的不平衡验证天线结构。图5为采用巴伦与不采用巴伦的两种天线的E面辐射方向图。图6为实施例的天线的回波损耗的仿真和实测图。图7为实施例中的天线在2.45GHz的信号激励时的H面仿真和实测方向图。图8为实施例中的天线在2.45GHz的信号激励时的E面仿真和实测方向图。具体实施方式如图1和图2所示的虚线矩形框中是一种适用于偶极子天线的巴伦，包括分别设置于相对介电常数的FR4基片1正面的第一部和反面的第二部，所述巴伦2的第一部包括第一水平部3和四条并排的一端连接于第一水平部的竖直部，每条所述竖直部的长度等于天线谐振波长的四分之一；位于外侧的两条竖直部为C微带线4，位于中间的两条竖直部为B微带线5，所述两条B微带线5的另一端之间连接有第二水平部7，所述两条B微带线5、第一水平部3和第二水平部7所包围形成的窗口区11中设置有A微带线6，所述第一水平部3和第二水平部7在相对外侧分别设置有第一输入端和第一输出端；所述巴伦的第二部包括两条端口线9，所述两条端口线9的外端分别作为第二输入端和第二输出端，内端分别延伸至窗口区11在基片1反面的投影区12，并分别通过半径为1mm的金属过孔8与A微带线6导通。图1中各结构参数为（单位：mm）：L1W1L2W2L3W3L4W4g21.5221362.2120.3如图1所示，A微带线6、B微带线5和C微带线4之间的间隙很小，较强的耦合令A微带线6上电流I1对称分布在靠近缝隙的两侧，B微带线5内侧分布有与A微带线6上电流I1等值反向电流I2；B微带线5和C微带线4长度相等，且等于天线谐振波长四分之一，失配电流I3将在B微带线5和C微带线4之间的间隙两侧等值反向分布，实现平衡-不平衡匹配。以商用电磁仿真软件HFSS对图1和图2所示由巴伦构建的偶极子天线进行仿真，激励信号频率为2.45GHz时，天线结构中的电流分布如3所示，天线两条辐射臂10上电流方向一致，大小基本相等；A微带线6两侧的电流与隔着缝隙紧邻的B微带线5内侧电流大小基本相等，方向相反；B微带线5外侧与隔着缝隙紧邻的C微带线4内侧电流大小基本相等，方向相反，可见仿真中的电流分布情况与理论分析一致。为验证巴伦的转换效果，构建如图4所示的不平衡验证天线结构，再在不平衡验证天线中插入本实施例的巴伦，分别对采用巴伦和不采用巴伦的两种天线进行仿真，得到如图5所示的两种天线的E面辐射方向图；从图5可见，不采用巴伦的不平衡验证天线的E面辐射方向偏离理论方向30°左右，在插入巴伦后，E面辐射方向偏离得到有效纠正，与理论方向基本一致，验证了本实施例的巴伦的有效性。在3m×5m×3m微波暗室中，用矢量网络分析仪AgilentN5245A对图1和图2所示由巴伦构建的偶极子天线的回波损耗（S11）和辐射方向图进行测试。在2～3GHz频带内天线回波损耗（S11）仿真和实测结果如图6所示，在2～3GHz频带内回波损耗（S11）仿真和实测曲线比较吻合，实测回波损耗（S11）在2.14～2.81GHz频带内低于-10dB，仿真回波损耗（S11）在2.17～2.80GHz频带内低于-10dB。以S11低于-10dB为工程应用标准时，实测和仿真回波损耗（S11）相对带宽均大于25%，可以将该巴伦定性为宽带巴伦。在以2.45GHz的设计工作频率为激励信号频率时，仿真和实测方向图如图7和图8所示；在图7中，实测与仿真方向图都反映了偶极子天线在H面全向的辐射特点，实测与仿真方向图前向吻合较好，后向存在1.6dBd的不圆度误差；在图8中，E面仿真与实测方向图均为前后向幅值大，两侧幅值小，符合偶极子天线E面的辐射特点，与H面方向图一致，两曲线的前向吻合较好，后向实测值均比仿真值小1.6dB，实测后瓣偏离理论方向20°左右，这些误差主要由天线实物与仿真模型的参数误差、测试暗室不满足远场条件及固定天线的支架和SIM连接头等引起的寄生辐射等因素造成。当前第1页1 2 3