一种细直天线与领结形天线组合的带外耦合天线的制作方法

文档序号:10728248
一种细直天线与领结形天线组合的带外耦合天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种细直天线与领结形天线组合的带外耦合天线,其由介质板(1)、以及采用覆铜工艺制作在介质板(1)的上面板(1A)的AA辐射元(2)、BA辐射元(3)、A馈线(4)和B馈线(5);以及采用覆铜工艺制作在介质板(1)的下面板(1B)的AB辐射元(8)、BB辐射元(9)、C馈线(6)和D馈线(7);以及连接在AA辐射元(2)上的A电感(10A)、B电感(10B);以及连接在AB辐射元(8)上的C电感(10C)、D电感(10D)构成。本发明组合式带外耦合天线能够抑制辐射元之间的互耦合,提高天线的隔离度。
【专利说明】
-种细直天线与领结形天线组合的带外輔合天线
技术领域
[0001] 本发明设及一种带外禪合抑制天线,更特别地说,是指一种将细直天线与领结形 天线进行复合的组合天线。
【背景技术】
[0002] 目前,领结天线因其能很好的兼顾瞬时带宽、信号保形W及有效福射等方面的性 能,在窄脉冲信号福射的天线上有很广泛的应用。而且由于它制作起来很容易且轻便,在其 他一些领域也有重要的应用。随着科学技术的迅速发展和宽带通信设备的普及,天线的宽 频带技术也在不断地发展。随着频率的提高,波长变短,四分之一波长的天线所具有的经济 优势逐渐显现,人们对天线宽带的要求也逐渐提高。带宽的方法W及基于计算机技术的优 化方法,都取得了非常好的性能。随着宽带天线的广泛研究,其技术也日趋成熟。但天线宽 频带和小型化仍然是具有传统性的发展趋势,人们希望在实现宽频带和小型化的同时,方 向图的稳定性和高增益等其他方面的要求也提高了,从而更加有效地提高通信质量和抗干 扰能力等。
[0003] 随着宽带天线的研究成为热点,它的带外禪合问题也逐渐凸显出来,天线分析方 法主要有解析法和数值法。解析法包括分离变量法、正交函数展开法、镜像法、格林函数法 等,它们具有明确的物理图景,能得出精确解,但只能求解比较简单的问题;数值法包括差 分法、时域有限差分法(FDTD)、矩量法(MOM)、有限元法(FEM)等,运类方法不但能解决复杂 形状求解域的电磁问题,而且计算速度快,适用范围广,能对工程问题给出足够精确的解, 但是却不能从物理机理上对研究对象进行解释,因此不适合于根据特定需求来进行天线设 计。
[0004] 建立在矩量法基础之上的特征模理论可W将导体表面的谐振状态分解为一族特 征模,它们对应的特征电流在源区正交、其特征场在无穷远球面上正交。特征模只与天线的 结构、尺寸和工作频率有关,而不被馈电位置与方式所限制。因此特征模理论用于天线的分 析和设计时,通常比传统的设计公式或纯数值方法更具优越性。由于每一阶的特征模都独 立于外来激励,它们是导体表面的特有性质,只与导体的形状与大小有关。因此使用特征模 设计天线的过程可W被分为两步,一是确定福射单元的形状与大小,运是为了设计天线使 之满足预期的福射性质和工作频率的;二是选择合适的激励配置W使得所想要的模式受到 激励,只有受到合适的激励时,所需要的若干特征模式才会得到激励,W满足设计需求。特 征模方法兼顾了解析法和矩量法的优点。它既克服了解析法的缺点,可W用于计算任意曲 面形状的边界值问题;又克服了传统数值方法的缺点,它具有鲜明的物理概念,便于理解、 掌握和运用。
[0005] 对于宽带天线,在利用特征模分析对领结天线进行加载抑制时,由于领结天线的 电流分布在整个天线上,无法通过在某一位置加载而达到改变电流分布,也就无法抑制其 非工作模式,因此常规的方法也就失效了。

【发明内容】

[0006] 为了抑制工作频带不重合的天线之间的电磁禪合问题,本发明设计了一种细直天 线与领结形天线组合的带外禪合天线。该天线通过在领结形天线的福射元上加载电感,提 高了细直天线与领结形天线的隔离度,抑制了细直天线与领结形天线之间的带外禪合。
[0007] 本发明设计了一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其带外禪合天线 由介质板(1)、AA福射元(2)、AB福射元(8)、BA福射元(3)、BB福射元(9)、A馈线(4)、B馈线 (5)、(:馈线(6)、0馈线(7)和电感(104、108、10〔、100)构成;
[0008] 其中,AA福射元(2)与AB福射元(8)的结构相同,且构成领结型天线;
[0009] 其中,BA福射元(3)与BB福射元(9)的结构相同,且构成细直型天线;
[0010] 其中,AA福射元(2)、BA福射元(3)、A馈线(4)和B馈线(5)采用覆铜工艺制作在介质 板(1)的上面板(1A)上;覆铜厚度为0.018~0.035mm;
[0011] 其中,AB福射元(8)、BB福射元(9)、C馈线(6)和D馈线(7)采用覆铜工艺制作在介质 板(1)的下面板(1B)上;覆铜厚度为0.018~0.035mm;
[0012] 所述AA福射元(2)上切割加工有A隔离槽(2A),该A隔离槽(2A)是没有覆铜层的;所 述A隔离槽(2A)的两端分别安装有A电感(10A)、B电感(10B);
[0013] 所述AB福射元(8)上切割加工有B隔离槽(8A),该B隔离槽(8A)是没有覆铜层的;所 述B隔离槽(8A)的两端分别安装有C电感(10C)、D电感(10D)。
[0014] 在本发明中,隔离槽需要开设在福射元的上底边与下底边间距的四分之=处。对 于本发明带外禪合天线的结构是W波长为50mm~5000mm来限制尺寸约束的。
[0015] 本发明细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线的优点在于:
[0016] ①本发明通过在领结形天线的福射元的适当位置上加载电感,能够改善两种天线 间的隔离度,使得互禪得到有效抑制。
[0017] ②本发明带外禪合天线是将细直天线与领结形天线进行组合,能够获得比较宽的 工作频带,应用范围更广。
[0018] ③本发明在领结型天线上制作存在间隙(隔离槽)的覆铜层,解决了电流加载时不 通过所加载的电感的问题。
[0019] ④为了调整组合天线的抑制频率,可W通过更改天线尺寸来实现,且制作简单。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的一种利用电感加载抑制带外禪合的宽带领结形天线的上面板结构 图。
[0021] 图IA是本发明的一种利用电感加载抑制带外禪合的宽带领结形天线的下面板结 构图。
[0022] 图2是本发明福射元部分的正视图。
[0023 ]图2A是本发明福射元部分正视的图片。
[0024] 图2B是本发明福射元部分中上部分福射元的尺寸标记示意图。
[0025] 图2C是本发明福射元部分中下部分福射元的尺寸标记示意图。
[0026] 图3A是实施例1尺寸天线的Sll参数图。
[0027]图3B是实施例1尺寸天线的S12参数图。
[00%]图3C是实施例1尺寸天线的S22参数图。
[0029] 图4A是实施例1尺寸天线的E面方向图。
[0030] 图4B是实施例1尺寸天线的H面方向图。
[0031] 图5是实施例1尺寸天线的加载不同电感值的S12参数图。
[0032] 图6是本发明另一种福射元部分的正视图。 r00331

【具体实施方式】
[0034] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0035] 参见图1、图IA所示,本发明设计了一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天 线,该带外禪合天线由介质板1、AA福射元2、AB福射元8、BA福射元3、BB福射元9、A馈线4、B馈 线5、C馈线6、D馈线7、A电感10A、B电感10B、C电感IOC和D电感IOD构成。AA福射元2与AB福射 元8的结构相同,且构成领结型天线(如图2、图2A所示KBA福射元3与BB福射元9的结构相 同,且构成细直型天线(如图2、图2A所示)。
[0036] 本发明设计的细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线的馈电方式为侧馈。
[0037] 在本发明中,电感选用日本村田公司生产的LQW18AN_00系列的电感,电感值为 2.2址~120址。
[0038] 其中,AA福射元2、BA福射元3、A馈线4和B馈线5采用覆铜工艺制作在介质板1的上 面板IA上。覆铜厚度为0.018~0.035mm。
[0039] 其中,AB福射元8、BB福射元9、C馈线6和D馈线7采用覆铜工艺制作在介质板1的下 面板IB上。覆铜厚度为0.018~0.035mm。
[0040] 在本发明中,采用覆铜工艺制作的AA福射元2可W是梯形形状,更特别的形状是等 腰梯形。AA福射元2上切割加工有A隔离槽2A,该A隔离槽2A是没有覆铜层的。所述A隔离槽2A 的两端分别安装有A电感10A、B电感IOB(如图1所示)。所述的A隔离槽2A开设在AA福射元2的 上底边与下底边间距的四分之=处,目[
,b2切表示AA福射元2的上底边到A隔离槽 2A的距离(简称为A隔离槽2A的切割位置),b2表示AA福射元2的上底边与下底边间距。
[0041] 在本发明中,采用覆铜工艺制作的AB福射元8可W是梯形形状,更特别的形状是等 腰梯形。AB福射元8上切割加工有B隔离槽8A,该B隔离槽8A是没有覆铜层的。所述B隔离槽8A 的两端分别安装有C电感10C、D电感IOD(如图IA所示)。所述的B隔离槽8A开设在AB福射元8 的上底边与下底边间距的四分之S处,即
,b蝴表示AB福射元8的上底边到B隔离 槽8A的距离(简称为B隔离槽8A的切割位置),bs表示AB福射元8的上底边与下底边间距。
[0042] 参见图1所示,介质板1的长记为ai、介质板1的宽记为bi、介质板1的厚度一般为0.5 ~1.5mm。
[0043] 参见图2B所示,AA福射元2的下底边长记为曰2下、AA福射元2的上底边长记为曰2上、AA 福射元2的上底边与下底边间距记为b2、AA福射元2上的A隔离槽2A的宽记为a姻,A隔离槽2A 的切割位置记为b彻。
[0044] 参见图2B所示,BA福射元3的长记为曰3、BA福射元3的宽记为b3。
[0045] 参见图2B所示,A馈线4的长记为a4、A馈线4的宽记为b4。
[0046] 参见图2B所示,B馈线5的长记为a日、B馈线5的宽记为b日。A馈线4与B馈线5相对间距 记为b4-5。
[0047] 参见图2B所示,AB福射元8的下底边长记为a吓、AB福射元8的上底边长记为a化、AB 福射元8的上底边与下底边间距记为bs、AB福射元8上的B隔离槽8A的宽记为a觸,B隔离槽8A 的切割位置记为b彻。
[004引参见图2B所示,BB福射元9的长记为曰9、BB福射元9的宽记为b9。
[0049] 参见图2B所示,C馈线6的长记为as、C馈线6的上底边宽记为b6上、C馈线6的下底边宽 记为b吓。
[0050] 参见图2B所示,D馈线7的长记为a?、D馈线7的上底边宽记为b7上、D馈线7的下底边宽 记为brfDC馈线6与D馈线7的相对间距记为b6-7。
[0051 ]覆铜构形的尺寸约束:
[0052] 在本发明中,考虑到天线实际应用场景,W波长A为50mm~5000mm作为天线约束尺 寸设计:
[0053] ai= (0.8 ~1.5)人、bi= (0.4 ~0.8)入;
[0054] a化=a化=(0.005 ~0.01)A、a巧=a吓=1.15b2、b2 = bs= (0.1 ~0.2)A、a姻=a網= (0.005~0.01)入
[0055] 日3二朋=(0.005 ~0.01)人、b3 = b9=(0.2 ~0.3)入;
[0056] 日4=£15 =日6 =日7=(0.25 ~0.5)入;
[0057] b4=bs = b 让=b 让=0.0075入;
[0化引 b?下=b巧=0.03入;
[0059] b4-5 = b6-7=(0.3 ~0.5)入。
[0060] 实施例1
[0061 ]采用覆铜工艺制作福射元、馈线的覆铜厚度为0.0035cm,实施例1中介质板的尺寸 为:ai= 175畑1、131 = 82畑1、介质板的高度为0.08畑1。
[0062] 实施例 1 中细直天线的尺寸为:日3 =日9二 Icm、b3 = b9 = 43cm、a5 = a7 = 50cm、b5 = b& =1.5cm、b7T=6cmD
[0063] 实施例1中领结形天线(AA福射元2与AB福射元8为等腰梯形覆铜构形)的尺寸为: a4=a6 = 50cm、b4=b6_L=1.5cm、b6f=6cm、a2_L=a8_L=lcm、a2~F=a8f=35.6cm、b2 = b8 = 31cm、 a姻=a網=2cm、A隔离槽2A的切割位置在b2的四分之S处(即23.25畑1),8隔离槽84的切割位 置在bs的四分之S处(即23.化cm)。
[0064] 对实施例1采用S参数进行性能评价:图中虚线表示传统天线(未在AA福射元2、AB 福射元8上加载电感),实线表示设计的实施例1天线。
[0065] 参见图3A所示,Sll参数表示领结型天线的工作性能,在电感加载前后其在工作频 率140MHz处的性能基本不变。
[0066] 参见图3B所示,本发明使用S12评价电感加载前后领结型天线与细直型天线之间 的隔离度,如图3B所示,在工作频率280MHz处的禪合度传统天线为一19地。而实施例1天线 降低到一30地,下降了11地。禪合度S12在频率290MHz时被抑制了且超过20地。
[0067] 参见图3C所示,S22参数表示细直型天线的工作性能,在电感加载前后其在工作频 率280MHz处的性能基本不变。
[0068] 对实施例1采用方向图进行电感加载前后性能评价:图中虚线表示传统天线,实线 表示设计的实施例1天线。从图4A的E面方向图中可W看出,工作频率为140MHz时,E面天线 福射性能不受影响。从图4B的H面方向图中可W看出,工作频率为140MHz时,H面天线福射性 能不受影响。
[0069] 本发明实施例1天线在工作频率为280M化时的S12值随电感加载值的变化曲线如 图5所示,在电感值为74nH处互禪明显地被抑制了,且S12为最优。
[0070] 实施例2
[0071] 采用覆铜工艺制作福射元、馈线的覆铜厚度为0.0035cm,实施例2与实施例1的结 构尺寸是相同的,唯一不同的是领结型天线的梯形结构不同,即AC福射元20与AD福射元80 的梯形形状一边上直角边、一边的斜边(如图6所示)。
[0072] 对实施例2采用S参数进行性能评价:图中虚线表示传统天线(未在AC福射元20与 AD福射元80上加载电感),实线表示设计的实施例2天线。
[0073] 本发明使用Sll参数表示领结型天线的工作性能,在电感加载前后其在工作频率 200MHz处的性能基本不变。
[0074] 本发明使用S12评价电感加载前后领结型天线与细直型天线之间的隔离度,在工 作频率280MHz处的禪合度传统天线为一12地。而实施例2天线降低到一20地,下降了 8地。
[0075] 本发明使用S22参数表示细直型天线的工作性能,在电感加载前后其在工作频率 280MHz处的性能基本不变。
[0076] 对实施例2采用方向图进行电感加载前后性能评价:图中虚线表示传统天线,实线 表示设计的实施例2天线。从E面方向图、H面方向图中可W看出,工作频率为200MHz时,福射 性能不受影响。
[0077] 本发明实施例2天线在电感值为68nH处互禪明显地被抑制了,且S12为最优。
【主权项】
1. 一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在于:带外禪合天线由介 质板(1)、AA福射元(2)、AB福射元(8)、BA福射元(3)、BB福射元(9)、A馈线(4)、B馈线(5)、C馈 线(6)、D 馈线(7)和电感(104、108、10(:、100)构成; 其中,AA福射元(2)与AB福射元(8)的结构相同,且构成领结型天线; 其中,BA福射元(3)与BB福射元(9)的结构相同,且构成细直型天线; 其中,AA福射元(2)、BA福射元(3)、A馈线(4)和B馈线(5)采用覆铜工艺制作在介质板 (1)的上面板(1A)上;覆铜厚度为0.018~0.035mm; 其中,AB福射元(8)、BB福射元(9)、C馈线(6)和D馈线(7)采用覆铜工艺制作在介质板 (1)的下面板(1B)上;覆铜厚度为0.018~0.035mm; 所述AA福射元(2)上切割加工有A隔离槽(2A),该A隔离槽(2A)是没有覆铜层的;所述A 隔离槽(2A)的两端分别安装有A电感(10A)、B电感(10B); 所述AB福射元(8)上切割加工有B隔离槽(8A),该B隔离槽(8A)是没有覆铜层的;所述B 隔离槽(8A)的两端分别安装有C电感(10C)、D电感(10D)。2. 根据权利要求1所述的一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在 于:所述的隔离槽开设在福射元的上底边与下底边间距的四分之Ξ处。3. 根据权利要求1所述的一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在 于:带外禪合天线W波长为50mm~5000mm作为尺寸约束。4. 根据权利要求3所述的一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在 于:带外禪合天线的尺寸为: 3?=(0.8~1.5)λ、6ι=(0.4~0.8)λ; 曰2上=曰8上=(0.005~0.01)入、曰2下=曰8下=1.15b2、b2 = b8 = (0.1 ~0.2)入、曰2槽=as槽= (0.005~0.01 )入、武巧=-、砖切 '=才咬;; a3 = a9=(0.005~0.01)A、b3 = b9=(0.2~0.3)A; a4 = a已= 36 = 37=(0.25 ~0.5)入; b4 = b己=bs上=b?上=0.0075入; b?下=b吓=0.03λ; b4-5 = b6-7=(0.3~0.5)A。5. 根据权利要求1所述的一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在 于:AA福射元(2)与AB福射元(8)是梯形形状,更特别的是等腰梯形形状。6. 根据权利要求1所述的一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在 于:带外禪合天线中选用电感的电感值为2.化Η~12化H。7. 根据权利要求1所述的一种细直天线与领结形天线组合的带外禪合天线,其特征在 于:带外禪合天线的馈电方式为侧馈。
【文档编号】H01Q1/50GK106099340SQ201610481737
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】吴琦, 苏东林
【申请人】北京航空航天大学
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