一种馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及天线领域，具体涉及一种馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线。该天线包含一个偶极子、平行双线和50Ω平面传输线；该偶极子由带有谐振环的平行双线进行偏馈，平行双线中带有谐振环的一条线连接到50Ω平面传输线，另一条线连接到地；整个天线由该50Ω平面传输线进行馈电。本发明实现了26％的阻抗匹配带宽(VSWR≤2)，适合采用LTCC、多层PCB等多层电路加工技术实现；频带宽，采用垂直馈电，馈电网络与辐射体间的耦合小，便于与其他无源器件相集成。
【专利说明】
-种馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线
技术领域
[0001] 本发明设及天线领域，尤其是基于多层电路技术的宽频带高集成度天线，具体设 及一种馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线。
【背景技术】
[0002] 天线是无线电通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、射电天文W及电子对抗等 各种民用和军用无线电系统必不可少的设备之一。
[0003] 近几十年来，科学技术的飞速发展和人们生活的日益现代化和社会化，对电子技 术的应用提出了更高的要求。在许多应用领域中，如电视、广播、遥测技术、宇航和卫星通讯 等，不仅要求高质量地传输信息，还要求设备的宽带化。为此，与无线电设备发展趋势相适 应，宽频带天线的研究也日益活跃，成为天线学科研究领域中的一个重要分支。
[0004] 与此同时，作为众多天线类型之一的偶极子天线，W其简单的结构、稳定的性能， 至今仍被广泛应用。但是，传统的偶极子天线阻抗匹配带宽很小。因此，实现宽阻抗匹配带 宽的偶极子天线一个巨大的挑战。为此，国内外许多研究者做出了巨大的努力。
[0005] 2003年，L. D. Bakhrakh，V. F. Los和A. N. Siamanov设计了 一款偶极子天线，该天线 利用共面波导禪合馈电，实现了较宽的阻抗匹配带宽化.D . Bakhrakh，V . F . Los and A.N.Shamanov,"Ultrawideband method of feeding a dipole antenna ,"Antenna Theory 曰nd Techniques ,2003.4th Internstionsl Conference on,2003,pp.535- 538vo 1.2.)。2007年，LidaAldioondzadeh-As I ,Douglas J. KernJeter S.化11 和Douglas H. Werner，利用电磁带隙结构的地，实现了宽频带的偶极子天线化.A化oondzadesh-AsI， D.J.Kern,P.S.Hall,and D.H.Werner,"Wideband dipoles on electromagnetic bandgap ground planes,''IEEETrans.Antenrms Pr op 曰 g. ,vo I .55,no.9,pp.2426-2434, Sep.2007. )。2010年!^ng-Yao Kuo,Hsi-Tseng 化ou,胎Dg-^ng Hsu,Hsi-Hsir 化OU和 Paolo化pa设计了一款偶极子天线，该天线在传统偶极子的基础上，多出一对较短的偶极 子，并与原偶极子相连，实现了阻抗匹配，该偶极子可实现100%的阻抗匹配带宽(VSWR《2) (F.Y.Kuo,H.T.Chou,H.T.Hsu,H.H.Chou,and P.Nepa,"A noveldipole antenna design with an over 100%operational bandwidthIEEE Trans .Antennas Propag. ,vol .58, 11〇.8,99.2737-2741，4雌.2010.)。2013年，化1化11，化叫-乂111加〇和2111日叫胖日叫，设计了 一款基于LTCC的宽频带偶极子线极化天线化.化U，Y.-X. Guo，and Z. Wang，"60-GHz LTCC wideband vertical offcenterdipole antenna and arraysIEEE Trans .Antennas Propag.，VO1.61，no. I，卵.153-161，Jan. 2013.)，工作频带为60細Z，其利用了内层地的圆 形缺口实现了双谐振，展宽了频带。
[0006] 上述文献中，绝大多数偶极子天线采用平行馈电，即天线馈电网络与福射体位于 同一平面，此种馈电方式会导致馈电网络与福射体的禪合严重，而最后一篇文献中报道的 偶极子天线虽然为垂直馈电，但此展宽频带的方法不适用与微带线馈电偶极子，因此其不 适合与其他有源器件相集成。
【发明内容】
[0007] 针对上述存在问题或不足，为降低馈电网络与福射体间的禪合，且与其他有源器 件相集成。本发明提供了一种馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线。
[0008] 该馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，采用平行双线垂直馈电，如图1 所示，包含一个偶极子(1)、平行双线(3)和50Q平面传输线(6)。
[0009] 偶极子（1)采用平行双线（3)垂直馈电，该平行双线(3)垂直连接带有地板的50 Q 平面传输线(6)，该地板即地(5)也做为偶极子的反射板;整个天线由该平面传输线进行馈 电。
[0010] 偶极子（1)位于天线最上方，长度为0.5~0.7A，偏馈比例即长短臂比例为：1.3比1 ~1.5比1，宽度为0.04~0.07A，距离地(5)0.2~0.3入。
[0011] 平行双线（3)的其中一条并联一个谐振环(2)，谐振环(2)设有一个连接于该条线 大小相适应的缺口，且该条线通过地巧)所设的圆形缺口（4)连接到50 Q平面传输线(6)，另 一条线连接到地(5)，50 Q平面传输线位于天线最下方。
[0012] 谐振环（2)分为上、下两部分，由两个并联半环组成，两半环的一端通过金属化过 孔相连，另一端设有上述缺口；谐振环内径为0.02~0.04A，外径为0.05~0.07A，距离地(5) 0.1~0.15A，A为中屯、频率处电磁波在介质中的波长。
[0013] 此偶极子天线实现了 26%的阻抗匹配带宽(WSVR《2)。本发明十分适合采用LTCC、 多层PCB等多层电路加工技术实现，具有很高的集成度。
[0014] 本发明的有益效果为:频带宽，采用垂直馈电，馈电网络与福射体间的禪合很小， 采用平面传输线馈电，便于与其他无源器件相集成，十分适合多层电路加工技术实现，集成 度高。
【附图说明】
[0015] 图1是实施例的立体图；
[0016] 图2是实施例的俯视图；
[0017] 图3是实施例的侧视图；
[001引图4是实施例的I Sii I仿真结果；
[0019] 图5是实施例的增益仿真结果图；
[0020] 图6是实施例30G化的方向图仿真结果图；
[0021 ]图7是实施例35G化的方向图仿真结果图；
[0022] 图8是实施例40G化的方向图仿真结果图；
[0023] 图6、7、8中，a为E面方向图，b为H面方向图，实线代表主极化方向图，虚线代表交叉 极化方向图；
[0024] 附图标记:Wi为馈电微带线(6)线宽，W2为偶极子（1)宽度，h为偶极子（1)总长度， b为偶极子短臂长度，13为偶极子长臂长度，ri为并联谐振环（2)的内径，n为并联谐振环 (2)的外径，山为内层地圆形缺口（4)直径，Cb为谐振环(2)终端附加圆盘直径，Cb为馈电平行 双线(3)附加圆盘直径，Ck为馈电平行双线（3)直径，hi为天线总厚度，h2为偶极子距离内层 地(5)的距离，h3为并联谐振环(2)距离偶极子（1)的距离。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0026] 本实施例采用LTCC多层电路加工技术实现，基板材料为FerroA6M，介电常数为 5.9，每层基板厚度为0.094mm，每层金属厚度为0.0 lmm，表层金属为金，内层金属为银。天线 工作频段为Ka频段。
[0027] 该偶极子天线共10层，即hi = 0.094mmX 10 = 0.94mm。其中，偶极子（1)位于第1层 介质正面，即顶层。平行双线(3)为多层堆叠金属化过孔(保证平行双线的电连通性），其中 一根线，带有附加并联谐振环(2)，贯通10层介质并通过内层地巧）中的圆形缺口（4)连接到 50 Q微带线(6)。另一根线，贯通一到九层介质，与内层地(5)相连。其中，附加谐振环(2)分 为上、下两部分，上部位于第6层正面，下部位于第7层正面，上、下两部分通过金属化过孔相 连。内层地巧)位于第10层介质正面，50 Q微带线(6)位于第10层介质背面，即底层背面。如 图1所示。
[00%]由于并联谐振环的加入，实现了宽频带阻抗匹配，因此增加了阻抗匹配带宽。
[0029] 结合图2、3,本发明馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线的具体尺寸如 下表所示(单位:mm):
[0030]
[0031] 表 1
[0032] 其具体参数效果测试对比图谱见图4-8。
【主权项】
1. 一种馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，包含一个偶极子、平行双线和 50 Ω平面传输线，其特征在于:偶极子采用平行双线垂直馈电，位于天线最上方;该平行双 线垂直连接带有地板的50 Ω平面传输线，该地板即地也做为偶极子的反射板;整个天线由 该平面传输线进行馈电； 平行双线的其中一条并联一个谐振环，谐振环设有一个连接于该条线大小相适应的缺 口，且该条线通过地所设的圆形缺口连接到50 Ω平面传输线，另一条线连接到地，50 Ω平面 传输线位于天线最下方； 所述谐振环分为上、下两部分，由两个并联半环组成，两半环的一端通过金属化过孔相 连，另一端设有上述缺口；谐振环内径为0.02~0.04λ，外径为〇.〇5~0.07λ，距离地0.1~ 0.15λ，λ为中心频率处电磁波在介质中的波长。2. 如权利要求1所述馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，其特征在于:所述 偶极子长度为〇. 5~0.7λ，偏馈比例即长短臂比例为1.3比1~1.5比1，宽度为0.04~0.07λ。3. 如权利要求1所述馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，其特征在于:所述 50 Ω平面传输线为50 Ω微带线。4. 如权利要求1所述馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，其特征在于:所述 平行双线为多层堆叠金属化过孔。5. 如权利要求3所述馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，其特征在于:所述 平行双线设有直径d2的附加圆盘，保证平行双线的电连通性。6. 如权利要求1所述馈电结构带有并联谐振环的宽频带偶极子天线，其特征在于:所述 偶极子天线实现了 26%的阻抗匹配带宽WSVR彡2,采用多层电路加工技术实现，其垂直部分 采用多层堆叠金属化过孔实现，水平部分采用印刷金属实现。
【文档编号】H01Q1/48GK106099373SQ201610574355
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】杜明, 徐军, 董宇亮, 丁霄, 王茂琰, 喻梦霞
【申请人】电子科技大学