一种超宽带全向单极子天线的制作方法
【专利摘要】本发明属于天线技术领域，具体涉及一种超宽带全向单极子天线，包括地板、单极子金属片、馈源、介质基板，底板、馈源和单极子金属片均位于介质基板的同侧表面上，介质基板的另一侧无金属，地板上设有一块镂空区域，单极子金属片位于该镂空区域内，且单极子金属片的边缘与地板之间设有间隙，使单极子金属片与地板断连，馈源位于该间隙内，馈源一端连接地板，另一端连接单极子金属片。本发明不但能提高宽带带宽，而且还能保证在整个频带内都具有类半波偶极子的方向图，解决了高频点方向图的畸变以及最大增益指向上翘的问题。另外，该天线方案结构简单、加工方便，便于与系统的其它部件集成，还可以通过适当的优化尺寸扩展至其它频带。
【专利说明】
一种超宽带全向单极子天线
技术领域
[0001]本发明属于天线技术领域，具体涉及一种超宽带全向单极子天线。
【背景技术】
[0002]2002年，根据FCC的新规定，相对带宽超过20%或者绝对带宽大于500MHz的天线可以称为UWB天线。超宽带天线在军用和民用领域的应用越来越广泛，同时对天线的尺寸、夕卜观、带宽和辐射方向图要求也越来越严格。
[0003]常规的超宽带天线主要包括双锥/盘锥天线、对数周期天线、喇叭天线等，它们都具有很宽的工作频带，但是它们结构多为立体结构，很难与系统直接集成。因此印制天线受到人们的青睐，它具有结构简单，体积小，易加工，易与系统集成等优点。虽然印制单极子天线具有宽频带，小尺寸等优点，但是传统的单极子天线在高频点处的辐射方向图会发生严重畸变，天线最大增益的指向上翘，使得天线在H面内的增益大幅下降，弱化了天线的性能，如在专利《宽频多频单极子天线》(申请公布号:CN 102110878 A)和专利《一种基于L型寄生条带的紧凑型超宽带天线》(申请公布号:CN 104103897 A)中，虽然在H面的不圆度较好，由于高频点的最大增益指向上翘，导致了 H面增益的下降。因此，研究设计具有超宽带，全频带内具有类半波偶极子辐射方向图的印制单极子天线变得十分有意义。
【发明内容】
[0004]本发明的所要解决的技术问题在于提供一种改进的超宽带全向印刷单极子天线，不但能提供超宽带带宽，而且还能解决高频点方向图的畸变以及最大增益指向上翘的问题。
[0005]本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的:
[0006]—种超宽带全向单极子天线，包括地板、单极子金属片、馈源、介质基板，所述底板、馈源和单极子金属片均位于介质基板的同侧表面上，介质基板的另一侧无金属，所述地板上设有一块镂空区域，所述单极子金属片位于该镂空区域内，且单极子金属片的边缘与地板之间设有间隙，使单极子金属片与地板断连，所述馈源位于该间隙内，馈源一端连接地板，另一端连接单极子金属片。
[0007]优选的，所述镂空区域的一端延伸至地板的边缘，并在该边缘处形成敞口。
[0008]优选的，所述单极子金属片的一边即位于镂空区域敞口端的一边与地板的该侧边缘平齐。
[0009]优选的，所述底板为C形，所述单极子金属片位于C形地板中部的空白区域内。
[0010]优选的，所述单极子金属片的形状为矩形金属片、椭圆金属片或三角金属片。
[0011]优选的，所述介质基板为FR4材质，其相对介电常数为4.4，损耗正切角为0.024。
[0012]优选的，所述介质基板的长度为0.3Arnax毫米，宽度为0.064Amax毫米，其中Amax为天线的最大工作波长。
[0013]优选的，所述介质基板的长度为400mm，宽度为85mm，厚度为0.8mm。
[0014]优选的，所述镂空部和单极子金属片均为矩形结构，且两者位于地板长度方向的中部，单极子金属片的长度为70_，宽度为79.5mm;单极子金属片上下两端与地板之间的间隙宽度为1_，单极子金属片左侧与地板之间的间隙宽度为0.5_。
[0015]优选的，所述馈源位于单极子金属片上端与地板之间的间隙中，所述馈源到镂空部敞口端的距离为20mm。
[0016]本发明的优点在于:本发明不但能提供约4倍频程的超宽带带宽，而且还能保证在整个频带内都具有类半波偶极子的方向图，解决了高频点方向图的畸变以及最大增益指向上翘的问题。另外，该天线方案结构简单、加工方便，便于与系统的其它部件集成，还可以通过适当的优化尺寸扩展至其它频带。
【附图说明】
[0017]图1为本发明整体结构示意图；
[0018]图2为本发明正面结构示意图；
[0019]图3为本发明侧面结构示意图；
[0020]图4为本发明仿真驻波曲线图；
[0021]图5为本发明在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz频点的H面的仿真辐射方向图；
[0022]图6为本发明在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz频点的E面的仿真辐射方向图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明进行详细的描述。
[0024]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0025]参见图1-3所示，一种超宽带全向印制单极子天线，其组成包括:C形地板1，单极子金属片2，馈源3，介质基板4。所述C形地板1、单极子金属片2和馈源3均位于介质基板4的第一表面。所述介质基板4的第二表面无金属。所述单极子金属片2内嵌于C形地板1，且每个方向均与C形地板I有间隙，确保C形地板与单极子金属片(2)这两块金属片不相互接触。所述馈源3作为信号的输入端口，为天线提供馈电，馈源3—端连接C形地板1，另一端连接单极子金属片2，确保有效馈电。
[0026]所述介质基板4作为天线载体，其尺寸为0.3Amax X0.064Amax(LXff)，其中Amax为天线的最大工作波长。本实例中介质基板4为FR4材质，其相对介电常数为4.4，损耗正切角为0.024，其尺寸为(LI XWl XH)。
[0027]所述C形地板I不仅作为单极子金属片2的地，而且也作为一辐射体参与辐射。另外，C形地板I相比于矩形地板的优势是可以等效增加地板的长度，缩小整体尺寸，实现小型化。
[0028]所述单极子金属片2内嵌于C形地板I，且每个方向与C形地板I均有间隙，确保单极子金属片2与C形地板I之间均未相互接触。内嵌于C形地板的单极子金属片2相对于地板的位置会影响该天线在高频点的辐射方向图，优化其相对位子可以使得该天线在整个频带内都具有类半波偶极子的辐射方向图，确保了在方向图在H面内具有全向性，同时可以解决高频点辐射方向图的畸变以及最大增益指向上翘的问题。
[0029]另外，单极子金属片2的尺寸及单极子金属片2与C形地板I之间的间隙会影响天线的阻抗匹配，因此可以优化这些参数，以此来获得较宽的阻抗匹配带宽。单极子金属片2与C形地板I的具体尺寸参见图2，本实例中:LI = 400mm，L2 = 400mm，L3 = L4 = 165mm, ff I = 85mm，W2 = 80mm, Gap I =Gap2 = lmm,Gap3 = 0.5mm。
[0030]所述馈源3作为信号的输入端口，为天线提供馈电。馈源3离C形开口的距离为W3，该参数也会影响天线的阻抗匹配带宽。因此，馈源3离C形开口的距离(W3)要根据具体情况优化。本实例中:W3 = 20mm。
[0031]图4为该天线的驻波曲线，从图4可知该天线驻波小于3的阻抗带宽达到约4个倍频程(225MHz?890MHz)。
[0032]图5，图6分别为该天线在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz频点的H面和E面的辐射方向图。从图5中可知该天线在H面内实现了全向性，并且获得的辐射方向图较稳定。从图6中可知该天线的最大增益指向未上翘，这可以保证在该天线在H面内可以获得高增益。
[0033]因此，该天线结构简单，尺寸小，易于集成，在整个频带内都具有类半波偶极子的辐射方向图，不仅保证了该天线的辐射方向图在H面内具有全向性，而且解决了高频点辐射方向图的畸变以及最大增益指向上翘的问题。
[0034]以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超宽带全向单极子天线，包括地板、单极子金属片、馈源、介质基板，其特征在于:所述底板、馈源和单极子金属片均位于介质基板的同侧表面上，介质基板的另一侧无金属，所述地板上设有一块镂空区域，所述单极子金属片位于该镂空区域内，且单极子金属片的边缘与地板之间设有间隙，使单极子金属片与地板断连，所述馈源位于该间隙内，馈源一端连接地板，另一端连接单极子金属片。2.根据权利要求1所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述镂空区域的一端延伸至地板的边缘，并在该边缘处形成敞口。3.根据权利要求2所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述单极子金属片的一边即位于镂空区域敞口端的一边与地板的该侧边缘平齐。4.根据权利要求2所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述底板为C形，所述单极子金属片位于C形地板中部的空白区域内。5.根据权利要求2所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述单极子金属片的形状为矩形金属片、椭圆金属片或三角金属片。6.根据权利要求1所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述介质基板为FR4材质，其相对介电常数为4.4，损耗正切角为0.024。7.根据权利要求4所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述介质基板的长度为0.3Amax毫米，宽度为0.064Amax毫米，其中Amax为天线的最大工作波长。8.根据权利要求7所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述介质基板的长度为400mm，宽度为85mm，厚度为0.8_。9.根据权利要求8所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述镂空部和单极子金属片均为矩形结构，且两者位于地板长度方向的中部，单极子金属片的长度为70mm，宽度为79.5_;单极子金属片上下两端与地板之间的间隙宽度为1_，单极子金属片左侧与地板之间的间隙宽度为0.5mm。10.根据权利要求8所述的超宽带全向单极子天线，其特征在于:所述馈源位于单极子金属片上端与地板之间的间隙中，所述馈源到镂空部敞口端的距离为20mm。
【文档编号】H01Q1/48GK105870633SQ201610388236
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】强云飞, 汪伟, 郭琳, 方佳, 金谋平
【申请人】中国电子科技集团公司第三十八研究所