一种基于特殊周期性结构的指向性辐射天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定向福射天线领域，更具体地，涉及一种基于特殊周期性结构来的定向性福射天线。
【背景技术】
[0002]定向辐射天线中，由于八木天线具有很好的方向性，增益较高。常用来测向、远距离通信，也被专业通讯电台广泛使用，但各种八木天线结构或者准八木天线结构的一个难点就是馈电要实现反相，如何简单实现馈电相位反相功能是一个研究的热点。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的缺陷，提供一种基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，可以简单实现馈电相位反相，从而实现一个准八木天线的定向辐射特性。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种基于特殊周期性结构的指向性福射天线，包括双臂福射单元、引向单元、介质板、周期性地板结构和金属反射地；其中介质板包括介质板顶层、介质板中间层和介质板底层；
所述双臂福射单元、引向单元位于介质板顶层的上表面，引向单元与双臂福射单元之间有间隔且与双臂辐射单元的双臂平行；
所述周期性地板结构包括正面地板结构和反面地板结构，分别位于介质板中间层的上下表面；其中正面地板结构和反面地板结构均由若干个矩形贴片和一条矩形带组成；所述若干个矩形贴片由矩形带相连，矩形贴片间隔式的位于矩形带两侧；所述周期性地板结构位于双臂辐射单元的一臂下方；
所述金属反射地位于介质板底层的下表面。
[0005]上述技术方案中，在双臂辐射单元中一臂下面添加一个周期性地板结构，另外一臂添加一个传统的介质板结构，由于周期性地板结构的相位常数为负值，而传统介质板结构的相位常数为正值，从而可以使得双臂辐射单元的双臂有一个接近180°的相位差，该方式解决了传统准八木天线馈电网络要使用巴伦器的问题。然后通过添加引向单元和金属反射地，实现一个定向辐射特性。
[0006]由于双臂辐射单元其中一臂下方有周期性地板结构，另外一臂下方则是由传统介质板构成，由于能量的耦合作用，导致双臂阻抗不等，而该双臂辐射单元双臂阻抗主要由臂的宽度决定，从而采用了不等宽双臂的设置。故进一步的，所述双臂辐射单元的双臂为等长不等宽的双臂。
[0007]进一步的，所述引向单元与双臂辐射单元之间的间隔为1/4工作波长。
[0008]进一步的，所述介质板为固体介质或为空气介质。
[0009]进一步的，所述正面地板结构和反面地板结构中的矩形贴片尺寸相同，即各个矩形贴片相等；各矩形贴片与矩形带连接的边长度相等；矩形带上，与同侧相邻矩形贴片之间的间隔处对应的另一侧连接有矩形贴片；
所述正面地板结构和反面地板结构中的矩形贴片个数相同；
所述正面地板结构和反面地板结构中的矩形带位置相对且平行，且正面地板结构和反面地板结构之间有间隔；所述正面地板结构和反面地板结构中的矩形贴片呈齿轮式匹配。
[0010]周期性地板结构在介质板的中间层，传统介质结构的传播常数中的相位常数都是正数值，但是在本发明中的特殊周期性地板结构传播下，相位常数是一个负值，该特殊周期性地板结构是由正反两面的相同数量矩形贴片构成，同一个面(正面或反面)的矩形贴片是由一条细长的矩形带连接，矩形片的数量越多，特殊周期性地板结构的工作带宽越宽，当双臂辐射单元的双臂足够长，同时工作频率能在周期性地板结构的工作带宽内，就能让耦合下来的能量激发特殊周期性地板结构的作用，引起电流相位反相，从而使得双臂辐射单元靠近周期性地板结构的一臂的电流相位和另一臂的电流相位有接近180°的相位差。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果为:只需添加一个特殊周期性地板结构，便可实现一个电流相位反相的功能，简化馈电单元的设计，更方便的实现天线的定向福射特性。
【附图说明】
[0012]图1是天线结构的侧视图。
[0013]图2是天线结构的每层分解图。
[0014]图3是周期性地板结构的俯视图。
[0015]图4是本发明天线的俯视图。
[0016]图5是特殊周期性结构的矩形片数量不同情况的Sll仿真图。
[0017]图6是所示是天线的Sll测量结果图。
[0018]图7是所示是天线的xoy面和yoz面方向图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0020]一种基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，包括双臂辐射单元1、引向单元2、介质板3、周期性地板结构4和金属反射地5 ;如图1，其中介质板3包括介质板顶层31、介质板中间层32和介质板底层33 ;(介质板顶层31顶面的长粗线代表双臂辐射单元，短粗线代表引向单元，介质板底层33底面的粗线表示金属反射地；介质板中间层32顶面的粗线表示特殊周期性地板结构的正面，底面的粗线表示特殊周期性地板结构的反面)如图2 (a),所述双臂福射单元1、引向单元2位于介质板顶层31的上表面，引向单元2与双臂福射单元I之间有间隔且与双臂辐射单元的双臂平行，所述引向单元2与双臂辐射单元I之间的间隔为1/4工作波长；
如图2 (b)、图3，所述周期性地板结构4包括正面地板结构41和反面地板结构42，分别位于介质板中间层32的上下表面；其中正面地板结构41和反面地板结构42均由若干个矩形贴片和一条细长的矩形带组成；所述若干个矩形贴片由矩形带相连，矩形贴片的摆放规定如图中的正面地板结构41的摆放，矩形贴片间隔式的位于矩形带两侧；所述周期性地板结构4位于双臂辐射单元I的一臂下方；
所述正面地板结构41和反面地板结构42中的矩形贴片尺寸相同，即各个矩形贴片相等；各矩形贴片与矩形带连接的边长度相等；矩形带上，与同侧相邻矩形贴片之间的间隔处对应的另一侧连接有矩形贴片；
所述正面地板结构41和反面地板结构42中的矩形贴片个数相同；在本实施例中，矩形贴片的个数均为四；
所述正面地板结构41和反面地板结构42中的矩形带位置相对且平行，且正面地板结构41和反面地板结构42之间有间隔；在介质板3为固体介质时，正面地板结构41和反面地板结构42分别位于固体介质的上、下表面，当介质板3为空气介质时，则正面地板结构41和反面地板结构42的相同高度不同，即不在同一平面上；如图中，所述正面地板结构41和反面地板结构42中的矩形贴片呈齿轮式匹配；即正面地板结构41中相邻矩形贴片的间隔处正对着反面地板结构42上的矩形贴片。
[0021]周期性地板结构4是由双面不重合的平行带状线组成，周期性地板结构的数量和尺寸可以根据实际进行改变，正反面的矩形贴片增多，周期性地板结构的工作频率带宽也会增加。
[0022]如图2 (C)，所述金属反射地5位于介质板底层33的下表面。
[0023]在本实施例中，双臂辐射单元I的双臂为等长不等宽的双臂。主要原因是双臂辐射单元I其中一臂下方有特殊周期性地板结构，另外一臂下方则是由传统介质板构成，由于能量的耦合作用，导致双臂阻抗不等，而该辐射单元双臂阻抗主要由臂的宽度决定，从而采用了不等宽双臂的设置。
[0024]如图4所示，是整体天线的俯视图，各单元的位置如图4所示。
[0025]图5是特殊周期性结构的矩形片数量不同情况的Sll仿真图，其中实线表示周期性结构矩形片数量4*4片；长虚线表示周期性结构矩形片数量6*6片；短虚线表示周期性结构矩形片数量10*10片。
[0026]图6所示是天线的Sll测量结果图，由图可以看出，该天线主要在4.6GHz频率范围附近谐振，图7所示是天线在4.6GHz的xoy面和yoz面福射方向图，特殊周期性地板结构在双臂辐射单元的能量激发下，产生了工作，对双臂辐射单元的一臂上的电流进行了反相，这就形成了一个准八木天线的辐射特点，再通过添加引向单元和反射地，使得天线具有一个定向辐射特点。
[0027]以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，其特征在于，包括双臂辐射单元(I)、引向单元(2)、介质板(3)、周期性地板结构(4)和金属反射地(5);其中介质板(3)包括介质板顶层(31)、介质板中间层(32)和介质板底层(33)； 所述双臂辐射单元(I)、引向单元(2)位于介质板顶层(31)的上表面，引向单元(2)与双臂辐射单元(I)之间有间隔且与双臂辐射单元的双臂平行； 所述周期性地板结构(4)包括正面地板结构(41)和反面地板结构(42)，分别位于介质板中间层(32)的上下表面；其中正面地板结构(41)和反面地板结构(42)均由若干个矩形贴片和一条矩形带组成；所述若干个矩形贴片由矩形带相连，矩形贴片间隔式的位于矩形带两侧；所述周期性地板结构(4)位于双臂辐射单元(I)的一臂下方； 所述金属反射地(5)位于介质板底层(33)的下表面。2.根据权利要求1所述的基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，其特征在于，所述双臂辐射单元(I)的双臂为等长不等宽的双臂。3.根据权利要求1所述的基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，其特征在于，所述引向单元(2)与双臂辐射单元(I)之间的间隔为1/4工作波长。4.根据权利要求1所述的基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，其特征在于，所述介质板(3)为固体介质或为空气介质。5.根据权利要求1所述的基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，其特征在于，所述正面地板结构(41)和反面地板结构(42)中的矩形贴片尺寸相同，即各个矩形贴片相等；各矩形贴片与矩形带连接的边长度相等；矩形带上，与同侧相邻矩形贴片之间的间隔处对应的另一侧连接有矩形贴片； 所述正面地板结构(41)和反面地板结构(42)中的矩形贴片个数相同； 所述正面地板结构(41)和反面地板结构(42)中的矩形带位置相对且平行，且正面地板结构(41)和反面地板结构(42)之间有间隔；所述正面地板结构(41)和反面地板结构(42)中的矩形贴片呈齿轮式匹配。
【专利摘要】本发明公开一种基于特殊周期性结构的指向性辐射天线，包括双臂辐射单元、引向单元、介质板、周期性地板结构和金属反射地；介质板包括顶层、中间层和底层；双臂辐射单元、引向单元位于介质板顶层的上表面，引向单元与双臂辐射单元有间隔且与双臂辐射单元的双臂平行；周期性地板结构包括正面、反面地板结构，分别位于介质板中间层的上下表面；正面、反面地板结构均包括矩形贴片和矩形带；矩形贴片由矩形带相连，矩形贴片间隔式的位于矩形带两侧；周期性地板结构位于双臂辐射单元一臂下方；金属反射地位于介质板底层的下表面。本发明只需添加一个周期性地板结构，便可实现一个电流相位反相的功能，简化馈电单元设计，方便的实现天线的定向辐射特性。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q1/36, H01Q1/50
【公开号】CN105048068
【申请号】CN201510359290
【发明人】吴文韬, 李元新, 刘喜瑶, 梁志禧
【申请人】广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院, 中山大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月24日